[Flutter] 대칭키 암호화+복호화+무결성 검증 구현 (encrypt, crypto, cryptography, AES, CBC, HMAC, GCM)

유출되어선 안되는 민감한 정보나 중요한 정보는 보안을 위해서 암호화와 복호화, 무결성 검증이 들어가곤 합니다.
Flutter에서 대칭키를 이용하여 이를 구현하기 위한 방법을 몇 가지 찾아봤습니다.

1. crypto+encrypt 패키지 사용 (AES-CBC + HMAC)
2. cryptography 패키지 사용 (AES-GCM)

crypto+encrypt 패키지 사용 (AES-CBC + HMAC)

crypto: ^3.0.6
encrypt: ^5.0.1

AES 알고리즘의 CBC 모드로 암호화와 복호화를 구현하고,
HMAC 알고리즘으로 무결성을 검증합니다.

import 'dart:convert';
import 'package:crypto/crypto.dart';
import 'package:encrypt/encrypt.dart'

// String data : 암호화하고자하는 데이터
// String keyString : 암호화/복호화에 사용할 키값
String encryptData(String data, String keyString) {
    final key = Key.fromUtf8(keyString);
    // iv: 무작위 초기화 값. CBC 모드 암호화에서 첫 블록 암호화를 위한 필수 요소.
    final iv = IV.fromSecureRandom(16);

    final encrypter = Encrypter(
      AES(
        key,
        mode: AESMode.cbc,
      ),
    );

    final encrypted = encrypter.encrypt(data, iv: iv);
    
    // 무결성 검증을 위한 HMAC
    final hmac = Hmac(sha256, utf8.encode(keyString));
    final digest = hmac.convert(utf8.encode(encrypted.base64));
    final digestBase64 = base64.encode(digest.bytes);
    
    // 'IV:암호화한 데이터:HMAC'을 base64로 인코딩한 형태
    final result = '${iv.base64}:${encrypted.base64}:$digestBase64';

    return result;
  }

  String decryptData(String receivedCode, String keyString) {
    // 유효성 검사
    final parts = receivedCode.split(':');
    if (parts.length != 3) {
      throw Exception('암호화 데이터의 형식이 올바르지 않습니다.');
    }

    final receivedIvBase64 = parts[0];
    final receivedEncryptedBase64 = parts[1];
    final receivedHmacBase64 = parts[2];
    
    // 무결성 검증
    // (시크릿 키, 암호화된 데이터를 기반으로 새로 만든 HMAC이 받은 HMAC과 같은지 체크)
    final hmac = Hmac(sha256, utf8.encode(keyString));
    final digest = hmac.convert(utf8.encode(receivedEncryptedBase64));
    final digestBase64 = base64.encode(digest.bytes);

    if (digestBase64 != receivedHmacBase64) {
      return '무결성 검증에 실패했습니다.';
    }

    final key = Key.fromUtf8(keyString);
    final iv = encrypt.IV.fromBase64(receivedIvBase64);

    final encrypter = Encrypter(
      AES(
        key,
        mode: AESMode.cbc,
      ),
    );
    
    // 복호화
    final data = encrypter.decrypt64(receivedEncryptedBase64, iv: iv);

    return data;
  }

예를 들어 'flutter'를 암호화하면
IV:암호화한 데이터:HMAC의 형태로 return되고,
이 값을 복호화하면 flutter가 return됩니다.

cryptography 패키지 사용 (AES-GCM)

cryptography: ^2.7.0

AES 알고리즘의 GCM 모드는 crpytography 패키지에서 구현 가능합니다.
GCM 모드의 경우에는 무결성 검증이 알고리즘 자체에 포함되어 있기 때문에 따로 HMAC을 이용해서 만들 필요가 없습니다.

import 'dart:convert';
import 'package:cryptography/cryptography.dart';

// String data : 암호화하고자하는 데이터
// String keyString : 암호화/복호화에 사용할 키값
Future<String> encryptData(String data, String keyString) async {
    final algorithm = AesGcm.with256bits();

    final secretKey = SecretKey(utf8.encode(keyString));
    // nonce: 무작위 초기화 값. GCM 모드 암호화에서 고유한 암호화를 보장하고 인증 태그 생성을 위한 필수 요소.
    final nonce = algorithm.newNonce();

    final secretBox = await algorithm.encrypt(
      utf8.encode(data),
      secretKey: secretKey,
      nonce: nonce,
    );

    final cipherText = base64Encode(secretBox.cipherText);
    final nonceBase64 = base64Encode(secretBox.nonce);
    final macBase64 = base64Encode(secretBox.mac.bytes);
    
    // 'Nonce:암호화한 데이터:MAC'을 base64로 인코딩한 형태
    final result = '$nonceBase64:$cipherText:$macBase64';

    return result;
  }

  Future<String> decryptData(String encrypted, String keyString) async {
    // 유효성 검사
    final parts = encrypted.split(':');
    if (parts.length != 3) {
      throw Exception('암호화 데이터의 형식이 올바르지 않습니다.');
    }

    final algorithm = AesGcm.with256bits();

    final nonce = base64Decode(parts[0]);
    final cipherText = base64Decode(parts[1]);
    final mac = Mac(base64Decode(parts[2]));

    final secretBox = SecretBox(cipherText, nonce: nonce, mac: mac);
    final secretKey = SecretKey(utf8.encode(keyString));
    // 무결성 검증 (실패할 경우 catch) 및 복호화
    try {
      final clearText =
          await algorithm.decrypt(secretBox, secretKey: secretKey);
      return utf8.decode(clearText);
    } catch (e) {
      return e.toString();
    }
  }

SecretBox라는 객체에 암호화한 데이터, Nonce, MAC이 포함되어 있어서 간편히 구현할 수 있었던 것 같습니다.
최근에는 AES-CBC + HMAC보다는 GCM을 사용할 것을 권장한다고도 합니다.