HTTPS와 SSL 인증서

1. HTTPS VS HTTP

• HTTP(Hypertext Transfer Protocol) : Hypertext인 HTML을 전송하기 위한 통신규약. HTTP는 암호화되지 않은 방법으로 데이터를 전송하기 때문에 서버와 클라이언트가 주고 받는 메시지를 감청하는 것이 매우 쉽다. 예를들어 로그인을 위해서 서버로 비밀번호를 전송하거나, 또는 중요한 기밀 문서를 열람하는 과정에서 악의적인 감청이나 데이터의 변조등이 일어날 수 있다는 것
• HTTPS(=Over Secure Socket Layer) : 보안이 강화된 HTTP.

2. HTTPS와 SSL

• HTTPS와 SSL를 같은 의미로 이해하고 있는 경우가 많다. 이것은 맞기도 틀리기도 하다. 그것은 마치 인터넷과 웹을 같은 의미로 이해하는 것과 같다. 결론적으로 말하면 웹이 인터넷 위에서 돌아가는 서비스 중의 하나인 것처럼 HTTPS도 SSL 프로토콜 위에서 돌아가는 프로토콜이다.

3. SSL 디지털 인증서

• SSL 인증서는 클라이언트와 서버간의 통신을 제3자가 보증해주는 전자화된 문서
• 클라이언트가 서버에 접속한 직후에 서버는 클라이언트에게 이 인증서 정보를 전달, 클라이언트는 이 인증서 정보가 신뢰할 수 있는 것인지 검증한 후 다음 절차를 수행.

3.1) 장점

• 통신의 내용이 공격자에게 노출되는 것을 막을 수 있다.
• 클라이언트가 접속하려는 서버가 신뢰 할 수 있는 서버인지 판단할 수 있다.
• 통신 내용의 악의적인 변경을 방지할 수 있다.

4. SSL에서 사용하는 암호화의 종류

• SSL의 핵심은 암호화
• SSL은 보안과 성능상의 이유로 두가지 암호화 기법을 혼용해서 사용.

4.1) 대칭키

• 암호를 만드는 행위인 암호화를 할 때 사용하는 일종의 비밀번호를 key라고 한다. 이 키에 따라서 암호화된 결과가 달라진다. 키를 모르면 복호화(암호를 푸는 행위)를 할 수 없다. 대칭키는 동일한 키로 암호화와 복호화를 같이 할 수 있는 방식의 암호화 기법.
  ex) 암호화를 할 때 1234값을 사용했다면 복호화를 할 때 1234라는 값을 입력해야한다는 것.

대칭키의 단점

• 암호를 주고 받는 사람들 사이에 대칭키를 전달하는 것이 어렵다. - 대칭키가 유출되면 키를 획득한 공격자는 암호의 내용을 복호화 할 수 잇기 때문에 암호가 무용지물이 된다.

4.2) 공개키

• 대칭키의 단점에서 나온 암호화 방식이 공개키 방식이다.
• 공개키 방식은 두개의 키를 갖는다. ex) A키로 암호화를 하면 B키로 복호화를 할 수 있고, B키로 암호화하면 A키로 복호화 할 수 있다.
• 두개의 키 중의 하나를 비공개(=private key, 개인키, 비밀키)로 부르고 나머지 하나를 공개키(public key)로 지정.
• 비공개키는 자신만 가지고 있고, 공개키를 타인에게 제공. 공개키를 제공 받은 타인은 공개키를 이용해 정보를 암호화. 암호화한 정보를 공개키를 가지고 있는 사람에게 전송
• 비공개키의 소유자는 이 키를 이용해 암호화된 정보를 복호화한다. 이 과정에서 공개키가 유출된다고 해도 비공개키를 모르면 정보를 복호화 할 수 없다. -> 안전!

공개키 방식의 응용

• 비공개키의 소유자는 비공개키를 이용해 정보를 암호화 한 후 공개키와 함께 암호화된 정보를 전송.
• 정보와 공개키를 획득한 사람은 공개키를 이용해 암호화된 정보를 복호화 한다.
• 이 과정에서 공개키가 유출된다면 의도하지 않은 공격자에 의해 데이터가 복호화될 위험이 있다.
• 이런 위험에도 불구하고 비공개키를 이용해서 암호화를 하는 이유 = 것은 이것이 데이터를 보호하는 것이 목적이 아니기 때문이다. 암호화된 데이터를 공개키를 가지고 복호화 할 수 있다는 것은 그 데이터가 공개키와 쌍을 이루는 비공개키에 의해서 암호화 되었다는 것을 의미한다. 즉 공개키가 데이터를 제공한 사람의 신원을 보장해주게 되는 것이다. 이러한 것을 전자 서명이라고 부른다.

CA

• 클라이언트가 접속한 서버가 클라이언트가 의도한 서버가 맞는지를 보장하는 역할
• 이 역할을 하는 민간기업들이 있다. 이런 기업을 CA(Certificate authority) 혹은 Root Certificate 라고 부른다. 신뢰성이 공인된 기업들만 참역가능.
• SSL을 통해 암호화된 통신을 제공하려는 서비스는 CA를 통해 인증서를 구입해야한다.

5. SSL 인증서

• SSL 인증서의 역할은 다소 복잡하기 때문에 인증서의 메커니즘을 이해하기 위한 몇가지 지식들을 알고 있어야 한다. 인증서의 기능은 크게 두가지

1. 클라이언트가 접속한 서버가 신뢰 할 수 잇는 서버임을 보장
2. SSL 통신에 사용할 공개키를 클라이언트에게 제공

5.1) SSL 인증서의 내용

1. 서비스의 정보(인증서를 발급한 CA, 서비스 도메인 등등) : 클라이언트가 접속한 서버가 클라이언트가 의도한 서버가 맞는지에 대한 내용
2. 서버 측 공개키 (공개키의 내용, 공개키의 암호화 방법) : 서버와 통신을 할 때 사용할 공개키와 그 공개키의 암호화 방법들의 정보

• 서비스의 도메인, 공개키와 같은 정보는 서비스가 CA로부터 인증서를 구입할 때 제출해야 한다.

5.2) SSL 인증서가 서비스를 보증하는 방법

5.3) SSL의 동작방법

• SSL은 암호화된 데이터를 전송하기 위해서 공개키와 대칭키를 혼합해서 사용한다. 즉 클라이언트와 서버가 주고 받는 실제 정보는 대칭키 방식으로 암호화하고, 대칭키 방식으로 암호화된 실제 정보를 복호화할 때사용할 대칭키는 공개키 방식으로 암호화해서 클라이언트와 서버가 주고 받는다.
  - 실제 데이터 : 대칭키
  - 대칭키의 키 : 공개키
• 컴퓨터와 컴퓨터가 네트워크를 이용해서 통신을 할 때는 내부적으로 3가지 단계 : 악수 -> 전송 -> 세션종료

5.3.1) 악수(handshake)

• 인사를 통해서 상대의 기분과 상황을 상호탐색을 하는 것이다. 이 과정이 잘되야 소통이 원활해진다. 클라이언트와 서버 사이도 마찬가지다. 실제 데이터를 주고 받기 전에 클라이언트와 서버는 일종의 인사인 Handshake(진짜로 사용하는 기술용어다)를 한다. 이 과정을 통해서 서로 상대방이 존재하는지, 또 상대방과 데이터를 주고 받기 위해서는 어떤 방법을 사용해야하는지를 파악.
• SSL 방식을 이용해서 통신을 하는 브라우저와 서버 역시 핸드쉐이크를 한다.

1. 클라이언트가 서버에 접속한다.(=Client Hello) 이 단계에서 주고 받는 정보
   • 클라이언트 측에서 생성한 랜덤 데이터: 3번 과정 참조
   • 클라이언트가 지원하는 암호화 방식들 : 클라이언트와 서버가 지원하ㅏ는 암호화 방식이 서로 다를 수 있기 때문에 상호간에 어떤 암호화 방식을 사용할 것인지에 대한 협상. 이 협상을 위해 클라이언트 측에서는 자신이 사용할 수 있는 암호화 방식을 전송
   • 세션 아이디: 이미 SSL 핸드쉐이킹을 했다면 비용과 시간을 절약하기 위해 기존의 세션을 재활용한다. 이 때 사용할 연결에 대한 식별자를 서버 측으로 전송.
2. 서버는 Client Hello에 대한 응답으로 Server Hello를 하게 된다. 이 단계에서 주고 받는 정보
   • 서버 측에서 생성한 랜덤 데이터 : 아래 3번 과정 참조
   • 서버가 선택한 클라이언트의 암호화 방식: 클라이언트가 전달한 암호화 방식 중에서 서버 쪽에서도 사용할 수 있는 암호화 방식을 선택해서 클라이언ㅌ트로 전달한다. 이로써 암호화 방식에 대한 협상이 종료되고 서버와 클라이언트는 이 암호화 방식을 이용해 정보를 교환
3. 클라이언트는 서버의 인증서가 CA에 의해서 발급된 것인지 확인하기 위해 클라이언트에 내장된 CA리스트를 확인한다. CA리스트에 인증서가 없담녀 사용자에게 경고 메세지를 출력. 인증서가 CA에 의해서 발급된 것인지를 확인하기 위해 클라이언트에 내장된 CA의 공개키를 이용해 인증서를 복호화한다. 복호화에 성공했다면 인증서는 CA개인키로 암호화 된 문서임이 암시적으로 보증된 것. (= 인증서를 전송한 서버를 신뢰할 수 있게 된 것.)

클라이언트는 상기 2번을 통해 받은 서버의 랜덤 데이터와 클라이언트가 생성한 랜덤 데이터를 조합해 pre master secret라는 키를 생성, 이 키는 세션 단계에서 데이터를 주고 받을 때 암호화하기 위해서 사용될 것. 이 때 사용할 암호화 기법은 대칭키이기 때문에 pre master secret 값은 제 3자에게 절대로 노출되어서는 안된다.

그럼 문제는 이 pre master secret 값을 어떻게 서버에게 전달할 것인가이다. 이 때 사용하는 방법이 바로 공개키 방식이다. 서버의 공개키로 pre master secret 값을 암호화해서 서버로 전송하면 서버는 자신의 비공개키로 안전하게 복호화 할 수 있다. 그럼 서버의 공개키는 어떻게 구할 수 있을까? 서버로부터 받은 인증서 안에 들어있다. 이 서버의 공개키를 이용해서 pre master secret 값을 암호화한 후에 서버로 전송하면 안전하게 전송할 수 있다.

4. 서버는 클라이언트가 전송한 pre master secret 값을 자신의 비공개키로 복호화한다. 이로서 서버와 클라이언트가 모두 pre master secret 값을 공유하게 되었다. 그리고 서버와 클라이언트는 모두 일련의 과정을 거쳐서 pre master secret 값을 master secret 값으로 만든다. master secret는 session key를 생성하는데 이 session key 값을 이용해서 서버와 클라이언트는 데이터를 대칭키 방식으로 암호화 한 후에 주고 받는다. 이렇게해서 세션키를 클라이언트와 서버가 모두 공유하게 되었다는 점을 기억하자.
5. 클라이언트와 서버는 핸드쉐이크 단계의 종료를 서로에게 알린다.

5.3.2) 세션

• 세션은 실제로 서버와 클라이언트가 데이터를 주고 받는 단계
• 핵심은 정보를 상대방에게 전송하기 전에 session key 값을 이용해서 대칭키 방식으로 암호화 한다는 점

  Q. 그냥 공개키를 사용하면 될 것을 대칭키와 공개키를 조합해서 사용하는 이유
  A. 그것은 공개키 방식이 많은 컴퓨터 파워를 사용하기 때문이다. 만약 공개키를 그대로 사용하면 많은 접속이 몰리는 서버는 매우 큰 비용을 지불해야 할 것이다. 반대로 대칭키는 암호를 푸는 열쇠인 대칭키를 상대에게 전송해야 하는데, 암호화가 되지 않은 인터넷을 통해서 키를 전송하는 것은 위험하기 때문이다. 그래서 속도는 느리지만 데이터를 안전하게 주고 받을 수 있는 공개키 방식으로 대칭키를 암호화하고, 실제 데이터를 주고 받을 때는 대칭키를 이용해서 데이터를 주고 받는 것이다.

5.3.3) 세션 종료

• 데이터의 전송이 끝나면 SSL 통신이 끝났음을 서로에게 알려준다. 이 때 통신에서 사용한 대칭키인 세션키를 폐기

출처

• https://opentutorials.org/course/228/4894