SSL은 Secure Sockets Layer란 뜻으로 해석해봤자 뭔지 모른다.
하지만 어디다 쓰이는 지는 알아두자.
SSL은 웹사이트와 브라우저 사이, 서버와 서버 사이에 전송되는 데이터를 암호화하여
인터넷 연결을 보호하기 위한 기술이다.
알아보자.
** 2023.08.06 업데이트
우리는 암호화 기술을 몇가지 알고 있다.
세계 2차 대전에서 독일이 썼다는 애너그램.
영화 "이미테이션 게임"을 봤다면 알 수 있다.
봤듯이 누가 암호키를 해석하면 데이터는 더 이상 안전하지 않다.
다시 말해서 누가 우리 암호키를 가져간다면 우리의 데이터는 안전하지 않다.
때문에 대칭키 대신 비대칭키 방식을 쓰곤 하지만..
비대칭키 자체는 컴퓨팅 리소스가 많이들어 비효율적이다.
때문에 SSL은 대칭키 + 비대칭키를 혼합해서 사용한다.
다시 말해서 데이터를 대칭키로 암호화할 것이지만
최초에 서로 대칭키를 통신하는 과정은 비대칭키로 암호화하여 보안을 확보한다는 뜻이다.
**실제 데이터는 대칭키로 암호화 되어있고 대칭키는 공개키로 암호화 되어있다.
이 과정을 천천히 알아보자
컴퓨터와 컴퓨터의 통신은 내부적으로 3가지 단계가 있다.
1. 악수, Handshake
2. 세션, Session
3. 종료, Termination
1. 악수
SSL 방식을 이용해서 통신을 하더라도 역시 handshake를 하게 된다.
이 때 SSL 인증서를 주고 받는다.
**이 때 SSL 인증서의 역할
SSL 인증서에는 다음과 같은 정보가 포함되어 있다.
- 서비스의 정보 (인증서를 발급한 CA, 서비스의 도메인 등등)
- 서버 측 공개키 (공개키의 내용, 공개키의 암호화 방법)
인증서의 내용은 위와 같이 크게 2가지로 구분할 수 있다.
1번은 클라이언트가 접속한 서버가 클라이언트가 의도한 서버가 맞는지에 대한 내용을 담고 있고,
2번은 서버와 통신을 할 때 사용할 공개키와 그 공개키의 암호화 방법들의 정보를 담고 있다.
서비스의 도메인, 공개키와 같은 정보는 서비스가 CA로부터 인증서를 구입할 때 제출해야 한다.
위와 같은 내용은 CA에 의해서 암호화 된다. 이 때 사용하는 암호화 기법이 공개키 방식이다.
CA는 자신의 CA 비공개키를 이용해서 서버가 제출한 인증서를 암호화하는 것이다.
CA의 비공개키는 절대로 유출되어서는 안된다.
인증서를 이해하는데 꼭 알고 있어야 하는 것이 CA의 리스트다.
브라우저는 내부적으로 CA의 리스트를 미리 파악하고 있다. 이 말은 브라우저의 소스코드 안에 CA의 리스트가 들어있다는 것이다.
브라우저가 미리 파악하고 있는 CA의 리스트에 포함되어야만 공인된 CA가 될 수 있는 것이다.
CA의 리스트와 함께 각 CA의 공개키를 브라우저는 이미 알고 있다.
**CA란?
인증서의 역할은 클라이언트가 접속한 서버가 클라이언트가 의도한 서버가 맞는지를 보장하는 역할을 한다.
이 역할을 하는 민간기업들이 있는데 이런 기업들을 CA(Certificate authority) 혹은 Root Certificate 라고 부른다. CA는 아무 기업이나 할 수 있는 것이 아니고 신뢰성이 엄격하게 공인된 기업들만이 참여할 수 있다.
그 중에 대표적인 기업들은 아래와 같다.
- Symantec (VeriSign, Thawte, Geotrust) with 42.9% market share
- Comodo with 26%
- GoDaddy with 14%
- GlobalSign with 7.7%
SSL을 통해서 암호화된 통신을 제공하려는 서비스는 CA를 통해서 인증서를 구입해야 한다.
CA는 서비스의 신뢰성을 다양한 방법으로 평가하게 된다.
인증서에는 서버의 공개키가 있고 이 공개키를 알게 된다.
이 공개키 자체는 비대칭 암호화의 한 종류로 이상적인 통신 방법이다.
암호화에 쓰이는 키와 복호화에 쓰이는 키가 다르기 때문이다.
전송하는 쪽이 공개 키로 데이터를 암호화한다.
수신하는 쪽이 비밀 키로 데이터를 복호화한다.
하지만 SSL 에서는 바로 이 방식을 사용하지 않는다.
위에서 말했듯.. 리소스가 많이 들기 때문이다.
때문에 대칭키의 장점을 여기서 확보한다.
더 자세히 알아보자
클라이언트와 서버가 통신하는 과정을 순서대로 보자면 아래와 같다.
1.클라이언트가 서버에 접속한다. 이 단계를 Client Hello라고 한다. 이 단계에서 주고 받는 정보는 아래와 같다.
- 클라이언트 측에서 생성한 랜덤 데이터 : 3번에서 대칭키를 만들기 위함
- 클라이언트가 지원하는 암호화 방식들 : 클라이언트와 서버가 지원하는 암호화 방식이 서로 다를 수 있기 때문에 상호간에 어떤 암호화 방식을 사용할 것인지에 대한 협상을 해야 한다. 이 협상을 위해서 클라이언트 측에서는 자신이 사용할 수 있는 암호화 방식을 전송한다.
- 세션 아이디 : 이미 SSL 핸드쉐이킹을 했다면 비용과 시간을 절약하기 위해서 기존의 세션을 재활용하게 되는데 이 때 사용할 연결에 대한 식별자를 서버 측으로 전송한다.
=> 사용할 암호화 방식을 정함, 대칭키를 위한 랜덤 데이터 생성
2. 서버는 Client Hello에 대한 응답으로 Server Hello를 하게 된다. 이 단계에서 주고 받는 정보는 아래와 같다.
- 서버 측에서 생성한 랜덤 데이터 : 3번에서 대칭키를 만들기 위함
- 서버가 선택한 클라이언트의 암호화 방식 : 클라이언트가 전달한 암호화 방식 중에서 서버 쪽에서도 사용할 수 있는 암호화 방식을 선택해서 클라이언트로 전달한다. 이로써 암호화 방식에 대한 협상이 종료되고 서버와 클라이언트는 이 암호화 방식을 이용해서 정보를 교환하게 된다.
- 인증서
=> 사용할 암호화 방식 확정, 대칭키를 위한 랜덤 데이터 생성, 인증서 클라이언트에게 전달
3. 클라이언트는 서버의 인증서가 CA에 의해서 발급된 것인지를 확인하기 위해서 클라이언트에 내장된 CA 리스트를 확인한다.
CA 리스트에 인증서가 없다면 사용자에게 경고 메시지를 출력한다.
인증서가 CA에 의해서 발급된 것인지를 확인하기 위해서 클라이언트에 내장된 CA의 공개키를 이용해서 인증서를 복호화한다.
복호화에 성공했다면 인증서는 CA의 비밀키로 암호화된 문서임이 암시적으로 보증된 것이다.
인증서를 전송한 서버를 믿을 수 있게 된 것이다.
클라이언트는 상기 2번을 통해서 받은 서버의 랜덤 데이터와 클라이언트가 생성한 랜덤 데이터를 조합해서 pre master secret라는 키를 생성한다.
이 키는 뒤에서 살펴볼 세션 단계에서 데이터를 주고 받을 때 암호화하기 위해서 사용될 것이다.
이 때 사용할 암호화 기법은 대칭키이기 때문에 pre master secret 값은 제 3자에게 절대로 노출되어서는 안된다.
문제는 이 pre master secret 값을 어떻게 서버에게 전달할까?
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.
=> 서버가 보내준 인증서를 CA에서 발급된 것인지 확인, 확인 후 클라이언트는 서버에서 받은 데이터로 대칭키 생성
인증서에 있는 공개키를 이용하여 대칭키를 복호화 하여 서버에 전송
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.
=> 서버는 비밀키로 받은 대칭키를 복호화하여 가지고 있게 됨, 대칭키로 서로의 데이터 교환 가능
5. 클라이언트와 서버는 핸드쉐이크 단계의 종료를 서로에게 알린다.
=> handshake 종료 후 통신 시작
2. 세션
세션은 실제로 서버와 클라이언트가 데이터를 주고 받는 단계이다.
이 단계에서 핵심은 정보를 상대방에게 전송하기 전에 session key 값을 이용해서 대칭키 방식으로 암호화 한다는 점이다. 암호화된 정보는 상대방에게 전송될 것이고, 상대방도 세션키 값을 알고 있기 때문에 암호를 복호화 할 수 있다.
그냥 공개키를 사용하면 될 것을 대칭키와 공개키를 조합해서 사용하는 이유는 무엇일까?
위에서도 여러 번 언급했듯이 컴퓨팅 리소스를 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.
3. 세션종료
데이터의 전송이 끝나면 SSL 통신이 끝났음을 서로에게 알려준다. 이 때 통신에서 사용한 대칭키인 세션키를 폐기한다.
요약을 해보자
1. 클라이언트의 서버 접속
2. 서버-> 클라이언트 인증서 전달
3. 인증서를 복호화 후 서버의 공개키를 알아내어 클라이언트에서 Session key 생성
4. Session Key를 CA(Certificate authority)로 알아낸 서버의 공개키로 암호화하여 클라이언트 -> 서버 전송
5. Session Key를 서버에서 서버 자신의 비밀키로 복호화
6. Session Key를 대칭키로 사용하여 클라이언트<-> 서버 통신
참고링크
https://opentutorials.org/course/228/4894
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