[Final] PEP 272 - API for Block Encryption Algorithms v1.0

원문 링크: PEP 272 - API for Block Encryption Algorithms v1.0

상태: Final 유형: Informational 작성일: 18-Sep-2001

파이썬 PEP 272: 블록 암호화 알고리즘을 위한 API v1.0

개요

이 문서는 DES 또는 Rijndael과 같은 비밀 키(secret-key) 블록 암호화 알고리즘을 위한 표준 API를 정의합니다. 이를 통해 다양한 알고리즘 및 구현 간의 전환을 용이하게 합니다.

소개

암호화 알고리즘은 가변 키(key)에 따라 입력 데이터(평문, plaintext)를 변환하여 암호문(ciphertext)을 생성합니다. 이 변환은 키를 아는 경우에만 쉽게 되돌릴 수 있습니다. 키는 매우 큰 가능한 키 공간에서 선택된 비트(bit) 시퀀스입니다. 암호화 알고리즘에는 블록 암호(block ciphers)와 스트림 암호(stream ciphers)의 두 가지 유형이 있습니다.

블록 암호는 고정된 크기(자주 8 또는 16 바이트)의 멀티바이트 입력을 암호화하며, 다양한 피드백 모드(feedback modes)로 작동할 수 있습니다. 이 PEP에서 지원되는 피드백 모드는 다음과 같습니다:

숫자 상수 설명
1 MODE_ECB Electronic Code Book
2 MODE_CBC Cipher Block Chaining
3 MODE_CFB Cipher Feedback
5 MODE_OFB Output Feedback
6 MODE_CTR Counter

이러한 모드는 NIST 발행물 SP 800-38A에 설명된 대로 구현되어야 합니다. 처음 세 가지 피드백 모드에 대한 설명은 Bruce Schneier의 저서 Applied Cryptography에서도 찾을 수 있습니다.

참고로 숫자 4는 RFC 2440(“OpenPGP Message Format”)에 설명된 CFB의 변형인 MODE_PGP를 위해 예약되어 있습니다. 이 모드는 모든 블록 암호화에 필수적으로 요구될 만큼 중요하게 간주되지는 않지만, 지원하는 것은 좋은 추가 기능입니다.

엄밀히 말해 스트림 암호는 데이터를 비트 단위로 암호화합니다. 실제로 스트림 암호는 문자 단위로 작동합니다. 이 PEP는 블록 암호에 대한 인터페이스를 지정하는 것을 목표로 하며, 스트림 암호는 block_size를 1로 고정함으로써 여기에 설명된 인터페이스를 지원할 수 있습니다. 또한 피드백 모드는 스트림 암호에 적합하지 않으므로, 유일하게 합리적인 피드백 모드는 ECB 모드가 될 것입니다.

사양 (Specification)

암호화 모듈은 이 PEP에 설명된 것 외에 추가 함수, 메서드 및 속성을 추가할 수 있습니다. 그러나 모듈이 이 PEP 준수를 주장하려면 이 PEP에 설명된 모든 기능이 존재해야 합니다.

비밀 키(secret-key) 암호화 모듈은 다음 함수를 정의해야 합니다:

new(key, mode, [IV], **kwargs)

이 함수는 문자열 key에 포함된 비밀 키를 사용하고 위에 표에 있는 상수 중 하나여야 하는 피드백 모드 mode를 사용하여 암호화 객체(ciphering object)를 반환합니다.

mode가 MODE_CBC 또는 MODE_CFB인 경우, IV는 반드시 제공되어야 하며, 블록 크기와 동일한 길이의 문자열이어야 합니다. IV 값을 제공하지 않으면 ValueError 예외가 발생합니다.

알고리즘에 따라 모듈은 이 함수에 추가 키워드 인수(keyword arguments)를 지원할 수 있습니다. 이 PEP에서 지정하는 일부 키워드 인수도 있으며, 모듈은 추가 키워드 인수를 자유롭게 추가할 수 있습니다. 주어진 키워드에 대해 값이 제공되지 않으면 안전한 기본값(secure default value)이 사용되어야 합니다. 예를 들어, 알고리즘이 1에서 16 사이의 라운드(rounds) 수를 선택할 수 있고, 1라운드 암호화는 안전하지 않으며 8라운드 암호화가 안전하다고 여겨진다면, rounds의 기본값은 8 이상이어야 합니다. (모듈 구현자는 이 예에서 16과 같이 매우 느리지만 안전한 값을 선택할 수도 있습니다. 이 결정은 구현자에게 달려 있습니다).

다음 표는 이 PEP에 의해 정의된 키워드 인수들을 나열합니다:

키워드 의미
counter 카운터 블록을 반환하는 호출 가능한 객체 (CTR 모드 전용)
rounds 사용할 암호화 라운드 수
segment_size 데이터 및 암호문 세그먼트의 크기 (비트 단위; CFB 모드 전용)

Counter 피드백 모드는 출력을 생성하는 데 사용되는 카운터(counters)라고 불리는 입력 블록 시퀀스를 필요로 합니다. mode가 MODE_CTR일 때, counter 키워드 인수는 반드시 제공되어야 하며, 그 값은 함수나 메서드와 같은 호출 가능한 객체(callable object)여야 합니다. 이 호출 가능한 객체에 대한 연속적인 호출은 block_size 길이의 반복되지 않는 문자열 시퀀스를 반환해야 합니다. (NIST 발행물의 부록 B는 이러한 시퀀스를 생성하는 방법을 제공하지만, 이는 이 PEP의 범위를 벗어납니다).

CFB 모드는 segment_size 비트 길이의 평문 및 암호문 세그먼트에서 작동합니다. 따라서 이 모드를 사용할 때는 입력 및 출력 문자열의 길이가 segment_size 비트의 배수여야 합니다. segment_size는 1에서 block_size * 8 사이의 정수여야 합니다 (8을 곱하는 이유는 block_size가 바이트 단위로 측정되기 때문입니다). 이 매개변수의 기본값은 block_size * 8이어야 합니다. 구현자는 단순화를 위해 segment_size를 8의 배수로 제한할 수 있지만, 일반성을 위해 임의의 값을 지원하는 것이 권장됩니다.

비밀 키 암호화 모듈은 두 가지 변수를 정의해야 합니다:

  • block_size: 정수 값으로, 이 모듈이 암호화하는 블록의 크기를 바이트 단위로 측정합니다. 모든 피드백 모드에서 encrypt() 및 decrypt()에 전달되는 문자열의 길이는 블록 크기의 배수여야 합니다.
  • key_size: 정수 값으로, 이 모듈이 요구하는 키의 크기를 바이트 단위로 측정합니다. key_size가 None이면, 알고리즘은 가변 길이 키를 허용합니다. 이는 모듈이 임의의 길이의 키를 허용하거나, 16, 24, 또는 32 바이트와 같이 몇 가지 다른 가능한 길이를 가질 수 있음을 의미할 수 있습니다. 길이 0의 키(즉, null 문자열 '')는 가변 길이 키로 전달할 수 없습니다.

암호 객체(Cipher objects)는 두 가지 속성을 가져야 합니다:

  • block_size: 이 객체에 의해 암호화되는 블록의 크기와 동일한 정수 값입니다. 가변 블록 크기를 가진 알고리즘의 경우, 이 값은 이 객체에 대해 선택된 블록 크기와 같습니다.
  • IV: 암호 피드백 모드를 시작하는 데 사용될 초기 값(initial value)을 포함합니다. 항상 정확히 한 블록 길이의 문자열입니다. 문자열을 암호화하거나 복호화한 후, 이 값은 수정된 피드백 텍스트를 반영하도록 업데이트됩니다. 이는 읽기 전용이며, 새 값을 할당할 수 없습니다.

암호 객체는 다음 메서드를 요구합니다:

  • decrypt(string): 객체의 키 종속 데이터와 적절한 피드백 모드를 사용하여 string을 복호화합니다. 문자열의 길이는 알고리즘의 블록 크기 또는 CFB 모드의 경우 세그먼트 크기의 정확한 배수여야 합니다. 평문(plaintext)을 포함하는 문자열을 반환합니다.
  • encrypt(string): 객체의 키 종속 데이터와 적절한 피드백 모드를 사용하여 비어있지 않은 문자열을 암호화합니다. 문자열의 길이는 알고리즘의 블록 크기 또는 CFB 모드의 경우 세그먼트 크기의 정확한 배수여야 합니다. 암호문(ciphertext)을 포함하는 문자열을 반환합니다.

다음은 ‘DES’라는 모듈을 사용한 예시입니다:

>>> import DES
>>> obj = DES.new('abcdefgh', DES.MODE_ECB)
>>> plaintext = "Guido van Rossum is a space alien."
>>> len(plaintext)
34
>>> obj.encrypt(plaintext)
Traceback (innermost last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
ValueError: Strings for DES must be a multiple of 8 in length
>>> ciphertext = obj.encrypt(plaintext + 'XXXXXX') # 패딩 추가 (Add padding)
>>> ciphertext
'\021,\343Nq\214DY\337T\342pA\372\255\311s\210\363,\300j\330\250\312\347\342I\3215w\03561\303dgb/\006'
>>> obj.decrypt(ciphertext)
'Guido van Rossum is a space alien.XXXXXX'

변경 사항 (Changes)

  • 2002년 4월: 스트림 암호에 대한 참조를 제거하고, PEP 제목을 변경했으며, 피드백 모드 상수에 MODE_ 접두사를 붙였습니다. PGP 피드백 모드를 제거하고, CTR 및 OFB 피드백 모드를 추가했습니다. 숫자가 바이트 단위로 측정되는지 비트 단위로 측정되는지를 명확히 했습니다.
  • 2002년 9월: “arbitrary-length” 대신 “variable-length keys”를 사용하여 키 길이 논의를 명확히 했습니다.

감사의 글 (Acknowledgements)

이 PEP에 대한 의견을 주신 python-crypto 목록 독자들에게 감사드립니다.

이 문서는 퍼블릭 도메인(public domain)에 있습니다.

⚠️ 알림: 이 문서는 AI를 활용하여 번역되었으며, 기술적 정확성을 보장하지 않습니다. 정확한 내용은 반드시 원문을 확인하시기 바랍니다.

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