블록 암호화(Block Cipher)

개요

블록 암호화(Block Cipher)는 고정된 크기의 데이터 블록 단위로 평문을 암호문으로 변환하는 대칭키 암호 방식입니다. DES, AES와 같은 표준 암호 알고리즘은 모두 블록 암호 방식을 기반으로 하며, 다양한 운용 모드(ECB, CBC, CTR, GCM 등)와 함께 사용됩니다. 본 글에서는 블록 암호의 구조, 대표 알고리즘, 운용 방식별 차이점, 보안 강점과 한계를 정리합니다.

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1. 블록 암호화의 개념

블록 암호화는 입력 데이터를 정해진 블록 크기(예: 64비트, 128비트 등)로 분할한 후, 각 블록에 동일한 암호화 키를 사용해 순차적으로 암호화하는 방식입니다.

요소	설명
블록 크기	데이터 분할 단위 (AES: 128비트 고정)
키 길이	암호화에 사용되는 비밀키 길이 (예: AES-256은 256비트)
패딩(Padding)	마지막 블록이 불완전할 경우 채워넣는 방식

블록 암호는 일반적으로 정형화된 고속 알고리즘으로 구현되며, 하드웨어 최적화가 용이.

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2. 주요 블록 암호 알고리즘 비교

알고리즘	블록 크기	키 길이	특징
DES	64비트	56비트	과거 표준, 현재는 안전하지 않음
3DES	64비트	168비트	DES를 3회 적용, 성능 낮음
AES	128비트	128/192/256비트	현재 표준, 안전성과 성능 우수
SEED	128비트	128비트	한국 국가표준, 국내 금융권 사용
Camellia	128비트	128/192/256비트	일본 개발, AES 대안으로 사용 가능

현재는 AES-128 또는 AES-256이 전 세계적으로 가장 많이 채택됨.

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3. 운용 모드(Operation Mode) 비교

모드	설명	특징 및 보안 수준
ECB (Electronic Codebook)	각 블록을 독립적으로 암호화	패턴 노출 위험 → 비추천
CBC (Cipher Block Chaining)	이전 블록 암호문과 XOR 후 암호화	IV 필요, 보안성 우수, 직렬화 문제 있음
CTR (Counter)	블록마다 증가하는 값과 XOR	병렬 처리 가능, 랜덤 접근에 적합
GCM (Galois/Counter Mode)	CTR + 인증 기능 (AEAD)	무결성 검증까지 가능, TLS/HTTPS 표준

GCM은 데이터 보호 + 인증을 동시에 제공하는 대표적 AEAD 모드.

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4. 블록 암호 보안성과 한계

요소	설명	대응 전략
키 길이 부족	DES처럼 키가 짧으면 브루트포스에 취약	최소 128비트 이상 권장
패턴 노출	ECB 사용 시 반복 평문에서 패턴이 드러남	CBC, CTR, GCM 등 사용
동기화 오류	CBC에서 블록 손실 시 전체 복호화 실패	CTR, GCM 등으로 보완 가능
패딩 오라클 공격	패딩 처리 방식 악용	PKCS#7 보완 또는 AEAD 방식 적용

운용 모드 선택이 암호화의 보안성에 매우 큰 영향을 미침.

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5. 실무 적용 예시 및 설정 권장사항

환경	적용 방식	추천 설정
VPN 통신	AES-CBC 또는 AES-GCM 사용	키 길이: 256비트, 인증 포함 시 GCM 우선
웹 트래픽 보호 (HTTPS)	TLS 1.3 + AES-GCM	AEAD 모드만 허용 (CBC 금지)
DB 암호화	AES-256 + 키 관리 연계	TDE + KMS 연동 구성
로그 보호	AES-CBC + HMAC 인증	무결성 보장 필수

암호화 알고리즘 선택만큼, 운용 모드와 키 관리 구조도 중요하다.

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결론

블록 암호화는 데이터 보안의 가장 핵심적인 기반 기술로, 안정성과 효율성을 동시에 추구하는 암호 시스템입니다. 다양한 알고리즘과 운용 모드를 통해 다양한 환경과 요구 사항에 맞게 적용할 수 있으며, 특히 CBC, CTR, GCM 같은 모드의 선택이 실제 보안성에 직접적인 영향을 미칩니다. 올바른 암호화 기술의 선택과 운용은 데이터 보호의 첫걸음이자 핵심입니다.