완전 순방향 비밀성이란 무엇이며, 왜 중요할까요?

완전 순방향 비밀성(PFS 또는 순방향 비밀성)은 장기 비밀 키가 나중에 유출되더라도 이전 통신이 안전하게 유지되도록 보장하는 암호화 시스템의 보안 기능입니다.

일반적으로 암호화된 시스템은 오랜 기간 동안 동일하게 유지되는 비밀 암호화 키를 사용합니다. 통신이 이미 이루어진 후 누군가 해당 키를 훔치면, 이전에 기록된 통신을 복호화할 가능성이 있습니다.

귀하가 원격으로 근무하며 경비 보고서나 개인 급여 정보를 제출하기 위해 HTTPS를 통해 회사의 오래된 내부 웹 포털에 로그인하는 경우를 가정해 보겠습니다. 이 시스템은 완전 순방향 비밀성을 지원하지 않는 오래된 TLS 설정을 사용합니다.

네트워크 경로 상의 어딘가에 있는 공격자(예: 공용 WiFi 또는 유출된 라우터)가 암호화된 트래픽을 기록합니다. 당시에는 암호화되어 있어 공격자가 읽을 수 없습니다.

몇 달 후, 회사는 보안 사고를 겪고 서버의 장기 개인 암호화 키가 유출됩니다. 시스템이 순방향 비밀성을 사용하지 않았기 때문에 공격자는 해당 키를 사용하여 이전에 기록된 트래픽을 복호화하고, 귀하가 이전에 제출한 민감한 정보를 노출할 수 있습니다.

시스템이 순방향 비밀성을 사용했다면 각 세션은 나중에 폐기되는 일시적인 암호화 키를 사용했을 것이므로, 서버 키가 유출되더라도 공격자가 과거의 통신을 복호화할 수 없었을 것입니다.

완전 순방향 비밀성은 각 통신 세션에 대해 임시 비대칭 키 교환을 통해 새로운 임시 세션 키를 생성합니다. 이는 보통 디피-헬만(DH) 또는 이보다 더 효율적인 타원곡선 방식인 타원곡선 디피-헬만(ECDH)과 같은 임시 키 교환 프로토콜을 사용하여 구현됩니다.

타원곡선 디피-헬만은 훨씬 작은 키 크기를 사용하면서도 전통적인 디피-헬만과 동일한 보안을 제공하여 성능을 향상시키기 때문에 오늘날 널리 선호됩니다. 전통적인 디피-헬만은 큰 소수에 의존하며, 과거에는 취약하거나 재사용된 매개변수 선택이 악용(새 창)되기도 했습니다.

아래 다이어그램은 완전 순방향 비밀성이 적용된 TLS 핸드셰이크를 보여줍니다. 클라이언트와 서버 모두 임시 키 쌍을 생성하고 공개 키를 교환하여 공유된 세션 암호를 도출합니다. 이러한 키는 임시 키이므로, 나중에 서버의 장기 키가 유출되더라도 이전 세션은 안전하게 유지됩니다.

• 온라인 뱅킹 및 쇼핑을 포함한 대부분의 보안 웹사이트(HTTPS). HTTPS는 TLS를 사용하여 웹사이트 연결을 암호화하며, TLS 1.3에는 순방향 비밀성이 포함되어 있습니다.
• Signal 및 WhatsApp과 같이 종단 간 암호화가 적용된 메시징 앱. 이러한 앱은 일반적으로 키를 자주 교체하며, 때로는 메시지당 한 번씩 교체합니다.
• WireGuard®(새 창) 및 OpenVPN(새 창)(임시 디피-헬만 적용)과 같은 현대적인 VPN 프로토콜을 사용하는 VPN(새 창) 앱. Proton VPN은 순방향 비밀성을 지원합니다(새 창).
• OpenSSH(macOS 및 대부분의 Linux 시스템에 내장됨) 및 PuTTY(Windows SSH 클라이언트)와 같은 SSH 원격 접근 도구.
• 이메일 서비스는 보통 서버 간에 이메일이 전송되는 동안 이메일을 암호화하며, 이때 주로 순방향 비밀성을 지원하는 TLS를 사용하여 외부인이 쉽게 가로챌 수 없도록 합니다. 하지만 PGP와 같은 암호화로 보호되지 않는 한, 이메일 제공 업체 자체는 여전히 저장된 이메일을 읽을 수 있습니다.