실제 시험 문제 01

이 글에서 익힐 것

• 평문(Klartext), 암호문(Ciphertext), 키(Schlüssel), 블록(Block)의 뜻을 구분한다.

• 블록 암호(Blockchiffre)가 정확히 무엇을 입력받는지 이해한다.

• Padding이 왜 필요한지 숫자 예시로 설명한다.

• ECB/CBC와 CTR에서 Padding 필요 여부가 다른 이유를 말할 수 있다.

• 시험 문장의 절대 표현 muss를 발견하고 조건부 명제로 고쳐 쓸 수 있다.

개념부터 차근차근

• 암호화의 네 가지 기본 단어

  보내려는 원래 정보가 평문(Klartext 또는 Plaintext)이다. 평문을 알아볼 수 없게 바꾸는 과정이 암호화(Verschlüsselung), 그 결과가 암호문(Ciphertext), 허가받은 사람이 다시 평문으로 돌리는 과정이 복호화(Entschlüsselung)다. 키(Schlüssel)는 이 변환을 제어하는 비밀값이다. 같은 알고리즘을 쓰더라도 키가 다르면 보통 결과도 달라진다.

• 블록 암호는 정해진 크기의 상자만 받는 기계다

  블록 암호는 임의 길이 문장을 한 번에 받는 기계가 아니다. 정확히 b비트짜리 평문 블록 하나를 받아 같은 b비트 길이의 암호문 블록 하나를 만든다. AES의 블록 크기는 128비트, 즉 16바이트다. 여기서 블록 크기와 키 길이는 다른 개념이다. AES는 블록 크기가 128비트로 고정이지만 키는 128·192·256비트 중 하나일 수 있다.

• 운영 모드(Betriebsmodus)가 필요한 이유

  실제 메시지는 16바이트보다 길 수도 짧을 수도 있다. 그래서 블록 암호 한 번의 변환을 여러 번 연결해 긴 메시지를 처리하는 규칙이 필요하다. 이 연결 규칙이 ECB, CBC, CTR 같은 운영 모드다. 같은 AES를 사용해도 모드가 달라지면 블록 사이의 의존관계, 병렬 처리 가능성, Padding 필요 여부가 달라진다.

• Padding은 마지막 상자의 빈칸을 채우는 규칙이다

  ECB나 CBC처럼 블록 단위로 평문을 넣어야 하는 모드에서 메시지 길이가 블록 크기의 배수가 아니면 마지막 조각이 너무 짧다. 이때 정해진 규칙으로 바이트를 덧붙여 마지막 블록을 완성하는 것이 Padding(Auffüllungsfunktion)이다. 단순히 아무 0이나 붙이는 것이 아니라, 복호화 뒤 어디까지가 진짜 메시지이고 어디부터가 채움인지 확실히 제거할 수 있는 역연산 unpad가 있어야 한다.

헷갈리는 개념 비교하기

• ECB

  평문을 완전한 블록으로 나누어 각 블록을 직접 암호화하므로, 일반적으로 마지막 블록이 짧으면 Padding이 필요하다.

  시험 포인트 같은 평문 블록은 같은 키 아래 같은 암호문 블록이 되어 패턴이 노출되는 큰 단점이 있다.

• CBC

  각 평문 블록을 이전 암호문 블록과 XOR한 뒤 암호화한다. XOR와 블록 암호 입력 모두 블록 크기를 요구하므로, 전통적인 CBC에서는 마지막이 짧을 때 Padding이 필요하다.

  시험 포인트 Padding 오류를 공격자에게 구별해 주면 CBC Padding Oracle Attack으로 이어질 수 있으므로 Padding은 단순 길이 문제가 아니라 보안 문제이기도 하다.

• CTR

  Counter 값을 블록 암호로 암호화해 keystream을 만들고 평문과 XOR한다. 마지막에는 필요한 keystream 부분만 잘라 XOR할 수 있으므로 임의 길이 메시지에 별도의 Padding이 필요 없다.

  시험 포인트 CTR은 블록 암호를 기반으로 하지만 사용 모습은 Stromchiffre와 비슷하다. 이 예외가 원문의 muss를 거짓으로 만드는 가장 강한 반례다.

문장을 하나씩 판별하기

• 문장의 주어 Blockchiffren만 보고 바로 판단하지 않는다. 블록 암호 primitive와 그것을 긴 메시지에 적용하는 mode를 구분해야 한다.

• 핵심 함정 단어는 muss, 즉 반드시다. 반드시라는 문장은 반례 하나만 찾아도 거짓이다.

• CTR 모드에서는 별도 Padding 없이 마지막 부분 블록을 처리할 수 있다. 따라서 모든 블록 암호 사용에 Padding이 반드시 필요하다는 보편 명제는 깨진다.

• 다만 ECB/CBC에서 마지막 평문 블록이 짧다면 Padding이 필요하다는 핵심 개념 자체는 맞다. 문제는 필요한 조건을 생략하고 항상이라고 일반화한 데 있다.

정답까지 사고 과정

1. 1단계: 문장에서 절대 표현 muss를 표시한다.

2. 2단계: 블록 암호가 고정 길이 블록을 처리한다는 정의를 떠올린다.

3. 3단계: 메시지 길이가 블록 크기의 배수인지, 그리고 어떤 운영 모드를 쓰는지 조건을 나눈다.

4. 4단계: ECB/CBC의 짧은 마지막 블록에는 Padding이 필요함을 확인한다.

5. 5단계: CTR은 임의 길이 비트열을 처리해 별도 Padding이 필요 없다는 반례를 제시한다.

6. 6단계: 반례가 있으므로 '항상 반드시'라는 원문을 Falsch로 판정한다.

스스로 확인하기

• AES-CBC로 30바이트 평문을 처리한다. AES 블록은 16바이트다. 마지막 조각은 몇 바이트이며 왜 Padding이 필요한가?

  16바이트와 14바이트로 나뉜다. CBC의 블록 입력을 완성하려면 마지막 14바이트에 Padding을 추가해야 한다.

• AES-CTR로 30바이트 평문을 처리할 때 별도 Padding이 필요한가?

  필요 없다. 마지막 14바이트에 필요한 keystream 14바이트만 XOR하면 된다.

• 원문의 정답을 바꾸는 핵심 단어 하나는?

  muss(반드시). 조건부로 필요한 사실을 보편 명제로 과장했다.

설명의 근거

• Gedächtnisprotokoll Computersystemsicherheit WS2025_26.md — Krypto / Multiple Choice: 복기 원문.

• Übung 2 - Lösung (2. Update 10.11).pdf, p.1-2 — Blockchiffren, Stromchiffren, Auffüllungsfunktion 및 ECB/CBC/CTR 설명.

• Vorlesung 03 Symmetrische Kryptographie.pdf, p.5-9 — 고정 블록 정의와 Padding; p.22-26 — CTR의 XOR 구조와 스트림형 처리; p.30 — Stromchiffren 및 CTR 연결.

이 문제가 어려운 이유

짧은 문제 문장 ‘블록 암호(Blockchiffren)에서는 모든 블록 길이를 같게 만들기 위해 padding function을 반드시 써야 한다. Wahr/Falsch?’ 안에 정의, 조건, 처리 순서가 압축되어 있습니다. 아래 예시에서는 이를 한 단계씩 펼쳐 확인합니다.