DES 암호화·복호화 도구

DES(Data Encryption Standard)는 1977년 IBM이 개발하고 NSA의 수정을 거쳐 미국 연방 표준이 된 암호 알고리즘입니다. Feistel 네트워크 구조를 사용하여 64비트 평문을 좌우로 나누고 16라운드의 변환을 거칩니다. 키는 명목상 64비트이지만 8비트는 패리티 검사용으로 예약되어 실제 키 길이는 56비트입니다. 당시 56비트는 충분히 안전했지만, 1999년에는 전용 하드웨어로 22시간 만에 무차별 대입이 가능해졌습니다. Triple DES(3DES)는 DES의 수명을 연장하기 위해 개발되었으며, 세 개의 서로 다른 키로 DES 암호화를 세 번 적용하여 168비트의 실질 키 길이를 달성합니다. 3DES는 EMV 칩 카드와 다양한 은행 프로토콜 등 금융 분야에서 아직 널리 사용되고 있습니다. AES가 DES를 대체하는 새 암호 표준이 되었지만, 레거시 시스템이나 금융 프로토콜, 임베디드 기기에서는 DES와 3DES가 여전히 활용되고 있습니다. 이 도구는 DES와 3DES 두 알고리즘을 모두 지원하며, CBC, ECB, CFB, OFB, CTR 다섯 가지 모드를 제공합니다.

DES는 1977년 FIPS 46으로 발표된 Feistel 블록 암호이다. 64비트 블록 단위로 동작하며 64비트 키를 사용하지만, 그중 8비트는 패리티 비트로 실제 키 길이는 56비트이다. 암호화 과정은 초기 치환(IP)으로 시작하여 64비트 상태를 32비트 좌·우 반쪽 L0, R0으로 나눈 뒤 (L_{i+1}, R_{i+1}) = (R_i, L_i XOR F(R_i, K_i)) 형태의 Feistel 라운드를 16회 반복한다. 라운드 함수 F는 E-box로 32비트를 48비트로 확장하고, PC-1/PC-2 키 스케줄로 파생된 48비트 라운드 키 K_i를 XOR한 뒤, 8개의 6→4비트 S-box(S1~S8)를 적용하고 P-box 치환을 수행한다. 최종 치환(FP = IP⁻¹)이 평문을 출력한다. NIST SP 800-67에 정의된 Triple DES는 DES를 암호화-복호화-암호화(EDE) 방식으로 세 번 적용한다: C = E_{K3}(D_{K2}(E_{K1}(P))). 키 옵션 1은 독립적인 56비트 키 세 개(168비트, 중간만남 공격 대비 약 112비트 보안)를 사용하고, 키 옵션 2는 K1 = K3으로 설정(약 80비트 보안)한다. 블록 암호 모드는 DES/3DES를 64비트 이상의 메시지에 적용할 수 있도록 래핑한다: ECB는 각 블록을 독립적으로 암호화하여 평문 패턴을 유출하고, CBC는 C_i = E_K(P_i XOR C_{i-1}) 체인에 임의의 8바이트 IV를 사용하며, CFB와 OFB는 블록 암호를 자기 동기화 또는 동기 스트림 암호로 전환하고, CTR은 평문을 E_K(nonce || counter)와 XOR한다. DES의 56비트 키 공간(2^56 ≈ 7.2 × 10^16)은 무차별 대입이 가능하다: EFF DES Cracker는 1998년 전용 ASIC으로 22시간 만에 DES 과제를 해독했으며, 현대 GPU/FPGA 클러스터는 수 시간이면 완료한다. NIST SP 800-131A는 2005년 단일 DES를 폐기하고 2023년 이후 Triple DES의 암호화 사용을 금지했다. Sweet32 생일 공격(CVE-2016-2183)은 3DES의 64비트 블록 크기를 악용하여 단일 키로 ~2^32블록(~32GB) 이후 충돌이 발생하므로 TLS에서 3DES를 더욱 약화시킨다. 현대 시스템은 DES나 3DES 대신 GCM이나 ChaCha20-Poly1305 같은 인증 모드의 AES-128 또는 AES-256을 사용해야 한다.

• DES 키는 패리티 포함 8바이트(실질 56비트). 3DES 키는 16바이트(2키, ~80비트 보안) 또는 24바이트(3키, 중간만남 공격 대비 ~112비트 보안).
• 블록 크기는 64비트/8바이트. CBC, CFB, OFB, CTR은 모두 8바이트 IV/nonce가 필요하며, ECB는 IV를 사용하지 않는다(블록 단위로 패턴 유출).
• PKCS#7 패딩은 값이 N인 N바이트를 추가한다(1 ≤ N ≤ 8). 평문 길이가 이미 8의 배수이면 0x08로 채운 8바이트 블록이 하나 추가된다.
• 약 키 0x0101010101010101, 0xFEFEFEFEFEFEFEFE, 네 쌍의 반약 키는 키 스케줄에서 K1 = K2가 되어 E_K = D_K가 되므로, 랜덤 키 생성 시 피해야 한다.
• Sweet32(CVE-2016-2183)는 3DES의 64비트 블록을 악용한다: 단일 키로 ~2^32블록(CBC 모드에서 단일 키 기준 평문 ~32GB) 이후 충돌이 발생한다.
• NIST SP 800-67 Rev. 2는 2023년 12월 31일 이후 Triple DES의 암호화 사용을 금지했다. 새 설계는 DES나 3DES 대신 AES-GCM 또는 ChaCha20-Poly1305를 사용해야 한다.
• EFF DES Cracker(Deep Crack)는 1998년 7월 25만 달러 미만의 비용으로 22시간 만에 DES를 해독했다. 현대 GPU 클러스터는 수 시간이면 가능하므로, 단일 DES는 기밀성 통제 수단이 아니다.