HTTPS가 동작하는 방식에 대해 설명해 주세요.

  • HTTPS는 암호화 프로토콜을 사용하여 통신을 암호화한다.

  • HTTPS의 원천 기술로는 SSL(Secure Socket Layer)과 TSL(Transport Layer Security) 전송 기술이 있다.

  • 단어에서 알 수 있듯, 안전한 계층을 웹 통신에 추가하는 방식이며, 이 기술을 수행하기 위해 웹 서버에 설치하는 것이 SSL/TLS 인증서이다.

  • TLS는 SSL의 개선 버전으로, 최신 인증서는 대부분 TLS를 사용하지만 편의적으로 SSL 인증서라고 말한다.

  • 웹 브라우저는 공신력 있는 인증서의 정보를 브라우저 내부에 보관하고 있으며, 접속하는 웹 사이트에 믿을만한 인증서가 설치되어 있는지 확인한다.

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대칭키 암호화 방식

  • 대칭키 암호화 방식이란 하나의 암호화키로 평문을 암호화하고, 다시 암호문을 평문으로 복호화할 때 사용하는 방식이다.

  • 대칭키 암호화 방식은 키를 하나만 사용하는 간편함이 있지만, 키를 분실하거나 도난을 당하면 내 암호문을 누군가가 복호화하여 볼 수 있다는 치명적인 단점이 있다.

공개키 암호화 방식

  • 공개키 암호화 방식은 공개키, 개인키 이렇게 두 개의 키를 한 쌍으로 각각 암호화/복호화에 사용한다.

  • 일반적으로 공개키로 암호화한 것을 개인키로 복호화한다.

  • 개인키를 먼저 만들고, 여기서 공개키를 파생하여 한 쌍이 키를 만들기 때문에 키페어(key pair)라고 부른다.

  • 만약 같은 쌍이 아닌 다른 키를 사용하려 한다면 암호화/복호화가 불가능하다.

공개키 방식은 대칭키 방식에 비해 안전하지만, 계산 과정이 복잡하고 연산 도중 컴퓨터의 자원이 많이 사용한다. 그래서 공개키 방식과 대칭키 방식을 적절히 혼합하여 사용한다.

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1. 클라이언트에 해당하는 브라우저가 먼저 웹 서버에 접속한다.

웹 사이트 접속에 HTTPS를 사용하는 브라우저는 다음 정보를 이 단계에서 보낸다.

  • 브라우저가 사용하는 SSL 또는 TLS 버전 정보

  • 브라우저가 지원하는 암호화 방식 모음(cipher suite)

  • 브라우저가 순간적으로 생성한 임의의 난수(숫자)

  • 만약 이전에 SSL 핸드 셰이크가 완료된 상태라면, 그떄 생성된 세션 아이디

cipher suite는 보안의 궁극적인 목표를 달성하기 위해 사용하는 방식을 패키지 형태로 묶어 놓은 것을 의미한다.

  • 보안의 목표

    • 안전한 키 교환

    • 전달 대상 인증

    • 암호화 알고리즘

    • 메시지 무결성 확인 알고리즘

2. 웹 서버는 1번에 응답하면서 다음 정보를 클라이언트에 제공한다.

  • 브라우저의 암호화 방식 정보 중에서 서버가 지원하고 선택한 암호화 방식(cipher suite)

  • 서버의 공개키가 담긴 SSL 인증서, 인증서는 CA의 비밀키로 암호화되어 발급된 상태다.

  • 서버가 순간적으로 생성한 임의의 난수(숫자)

  • 클라이언트 인증서 요청(선택사항)

3. 브라우저는 서버의 SSL 인증서가 올바른지 확인한다.

  • 대부분 브라우저에는 공신력 있는 CA들의 정보와 CA가 만든 공개키가 이미 설치되어 있다.

  • 서버가 보낸 SSL 인증서가 정말 CA가 만든 것인지 확인하기 위해, 내장된 CA 공개키로 암호화된 인증서를 복호화한다.

  • 정상적으로 복호화되었다면 CA가 발급한 것이 증명되는 것이다.

  • 만약 등록된 CA가 아니거나, 등록된 CA가 만든 인증서처럼 꾸몄다면 이 과정에서 발각 되며 브라우저 경고를 보낸다.

4. 브라우저는 자신이 생성한 난수와 서버의 난수를 사용하여 premaster secret을 만든다.

  • 웹 서버 인증서에 딸려 온 웹 사이트의 공개키로 이것을 암호화하여 서버로 전송한다.

5. 서버는 사이트의 비밀키로 브라우저가 보낸 permaster secret 값을 복호화한다.

  • 복호화한 값을 master secret 값으로 저장한다.

  • 이것을 사용하여 방금 브라우저와 만들어진 연결에 고유한 값을 부여하기 위한 세션키를 생성한다.

  • 세션키는 대칭키 암호화에 사용할 키이다. 이것으로 브라우저와 서버 사이에 주고 받는 데이터를 암호화하고 복호화한다.

6. SSL 핸드셰이크를 종료하고 HTTPS 통신을 시작한다.

  • 브라우저와 서버는 SSL 핸드셰이크가 정상적으로 완료하고, 이제는 웹상에서 데이터를 세션키를 사용해 암호화/복호화하며, HTTPS 프로토콜을 통해 주고받을 수 있다.

  • HTTPS 통신이 완료되는 시점에서 서로에게 공유된 세션키를 폐기한다. 만약 세션이 여전히 유지되고 있다면 브라우저는 SSL 핸드셰이크 요청이 아닌 세션 ID만 서버에게 알려주면 된다.(과정 1번 참고)

SSL 인증서에는 대칭키 방식과 공개키 방식 두 개 모두 사용하며, 모든 웹 콘텐츠의 전달을 공개키 방식으로 한다면 웹 서버와 브라우저에 많은 부담이 된다. 그래서 SSL 핸드셰이크 단계까지는 공개키 방식, 그 이후의 HTTPS 통신은 대칭키 방식을 사용한다.

참고

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