KR101602803B1 - 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법에 관한 것으로, 미리 약속된 가로편광을 의미하는‘0’혹은 세로편광을 의미하는‘1’로 이루어진 복수자릿수의 암호 키를 이용하여, 송신하고자 하는 복수의 평문으로 작성된 메시지를 암호화함과 더불어 다음번 암호 키를 생성하는 암호화 및 암호 키 생성과정과, 상기 암호화된 메시지 및 생성된 다음번 암호 키를 광신호에 실어 전송하는 메시지 전송과정을 포함하여 이루어진 암호화 단계가 진행된다.
그리고 상기 암호화 단계의 메시지 전송과정을 통해 전송된 상기 광신호를 수신받는 광신호 수신과정과, 상기 수신받은 광신호에 포함된 메시지 및 암호 키를 상기 미리 약속된 암호 키에 따른 편광조절을 통해 복호화하는 복호화 과정을 거쳐 상기 복호화된 메시지를 사용자 단말기로 출력하고, 상기 복호화된 암호 키는 다음번 수신 메시지의 복호화를 위한 암호 키로 지정하는 출력 및 지정과정을 포함하여 이루어진 복호화 단계가 진행된다.
이렇듯 암호화 과정에서 송신하고자 하는 평문에 추가하는 암호 키는 수신과정에서 암호를 복호화하는데 쓰이는 것뿐만 아니라, 다음번 전송 시에 암호 키로 사용함으로써, 전송효율을 높일 수 있다.

Description

편광을 이용한 암호화 및 복호화방법{The encryption and decryption Method of using to polarization}

본 발명은 암호 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법에 관한 것이다.

최근 몇 년간 일어난 수많은 개인정보 유출사고들은 허술한 보안체계가 어떤 결과를 초래하는지 여실히 보여주는 대목이었다. 보안에 취약한 액티브 X와 공인인증서에 의존하는 RSA 키 분배 방식의 보안시스템은 수많은 해킹에 노출되었고, 주민등록번호 대체수단인 공공 아이핀 또한 해킹되는 사태가 일어났다.

이러한 해킹에 대비하기 위해 대한민국등록특허 제10-0720726호에서 물리적 공격을 대비할 수 있는 기술을 제시하고 있다. 물론 기존의 RSA 암호화 알고리즘은 매우 큰 소수를 이용하여 암호화하는 수학적 복잡성을 기반으로 만들어졌으므로, 이를 풀어내기가 쉽지는 않다. 그러나 짧은 시간 내에 소인수분해를 해결할 수 있는 알고리즘이 발견된다면 RSA 암호화 알고리즘의 보안성은 깨질 우려가 크다.

그리고 공개키와 개인키를 이용하여 암호화하는데, 개인키를 자신의 PC 또는 휴대성 메모리장치에 보관해야만 한다. 그렇기 때문에 만약 공인인증서가 저장된 폴더를 탈취당한다면 개인키가 유출됨으로써, 손쉽게 암호가 해독될 수 있다.

또한, 액티브 X는 악성프로그램도 클릭 한 번으로 설치될 수 있는 도구이기 때문에 보안상의 취약점이 여실히 드러난다.

등록특허 제10-0720726호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 송신하고자 하는 평문에 미리 약속된 암호 키를 이용하여 암호문 및 새로운 암호 키를 생성하고, 암호화되어 수신된 암호문은 이전 송신을 통해 전송받은 암호 키를 이용한 편광조절을 통해 복호화함으로써 종래기술보다 체계적이고 보안성이 강화된 암호화 및 복호화방법을 제공하는 것이다.

또한, 암호화 과정에서 원문에 비해 용량이 크게 증가한 데이터를 압축시켜, 전송과정에서 효율적인 전송이 이루어질 수 있도록 데이터 트래픽 부하를 줄이는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법은, 미리 약속된 가로편광을 의미하는‘0’혹은 세로편광을 의미하는‘1’로 이루어진 복수자릿수의 암호 키를 이용하여 송신하고자 하는 복수의 평문으로 작성된 메시지를 암호화함과 더불어 다음번 암호 키를 생성하는 암호화 및 암호 키 생성과정과, 상기 암호화된 메시지 및 생성된 다음번 암호 키를 광신호에 실어 전송하는 메시지 전송과정을 포함하여 이루어진 암호화 단계로 진행된다.

그리고 상기 암호화 단계의 메시지 전송과정을 통해 전송된 상기 광신호를 수신받는 광신호 수신과정과, 상기 수신받은 광신호에 포함된 메시지 및 암호 키를 상기 미리 약속된 암호 키에 따른 편광조절을 통해 복호화하는 편광복호화 과정과, 상기 복호화된 메시지를 사용자 단말기로 출력하고, 상기 복호화된 암호 키는 다음번 수신 메시지의 복호화를 위한 암호 키로 지정하는 출력 및 지정과정을 포함하여 이루어진 복호화 단계를 포함하여 진행되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 암호 키 생성과정의 메시지 암호화는 상기 미리 약속된 가로편광을 의미하는‘0’혹은, 세로편광을 의미하는‘1’의 암호 키에 따라 각 평문의 앞 혹은 뒤에 랜덤한 비평문을 배치하여 수행되며, 상기 암호 키 생성과정의 암호 키 생성은 규정된 자릿수에 따라 상기 가로편광을 의미하는‘0’혹은, 세로편광을 의미하는‘1’을 랜덤하게 생성하여 수행됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 암호화되어 송신하고자 하는 메시지와 다음번 암호 키는 서로 연속되게 배치하여 하나의 암호문으로 구성되며, 상기 암호화된 암호문은 전송 전, 진법 변환을 통해 압축되도록 함을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법은 암호 키에 의해 편광이 조절되고, 이러한 편광조절을 통해 암호문에 포함된 비평문이 제거된 평문만 보여지도록 함으로써, 상기 편광 조절을 위한 암호 키를 확보하지 못한 도청자의 도청은 방지한다는 효과를 가진다.

그리고 암호화 과정에서 송신하고자 하는 평문에 추가하는 암호 키는 수신과정에서 암호를 복호화하는데 쓰이는 것뿐만 아니라, 다음번 전송 시에 암호 키로 사용함으로써, 암호화 및 복호화 과정에서의 전송효율을 높일 수 있다.

그리고 한 차례 송수신이 이루어질 때마다 즉시 암호 키가 바뀌게 되므로 만약 누군가 도청을 시도한다고 하여도 올바르지 못한 정보를 획득하거나, 아무런 정보를 얻지 못하게 됨으로써, 종래의 암호화 방법에 비해 보안성이 매우 높다.

또한, 원문에 비해 길이가 배 이상 증가한 암호화된 암호문을 송신할 때 진법 변환을 통해 압축하여 전송함으로써, 통신과정에서 데이터 트래픽의 부하를 줄여줄 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법을 실시하는 시스템을 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 블럭도
도 2는 본 발명에 의한 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법의 동작단계를 보인 흐름도
도 3은 본 발명에 의한 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법의 실시 예를 나타낸 테이블
도 4는 본 발명에 의한 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법의 실시 예를 나타낸 테이블

이하 본 발명에 의한 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법을 실시하는 시스템을 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 블럭도이다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 시스템은 크게 암호 송신부(10)와 편광필터(30) 및 암호 수신부(40)로 이루어진다.

여기서, 상기 암호 송신부(10)는 미리 약속된 암호 키를 이용하여 송신자의 메시지를 암호화하여 편광유지 광섬유(20)을 통해 상기 암호 수신부(40)로 전송하도록 구성된다.

또한, 상기 암호 수신부(40)는 상기 편광유지 광섬유(20)를 통해 상기 암호 송신부(10)로부터 암호화된 메시지를 송신받고, 미리 약속된 암호 키를 이용하여 상기 편광필터(30)를 제어함으로써 복호화하도록 구성된다.

하기에서는, 전술된 본 발명의 실시 예에 따른 시스템을 이용하여 메시지를 송수신하는 과정에 대해 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.

첨부된 도 2는 본 발명의 실시 예를 동작단계를 나타낸 흐름도이며, 도 3과 도 4에는 본 발명에 의한 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법의 실시 예가 테이블로 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법은 암호화 및 암호 키 생성과정 및 메시지 전송과정으로 이루어진 암호화 단계, 광신호 수신과정과 편광복호화 과정 및 출력 및 지정과정으로 이루어진 복호화 단계가 순차적으로 진행됨을 특징으로 한다.

실시 예의 설명에 앞서, 최초 송신과정에서는 암호문을 해독하기 위한 암호 키는 송신자 및 수신자가 미리 약속되어 지정된다.

이하에서는 사용자는 송신하고자 하는 메시지를 평문과 비평문 및 암호 키로 이루어진 암호문으로 암호화하는 암호화 단계에 대해 설명하도록 한다.

여기서, 상기 평문은 사용자가 송신하고자 하는 실질적인 메시지이고, 상기 비평문은 상기 평문을 암호화하기 위해 상기 평문의 앞 또는 뒤에 랜덤하게 생성되는 메시지이며, 상기 암호 키는 다음번의 암호문을 복호화하기 위한 암호 키이다.

상기 비평문은 평문의 길이와 비례하며, 상기 평문에 비평문이 삽입되어 암호화된 형태는 메시지 부분이라 구분한다.

그리고 상기 비평문이 삽입된 평문(메시지 부분)에 뒤이어 삽입되는 암호 키는 다음번 암호 키라 칭한다. 상기 다음번 암호 키는 2진수로 이루어지며, 상기 비평문과 마찬가지로 랜덤하게 생성되고, 상기 메시지 부분의 두 배의 문자 또는 숫자로 삽입된다. 여기서 다음번 암호 키는 다음번 송신하고자 하는 메시지를 암호화 및 복호화하는 역할을 한다.

이렇듯 상기 암호화된 메시지(평문과 비평문으로 이루어진 메시지)와 상기 메시지 부분에 뒤이어 삽입되는 다음번 암호 키가 결합되어 하나의 암호문을 형성한다.

이를 첨부된 도 1을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

이때, 미리 약속된 암호 키는‘000000’임을 그 예로 하며, 송신자가 보내고자 하는 메시지는‘123’임을 그 예로 한다.

우선, 송신자는 보내고자 하는 메시지‘123’을 입력한다. 이와 같이 메시지의 입력이 이루어지면 암호 송신부(10)는 미리 약속된 암호 키‘000000’을 이용하여 상기 메시지를 암호화하게 된다.

즉, 사용자가 입력한 메시지는 평문이 됨과 더불어, 이러한 평문의‘123’이 이루는 각각의 자릿수 앞 혹은 뒤에는 랜덤하게 생성한 비평문이 각각 삽입된다.

이때, 상기 메시지의 암호화를 위한 암호 키는‘000000’중 앞의 세 자리임을 고려할 때, 상기 평문‘123’의 각각의 자릿수 뒤에 비평문‘7’,‘9’,‘3’이 차례로 각각 삽입되어‘172933’이라는 메시지 부분이 형성된다.

여기서, 상기 비평문은 난수생성 알고리즘을 통해 무작위로 생성된 랜덤한 값으로써, 일정한 패턴을 가지지 않도록 생성된다. 즉, 무작위로 생성된 랜덤 값이라 할지라도 생성되는 과정에서 예를 들어, 5번째 생성되는 비평문은 '8' , 6번째 생성되는 비평문은 '2' 등, 어떠한 패턴으로도 유추 불가능하도록 본 발명의 범위 내에서 표현 가능한 모든 경우의 수를 고려하여 생성된다.

그렇기 때문에, 상기 비평문이 상기 평문이 무조건 다르지 않고, 동일한 숫자(문자)로 생성될 수도 있음은 자명하다.

그리고 상기 다음번 암호 키의 경우‘000000’중 뒤의 세 자리 임을 고려할 때, 랜덤하게 생성한 실제 암호 키‘00 01 10’의 각 두 자리수 뒤에 각각의 랜덤한 비암호문‘00’,‘10’,‘01’이 각각 삽입되면서‘000001101001’이라는 암호 키가 생성되어 상기 메시지 부분과 다음번 암호 키가 결합된 암호문‘172933000001101001’이 완성된다.

이렇듯 암호화 및 암호 키 생성과정을 통해 생성된 상기 암호문은 광신호에 실어 전송되는 암호화 단계를 거치게 된다. 상기 광신호는 상기 암호 송신부(10)가 편광유지 광섬유(20)를 통해 전송된다.

다음으로는 복호화 단계에 대해 설명하도록 한다.

상기 암호문‘172933000001101001’은 암호 수신부(40)로 수신되는 광신호 수신과정을 거쳐 편광필터(30)를 통과하는 복호화 과정이 진행된다. 상기 복호화 과정에서는 상기 암호문을 메시지 부분과 다음번 암호 키로 나누어 복호화한다.

상기 메시지 부분과 다음번 암호 키는 미리 약속된 암호 키와 각각 대응하여 복호화되는데, 상기 미리 약속된 암호 키가‘0’일때는 가로편광을 통과하며‘1’일 때는 세로편광을 통과하게 된다.

첨부된 도 3을 참조하여 복호화 과정을 설명하면,

상기 메시지 부분‘172933’을‘17’,‘29’,‘33’과 같이 두 자리씩 묶고, 다음번 암호 키‘000001101001’는‘0000’,‘0110’,‘1001’과 같이 네 자리씩 묶는다. 즉, 상기 메시지 부분은 2개씩, 다음번 암호 키는 4개씩 묶는다. 이리하여 총 6개의 묶음은 미리 약속된 암호 키가‘000000’이므로, 모두 가로편광을 통과하게 된다.

그러므로, 상기 메시지 부분은‘17’,‘29’,‘33’모두 가로편광을 통과하여 비평문‘7’,‘9’,‘3’을 제외한‘123’이라는 복호화 결과를 얻게 된다.

그리고 다음번 암호 키의 복호화 과정에서, 상기 다음번 암호 키는 4개가 한 묶음이므로 절반으로 나누어 왼쪽에서부터 2자리 또는 오른쪽에서부터 2자리 숫자가 선택된다.

즉, 상기 다음번 암호 키‘0000 0110 1001’중에‘00 01 10’이라는 정보만 수신된다.

이렇듯, 수신된 암호문이‘17 29 33 0000 0110 1001’이므로, 복호화 결과‘123’이라는 메시지와,‘000110’이라는 다음번 암호 키를 추출할 수 있게 된다.

다음은, 전술된 과정에 의해 재설정된 암호 키를 이용하여 암호문의 생성 및 복호화 하는 과정을 추가로 설명하도록 한다. 즉, 첨부된 도 4에 도시된 바와 같이 송신하고자 하는 평문이‘156’이므로, 암호화 과정을 거쳐‘135769001111011001’이라는 암호문이 생성된다. 이를 복호화하기 위해 상기와 같은 방법으로 나누면‘13’,‘57’,‘69’,‘0011’,‘1101’,‘1001’과 같이 나뉘게 된다.

상기한 바와 마찬가지로, 다음번 암호 키‘000110’를 통해 상기 암호문을 복호화 하면‘110110’이라는 다음 전송을 위한 다음번 암호 키를 추출할 수 있다.

이렇듯, 송수신 과정에서 상기와 같은 동작이 반복하여 수행된다.

즉, 첨부된 도 2와 같이, 최초 암호 키 설정(S10)으로부터 암호문 생성(S20), 암호문 전송(S30), 수신된 암호문을 구분(S40), 최초 설정된 암호 키와 편광필터를 통해 수신된 암호문을 해독(S50), 해독된 암호문을 통해 수신된 메시지와 다음번 암호 키를 획득(S60), 획득한 다음번 암호 키를 통해 또 다른 암호문을 생성(S70)의 과정이 순차적으로 진행되는 것이다.

이와 같이 메시지를 전송할 때마다 매번 암호 키가 바뀌기 때문에, 종래의 암호화 기법에 비해 보안성이 강화됨은 자명하다. 그리고 암호문의 길이가 길어질수록 메시지를 알아챌 확률이 거의 없어진다.

즉, 개인 키가 존재하지 않고 끊임없이 바뀌기 때문에 종래의 암호화 기법에 비해 해킹으로부터 안전하며 또한, 보편화된 RSA 암호화 방식에 비해 수학적 복잡성에 의존하지 않기 때문에 수학적 발견이나 컴퓨터 성능 향상에 따라 암호가 해독될 가능성이 현저하게 낮아진다.

한편, 상기 암호화된 암호문은 전송 전, 진법 변환을 통해 압축될 수 있다. 암호문을 전송할 때 송신하고자 하는 암호화된 메시지가 평문의 2배로 늘어나게 되며 또한, 다음 암호를 해독하기 위한 암호 키 또한 전송해야 하므로 적어도 약 2~3배의 정보가 더 전송되어야 한다. 그렇기 때문에, 효율적인 전송을 위해 데이터 압축이 요구된다.

상기한 데이터의 압축은 0과 1로 구성된 2진수의 구조의 다음 암호 키를 16진수로 변환하여 압축효과를 보이며 또한, 본 발명에서는 도시하지 않았지만 압축 알고리즘(예, zip, 7z 등)을 사용하여 데이터를 압축하는 것도 가능하다.

그리고 본 발명에서는 수평과 수직 편광만을 예로 설명하였으나, 대각편광, 역대각편광 등의 여러 필터의 적용이 가능함은 자명하다.

그리고 상기한 실시 예에서 송신하고자 하는 메시지의 자릿수에 제한을 두고 설명하였으나, 암호 키를 추가하여 상기 송신하고자 하는 메시지의 자릿수를 늘릴 수 있다. 즉, 최초 송신 시에 미리 약속된 암호 키의 자릿수를 늘이거나 혹은 다음번 암호 키를 생성하는 암호화 및 암호 키 생성과정에서 상기 다음번 암호 키를 추가하는 방법 등으로 송신하고자 하는 메시지의 자릿수를 조절할 수 있다.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시 예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

10. 암호 송신부 20. 편광유지 광섬유
30. 편광필터 40. 암호 수신부

Claims (5)

1. 미리 약속된 가로편광을 의미하는‘0’혹은 세로편광을 의미하는‘1’로 이루어진 복수자릿수의 암호 키를 이용하여 송신하고자 하는 복수의 평문으로 작성된 메시지를 암호화함과 더불어 다음번 암호 키를 생성하는 암호화 및 암호 키 생성과정과, 상기 암호화된 메시지 및 생성된 다음번 암호 키를 광신호에 실어 전송하는 메시지 전송과정을 포함하여 이루어진 암호화 단계;
   상기 암호화 단계의 메시지 전송과정을 통해 전송된 상기 광신호를 수신받는 광신호 수신과정과, 상기 수신받은 광신호에 포함된 메시지 및 암호 키를 상기 미리 약속된 암호 키에 따른 편광조절을 통해 복호화하는 편광복호화 과정과, 상기 복호화된 메시지를 사용자 단말기로 출력하고, 상기 복호화된 암호 키는 다음번 수신 메시지의 복호화를 위한 암호 키로 지정하는 출력 및 지정과정을 포함하여 이루어진 복호화 단계를 포함하여 이루어지며;
   상기 암호 키 생성과정의 메시지 암호화는 상기 미리 약속된 가로편광을 의미하는 '0' 혹은, 세로편광을 의미하는 '1' 의 암호 키에 따라 각 평문의 앞 혹은 뒤에 상기 평문의 자릿수와 동일한 갯수의 비평문을 배치하여 수행되고,
   상기 암호 키 생성과정의 암호 키 생성은 규정된 자릿수에 따라 생성하도록 수행되어 상기 암호화되어 송신하고자 하는 메시지와 다음번 암호 키는 서로 연속되게 배치하여 하나의 암호문으로 구성되며;
   상기 메시지 전송과정은 하나의 편광유지 광섬유에 0도 및 90도의 편광을 갖는 광신호를 동시에 전송하도록 수행되고,
   상기 편광복호화 과정의 편광조절은 편광필터의 회전을 통해 상기 편광필터를 통과한 정보만을 수신받도록 수행되어,
   상기 암호문은 메시지 부분과 다음번 암호 키 부분으로 나누어 상기 메시지 부분은 두 자리씩 묶고, 상기 다음번 암호 키 부분은 네 자리씩 묶어 상기 편광복호화 과정을 통해 복호화되도록 함을 특징으로 하는 편광을 이용한 암호화 및 복호화방법.
   
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