[컴퓨터보안]일회용 패드 c언어 구현

1) 일회용 패드란?

 

일회용패드(one-time pad)는 전사공격에서 키 공간을 모두 탐색하더라도 해독할 수 없는 암호로 키를 딱 한번 쓰도록 설계된 암호체계를 의미합니다.

 

이 암호 체계의 핵심은 키의 조건과 XOR이라는 이진수 연산 방식에 있습니다.

 

● 키의 조건

- 키는 반드시 1회만 사용되어야 한다.
- 키는 반드시 랜덤해야 한다.
- 키는 평문과 길이가 같아야 한다.

● XOR 연산
- 평문과 키를 XOR 연산하여 암호문 생성

- 암호문과 키를 XOR 연산하여 평문 생성

일회용 패드의 암호화/복호화 원리

 

2) 일회용 패드 구현

프로그램 구조도

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
 
#define MAXSIZE 9
 
//step1. 8개의 문자열을 평문으로 입력받기
char* inputPlainText() {
    static char inputText[MAXSIZE];
 
    printf("\n1) 8개의 문자열을 평문으로 입력받기\n\n");
    while (1) {
        printf("8글자의 평문을 입력하세요: \n>> ");
        scanf("%s", inputText);
        if (strlen(inputText) != 8) {
            printf("error) 글자 수 입력 오류\n");
            printf("8글자가 아닙니다.\n");
            printf("--------------------------------------------------------------------------------------------------------\n");
        }
        else {
            break;
        }
    }
    //printf("%s", inputText);
    printf("\n입력된 평문      ");
    
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        printf("|    %c    ", inputText[i]);
    }
    
    printf("\n--------------------------------------------------------------------------------------------------------\n");
    return inputText;
}
 
 
int ASCII_to_binary(int ASCII) {
    int result = 0;
    for (int i = 1; ASCII > 0; i *= 10) {
        int binary = ASCII % 2;
        result += binary * i;
        ASCII /= 2;
    }
    return result;
}
 
void printBinary(int* encryptionKey) {
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        if (encryptionKey[i] < 10) {
            printf("| 0000000%d ", encryptionKey[i]);
        }
        else if (encryptionKey[i] < 100) {
            printf("| 000000%d ", encryptionKey[i]);
        }
        else if (encryptionKey[i] < 1000) {
            printf("| 00000%d ", encryptionKey[i]);
        }
        else if (encryptionKey[i] < 10000) {
            printf("| 0000%d ", encryptionKey[i]);
        }
        else if (encryptionKey[i] < 100000) {
            printf("| 000%d ", encryptionKey[i]);
        }
        else if (encryptionKey[i] < 1000000) {
            printf("| 00%d ", encryptionKey[i]);
        }
        else if (encryptionKey[i] < 10000000) {
            printf("| 0%d ", encryptionKey[i]);
        }
        else {
            printf("| %d ", encryptionKey[i]);
        }
    }
}
 
//step2. 아스키 코드를 기준으로 부호화 (64 bit)
int* encodingASCII(char* plainText) {
    static int ASCIICode[8];
    printf("\n2) 아스키 코드를 기준으로 부호화 (64 bit)\n\n");
    
    printf("10진수로 변환    ");
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        int ASCII = (int)plainText[i];
        printf("|   %d   ", ASCII);
        ASCIICode[i]= ASCII_to_binary(ASCII);
    }
    printf("\n--------------------------------------------------------------------------------------------------------\n");
    printf("2진수로 변환     ");
    printBinary(ASCIICode);
    
    printf("\n--------------------------------------------------------------------------------------------------------\n");
    return ASCIICode;
    
}
 
 
//step3, step5 암호화 키/복호화 키 랜덤 설정(64 bit)
int* setRandomKey(int keyType) {
    static int encryptionKey[8];
    int binaryEncryptionKey[8];
    srand(time(NULL));
    if (keyType == 1) {
        printf("\n3) 암호화 키 설정(64 bit)\n\n");
    }
    
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        encryptionKey[i] = rand() % 128;
        binaryEncryptionKey[i] = ASCII_to_binary(encryptionKey[i]);
    }
    if (keyType == 1) {
        printf("암호화키 생성    ");
    }
    else if (keyType == 2) {
        printf("복호화키 생성    ");
    }
    
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        printf("|    %d    ", encryptionKey[i]);
    }
    printf("\n--------------------------------------------------------------------------------------------------------\n");
    printf("2진수로 변환     ");
    printBinary(binaryEncryptionKey);
    printf("\n--------------------------------------------------------------------------------------------------------\n");
 
    return encryptionKey;
}
 
 
//step4. XOR 연산을 통해 평문을 암호화
int* plainEncryption(char* plainText, int* encryptionKey) {
    int cryptogram[8];
    static int binaryCryptogram[8];
    printf("\n4. XOR 연산을 통해 평문을 암호화\n\n");
 
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        binaryCryptogram[i] = plainText[i] ^ encryptionKey[i];
        cryptogram[i] = ASCII_to_binary(binaryCryptogram[i]);
    }
    printf("XOR 연산(암호화) ");
    printBinary(cryptogram);
    printf("\n--------------------------------------------------------------------------------------------------------\n");
 
    return binaryCryptogram;
}
 
//step6. XOR 연산을 통해 암호문을 평문화
int* cryptogramPlain(int* encryption, int* encryptionKey) {
    static int decryption[8];
    int plain[8];
    printf("\n6. XOR 연산을 통해 암호문을 평문화\n\n");
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        plain[i] = encryption[i] ^ encryptionKey[i];
        decryption[i] = ASCII_to_binary(plain[i]);
    }
    printf("XOR 연산(복호화) ");
    printBinary(decryption);
    printf("\n--------------------------------------------------------------------------------------------------------\n");
    printf("복호화된 평문    ");
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        printf("|    %c    ", plain[i]);
    }
    printf("\n--------------------------------------------------------------------------------------------------------\n");
 
    return decryption;
}
 
int main() {
    //일회용 패드 구현
    printf("<일회용 패드 구현>\n");
    printf("--------------------------------------------------------------------------------------------------------\n");
 
    //step1. 8개의 문자열을 평문으로 입력받기
    char* plainText = inputPlainText();
    
    //step2. 아스키 코드를 기준으로 부호화 (64 bit)
    int* ASCIICode = encodingASCII(plainText);
 
    //step3. 암호화 키 설정(64 bit)
    int* encryptionKey = setRandomKey(1);
    
    //step4. XOR 연산을 통해 평문을 암호화
    int* encryption = plainEncryption(plainText, encryptionKey);
    
    //step5. 복호화 키 설정(64bit)
    printf("\n5) 복호화 키 설정(64 bit)\n\n");
    int num;
    while (1) {
        printf("암호화키와 동일한 복호화 키를 사용하시겠습니까?(Yes:1, No:2)\n >>");
        scanf(" %d", &num);
        if (num == 1) {
            int* decryption = cryptogramPlain(encryption, encryptionKey);
            break;
        }
        else if (num == 2) {
            int* decryptionKey = setRandomKey(2);
            int* decryption = cryptogramPlain(encryption, decryptionKey);
            break;
        }
        else {
            printf("error) 입력값 오류\n");
            printf("Yes(1), No(2) 중에 선택해주세요.\n");
            printf("--------------------------------------------------------------------------------------------------------\n");
        }
    }
 
    return 0;
}

 

3) 실행 결과

 

● 암호화키와 복호화키가 같을 경우

 

● 암호화키와 복호화키가 다를 경우

 

● 기타 오류 처리

글자 수 입력 오류 처리

숫자 입력 오류 처리