암호화 알고리즘에서 자주 사용되는 Feistel 구조(Feistel Network), SPN 구조(Substitution-Permutation Network), ARX(Addition-Rotation-XOR) 방식을 비교해 보겠습니다.
1. Feistel 구조 (Feistel Network)
개요
- IBM의 호너스트 페이스텔(Horst Feistel)이 제안한 암호 구조.
- 데이터 블록을 두 개의 반(Left, Right)으로 나누어 암호화 수행.
- 암호화와 복호화 과정이 거의 동일하여 구현이 간단함.
- 대표적인 알고리즘: DES, SEED, HIGHT
특징
✅ 장점
- 암호화와 복호화 과정이 거의 동일하여 리소스 절약 가능.
- 확장성이 뛰어나며, 라운드를 추가하면 보안성이 증가함.
- 강력한 수학적 보안성.
❌ 단점
- 라운드 수가 많아지면 속도가 느려질 수 있음.
- 구조적 특성상 병렬 처리(Parallelization)가 어렵다는 단점이 있음.
대표적인 알고리즘
| 알고리즘 | 구조 | 블록 크기 | 키 크기 | 주요 특징 |
|---|---|---|---|---|
| DES | Feistel | 64비트 | 56비트 | 16라운드, 취약점 존재 |
| SEED | Feistel | 128비트 | 128비트 | 금융 및 공공기관 표준 |
| HIGHT | Feistel | 64비트 | 128비트 | 초경량, IoT 최적화 |
2. SPN 구조 (Substitution-Permutation Network)
개요
- 대체(Substitution) + 치환(Permutation) 구조를 반복하여 강력한 보안성을 확보.
- 라운드마다 **S-Box(치환)와 P-Box(순열)**을 적용하여 혼돈과 확산을 유도.
- 대표적인 알고리즘: AES, ARIA
특징
✅ 장점
- 강력한 보안성 제공 (AES 수준의 보안 가능).
- 병렬 연산이 가능하여 고속 암호화 가능.
❌ 단점
- 암호화와 복호화 과정이 다름, 구현이 상대적으로 복잡.
- 리소스를 많이 사용하여 저전력 환경에서 불리할 수 있음.
대표적인 알고리즘
| 알고리즘 | 구조 | 블록 크기 | 키 크기 | 주요 특징 |
|---|---|---|---|---|
| AES | SPN | 128비트 | 128/192/256비트 | 글로벌 표준, 강력한 보안 |
| ARIA | SPN | 128비트 | 128/192/256비트 | AES 대체 가능, 국가 표준 |
3. ARX 구조 (Addition-Rotation-XOR)
개요
- 덧셈(Addition), 회전(Rotation), XOR 연산을 반복하는 방식.
- 복잡한 S-Box 없이도 강한 보안성을 확보할 수 있음.
- 대표적인 알고리즘: LEA, ChaCha20, Speck
특징
✅ 장점
- S-Box가 필요 없기 때문에 연산 속도가 빠름.
- 경량화 가능, IoT 및 모바일 기기에서 사용하기 적합.
- 병렬화가 가능하여 고속 암호화 가능.
❌ 단점
- 수학적 분석이 더 어려울 수 있음.
- 기존 Feistel, SPN 방식보다 보안성이 상대적으로 검증이 덜 됨.
대표적인 알고리즘
| 알고리즘 | 구조 | 블록 크기 | 키 크기 | 주요 특징 |
|---|---|---|---|---|
| LEA | ARX | 128비트 | 128/192/256비트 | 경량 암호, IoT 최적화 |
| ChaCha20 | ARX | 512비트 | 256비트 | 고속 스트림 암호 |
4. Feistel, SPN, ARX 비교 표
| 구조 | 암호화 원리 | 대표 알고리즘 | 장점 | 단점 | 사용 분야 |
|---|---|---|---|---|---|
| Feistel | 데이터를 두 부분으로 나누고 반복 처리 | SEED, HIGHT, DES | 구현이 쉬움, 보안성 높음 | 속도가 느릴 수 있음, 병렬화 어려움 | 금융, 정부 보안 |
| SPN | S-Box(치환) + P-Box(순열) 반복 | AES, ARIA | 강력한 보안성, 병렬 연산 가능 | 암·복호화 과정이 다름, 리소스 소모 많음 | 국가 보안, 군사 |
| ARX | 덧셈, 회전, XOR 연산 반복 | LEA, ChaCha20 | 빠른 연산, 저전력, 병렬화 가능 | 기존 방식보다 분석이 어려움 | IoT, 모바일 |
5. 결론
- Feistel 구조: 금융·공공기관에서 안정적인 보안이 필요한 경우 사용. (SEED, HIGHT)
- SPN 구조: 강력한 보안이 필요한 국가 기관, 군사, 고속 암호화 환경에 적합. (AES, ARIA)
- ARX 구조: 저전력·경량화 환경 (IoT, 모바일, 클라우드) 에 최적화. (LEA, ChaCha20)
각 암호화 방식은 목적과 환경에 따라 적절히 선택하는 것이 중요합니다