X.509 인증서는 어떻게 작동합니까?

인터넷을 통해 기기들이 서로 통신할 때, 가장 중요한 과제 중 하나는 주고받는 정보가 신뢰할 수 있는 출처에서 비롯된 것인지 확인하는 것입니다.

예를 들어, 중간자 공격과 같은 사이버 위협 상황에서는 악의적인 제3자가 두 당사자 간의 통신을 몰래 가로채어 정보를 엿듣고 흐름을 조작할 수 있습니다.

이러한 공격 속에서 두 통신 주체는 서로 직접 소통하고 있다고 믿을 수 있지만, 실제로는 메시지를 전달하고 상호 작용을 지시하는 제3의 중개자가 개입되어 있습니다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도입된 것이 바로 X.509 인증서입니다. X.509 인증서는 인터넷 환경에서 기기와 사용자를 인증하고 안전한 통신을 가능하게 합니다.

X.509 인증서는 네트워크를 통해 통신하는 개인, 장치, 혹은 도메인의 신원을 검증하는 데 활용되는 전자 인증서입니다.

디지털 인증서는 인터넷과 같은 네트워크에서 통신하는 대상을 식별하는 데 사용되는 전자 파일입니다.

X.509 인증서에는 공개 키, 인증서 사용자에 대한 정보, 그리고 해당 인증서가 특정 대상에 속한다는 것을 증명하는 디지털 서명이 포함됩니다. X.509 인증서의 경우, 디지털 서명은 인증서에 포함된 개인 키를 사용하여 생성되는 전자 서명입니다.

최고 수준의 보안을 유지하기 위해 X.509 인증서는 ITU(국제전기통신연합) 표준에 따라 생성되며, 이는 공개 키 기반 구조(PKI)에 대한 지침을 제공합니다.

X.509 인증서는 통신을 보호하고, 악의적인 행위자가 통신을 가로채거나 다른 사용자를 사칭하는 것을 방지하는 데 매우 중요한 역할을 합니다.

X.509 인증서의 핵심 구성 요소

인터넷 프로토콜 표준을 제정하는 IETF(Internet Engineering Task Force)의 RFC 5280 문서에 따르면, X.509 v3 인증서는 다음 구성 요소로 이루어져 있습니다.

  • 버전: 사용 중인 X.509 인증서의 버전을 나타냅니다.
  • 일련 번호: 인증 기관(CA)에서 각 인증서에 부여하는 고유한 정수 값입니다.
  • 서명: 특정 X.509 인증서에 서명하기 위해 CA가 사용한 알고리즘을 식별합니다.
  • 발급자: X.509 인증서를 서명하고 발급한 인증 기관을 나타냅니다.
  • 유효성: 인증서의 유효 기간을 명시합니다.
  • 제목: 인증서의 공개 키와 연결된 엔터티를 식별합니다.
  • 주체 공개 키 정보: 공개 키와 해당 키가 사용되는 알고리즘의 식별자를 포함합니다.
  • 고유 식별자: 주체 이름 또는 발급자 이름이 시간이 지남에 따라 재사용되는 경우를 대비하여 주체와 발급자를 고유하게 식별합니다.
  • 확장: 추가 속성을 사용자와 공개 키에 연결하고 인증 기관 간의 관계를 관리하는 방법을 제공합니다.

위에 언급된 구성 요소들이 X.509 v3 인증서의 구조를 형성합니다.

X.509 인증서가 필요한 이유

X.509 인증서는 다양한 이유로 필요하며, 그 주요 이유는 다음과 같습니다.

#1. 신원 증명

X.509 인증서는 특정 장치나 사용자에 귀속되며, 다른 사용자로 양도될 수 없습니다. 따라서 네트워크 상에서 리소스에 접근하고 사용하는 주체의 실제 신원을 정확하고 신뢰성 있게 확인할 수 있는 방법을 제공합니다. 이를 통해 악의적인 사칭을 방지하고 사용자 간의 신뢰를 구축할 수 있습니다.

#2. 확장성

X.509 인증서를 관리하는 공개 키 기반 구조(PKI)는 뛰어난 확장성을 갖추고 있어 과부하 없이 수십억 건의 거래를 안전하게 처리할 수 있습니다.

#3. 사용 편의성

X.509 인증서는 사용과 관리가 간편합니다. 사용자는 리소스에 접근하기 위해 복잡한 암호를 생성하고 기억할 필요 없이, 인증서 기반으로 편리하게 접근할 수 있습니다. 이는 인증 과정에서 사용자 개입을 줄여 스트레스를 감소시키며, 대부분의 기존 네트워크 인프라에서도 지원됩니다.

#4. 보안 강화

데이터 암호화 기능 외에도 X.509 인증서가 제공하는 여러 기능들이 결합되어 통신 보안을 강화합니다.

이를 통해 중간자 공격, 악성코드 확산, 사용자 자격 증명 도용과 같은 사이버 공격을 효과적으로 방어할 수 있습니다. X.509 인증서가 표준화되어 지속적으로 개선된다는 점도 보안성을 더욱 높이는 요인입니다.

사용자는 X.509 인증서를 통해 통신을 안전하게 보호하고, 통신하는 장치와 사용자의 신원을 확인함으로써 다양한 이점을 누릴 수 있습니다.

X.509 인증서 작동 원리

X.509 인증서의 핵심 기능은 인증서 소유자의 신원을 증명하는 데 있습니다.

일반적으로 X.509 인증서는 인증서를 요청하는 주체의 신원을 확인하고, 해당 주체와 관련된 공개 키와 식별 정보를 포함한 디지털 인증서를 발급하는 인증 기관(CA)에서 발급됩니다. 이를 통해 X.509 인증서는 특정 주체를 관련 공개 키와 연결합니다.

예를 들어, 웹사이트에 접속할 때 웹 브라우저는 서버에 웹 페이지를 요청합니다. 이 때 서버는 바로 웹 페이지를 제공하는 것이 아니라, 먼저 클라이언트 웹 브라우저와 X.509 인증서를 공유합니다.

웹 브라우저는 인증서를 받으면 인증서의 진위 여부와 유효성을 검증하고, 신뢰할 수 있는 CA에서 발급된 것인지 확인합니다. 확인이 완료되면 브라우저는 X.509 인증서에 포함된 공개 키를 사용하여 데이터를 암호화하고 서버와 안전한 연결을 설정합니다.

이후 서버는 개인 키를 사용하여 브라우저에서 보낸 암호화된 정보를 해독하고, 브라우저가 요청한 정보를 다시 전송합니다.

이러한 정보 교환 과정에서 전송되는 정보는 암호화되며, 브라우저는 공유된 대칭 키를 사용하여 정보를 복호화하고 사용자에게 표시합니다. 이처럼 정보 교환을 암호화하고 복호화하는 데 필요한 모든 정보는 X.509 인증서에 포함되어 있습니다.

X.509 인증서 활용 분야

X.509 인증서는 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 주요 활용 분야는 다음과 같습니다.

#1. 이메일 인증서

이메일 인증서는 이메일 전송을 인증하고 보호하는 데 사용되는 X.509 인증서의 한 유형입니다. 디지털 파일 형태로 제공되며, 이메일 애플리케이션에 설치됩니다.

공개 키 기반 구조(PKI)를 사용하는 이 이메일 인증서를 통해 사용자는 이메일에 디지털 서명을 추가하고, 인터넷을 통해 전송되는 이메일의 내용을 암호화할 수 있습니다.

이메일을 보낼 때, 발신자의 이메일 클라이언트는 수신자의 공개 키를 사용하여 이메일 내용을 암호화합니다. 암호화된 이메일은 수신자의 개인 키를 사용하여 복호화됩니다.

이러한 방식은 이메일 내용이 전송 중에 암호화되어 권한 없는 사람이 내용을 확인할 수 없도록 보호함으로써 중간자 공격을 방지하는 데 효과적입니다.

디지털 서명을 추가하기 위해 이메일 클라이언트는 발신자의 개인 키를 사용하여 발신 이메일에 디지털 서명을 합니다. 수신자는 공개 키를 사용하여 이메일이 실제로 인증된 발신자로부터 온 것인지 확인합니다. 이 또한 중간자 공격을 예방하는 데 도움이 됩니다.

#2. 코드 서명

코드, 응용 프로그램, 스크립트 및 프로그램을 개발하는 개발자나 회사의 경우, X.509 인증서는 코드 또는 컴파일된 응용 프로그램에 디지털 서명을 추가하는 데 사용됩니다.

X.509 인증서를 기반으로 하는 이 디지털 서명은 공유된 코드가 승인된 주체로부터 왔으며, 권한 없는 주체가 코드나 응용 프로그램을 수정하지 않았음을 보장합니다.

이러한 기능은 악성코드나 기타 악의적인 코드를 포함하여 사용자에게 해를 끼칠 수 있는 코드 및 응용 프로그램의 변조를 방지하는 데 특히 유용합니다.

코드 서명은 특히 타사 다운로드 사이트에서 응용 프로그램 코드를 공유하고 다운로드할 때 변조를 방지하는 데 중요한 역할을 합니다. 코드 서명 인증서는 SSL과 같은 신뢰할 수 있는 인증 기관에서 받을 수 있습니다.

#3. 문서 서명

온라인으로 문서를 공유할 때, 약간의 기술적 지식만 있다면 문서 내용을 쉽게 변경할 수 있습니다. 필요한 것은 적절한 문서 편집기와 사진 조작 프로그램뿐입니다.

따라서 중요한 정보가 포함된 문서를 공유할 때는 문서 내용이 변경되지 않았음을 확인하는 것이 특히 중요합니다. 하지만 전통적인 수기 서명은 이러한 기능을 제공하지 못합니다.

이러한 상황에서 X.509 인증서를 사용한 문서 서명이 유용합니다. X.509 인증서 기반의 디지털 서명 인증서를 통해 사용자는 다양한 문서 파일 형식에 디지털 서명을 추가할 수 있습니다. 개인 키를 사용하여 문서에 디지털 서명을 한 다음, 공개 키 및 디지털 인증서와 함께 배포합니다.

이러한 방식은 온라인에서 공유되는 문서가 변조되지 않도록 보호하고, 중요한 정보를 안전하게 유지하는 효과적인 방법을 제공합니다. 또한 문서의 실제 발신자를 확인할 수 있는 기능도 제공합니다.

#4. 정부 발급 전자 신분증

X.509 인증서의 또 다른 활용 분야는 온라인 사용자 신원 확인에 필요한 보안을 제공하는 것입니다. 이를 위해 X.509 인증서는 온라인에서 개인의 실제 신원을 확인하기 위한 목적으로 정부에서 발급한 전자 신분증과 함께 사용됩니다.

정부에서 발급한 전자 신분증을 발급받을 때, 해당 기관은 여권이나 운전면허증과 같은 전통적인 방법을 사용하여 개인의 신원을 확인합니다.

신원이 확인되면, 개인의 전자 신분증과 연결된 X.509 인증서도 발급됩니다. 이 인증서에는 개인의 공개 키와 개인 정보가 포함됩니다.

이후 개인은 정부에서 발급한 전자 신분증과 X.509 인증서를 함께 사용하여 온라인에서 신원을 인증할 수 있으며, 특히 인터넷을 통해 정부 서비스에 접근할 때 유용하게 활용됩니다.

X.509 인증서 획득 방법

X.509 인증서를 획득하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 주요 방법은 다음과 같습니다.

#1. 자체 서명된 인증서 생성

자체 서명된 인증서를 생성하려면 시스템에서 직접 X.509 인증서를 만들어야 합니다. 이는 자체 서명된 인증서를 생성하는 데 사용되는 OpenSSL과 같은 도구를 사용하여 수행할 수 있습니다. 하지만 자체 서명된 인증서는 신뢰할 수 있는 제3자가 사용자 신원을 확인하지 않고 직접 서명하기 때문에 상용 환경에서는 적합하지 않습니다.

#2. 무료 X.509 인증서 획득

사용자에게 무료 X.509 인증서를 발급하는 공개 인증 기관도 있습니다. 이러한 비영리 기관의 대표적인 예가 Cisco, Chrome, Meta, Mozilla와 같은 기업의 지원을 받는 Let’s Encrypt입니다. Let’s Encrypt는 지금까지 3억 개 이상의 웹사이트에 인증서를 발급한 무료 인증 기관입니다.

#3. X.509 인증서 구매

X.509 인증서를 판매하는 상업적인 인증 기관도 있습니다. 이러한 기업으로는 DigiCert, Comodo, GlobalSign 등이 있습니다. 이들은 다양한 유형의 인증서를 유료로 제공합니다.

#4. 인증서 서명 요청(CSR)

인증서 서명 요청(CSR)은 조직, 웹사이트, 도메인에 대한 모든 정보가 담긴 파일입니다. 이 파일은 서명을 위해 인증 기관으로 전송되며, 인증 기관이 CSR에 서명하면 CSR을 보낸 주체에 대한 X.509 인증서를 생성할 수 있게 됩니다.

X.509 인증서를 획득하는 방법은 다양합니다. 가장 적절한 방법을 선택하려면 인증서가 사용될 용도와 X.509 인증서를 적용할 애플리케이션을 고려해야 합니다.

마무리

데이터 유출이 빈번하고 중간자 공격과 같은 사이버 공격이 만연한 환경에서, X.509 인증서와 같은 디지털 인증서를 통해 데이터를 보호하는 것이 중요합니다.

이를 통해 민감한 정보가 잘못된 사람의 손에 들어가는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 통신 당사자 간의 신뢰를 구축하여 악의적인 행위자나 중개자가 아닌 승인된 당사자와 거래하고 있다는 확신을 가질 수 있습니다.

실제 신원을 증명하는 디지털 인증서를 통해 쉽게 신뢰를 구축할 수 있으며, 이는 인터넷을 통해 이루어지는 모든 거래에서 매우 중요합니다.