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오늘 다루어볼 내용은 DNS Record type중에 A record와 CNAME의 차이점을 간단하게 다루어본다.

A record

DNS의 레코드 타입중에 A record type이란 간단하게 도메인(domain) name에 IP Address를 매핑하는 방법이다.

> nslookup coding-start.tistory.com
Server:		10.20.30.60
Address:	10.20.30.60#53

Non-authoritative answer:
Name:	coding-start.tistory.com
Address: 211.231.99.250

위 nslookup <domain> 명령을 치면 211.231.99.250이라는 IP가 매핑되어 있는 것을 볼 수 있다. IP 매핑은 VIP로 매핑하여 여러 IP를 하나의 도메인에 매핑할 수도 있고, A 타입 레코드에 각 서버의 IP를 여러개 넣을 수도 있다.

#VIP?
VIP는 하나의 호스트에 여러 개의 IP주소를 할당하는 기술이다. 이 기술을 이용하면, 
하나의 네트워크 인터페이스에 여러 개의 IP 주소를 줄 수 있다. 
바깥에서는 마치 하나 이상의 네트워크 인터페이스가 있는 것으로 보일 것이다. 
VIP는 흔히 HA나 로드밸런싱을 위해서 널리 사용된다.

vip : 211.231.99.250
ip list : a.b.c.d, d.a.e.s, d.e.a.h, d.e.a.a ...

CNAME(Canonical Name)

Canonical Name의 줄임말로 하나의 도메인에 도메인 별칭을 부여하는 방식이다. 즉, 도메인의 또 다른 도메인 이름으로 생각하면 좋을 것 같다.

coding-start.com -> coding-start.tistory.com (CNAME)
coding-start.tistory.com -> 211.231.99.250 (A record)

A record는 직접적으로 IP가 할당되어 있기 때문에 IP가 변경되면 직접적으로 도메인에 영향을 미치지만, CNAME은 도메인에 도메인이 매핑되어 있기 때문에 IP의 변경에 직접적인 영향을 받지 않는다.

여기까지 간단하게 A record와 CNAME의 차이점을 알아보았고, 혹시나 DNS record의 여러가지 type을 보고 싶다면 아래 위키 페이지를 참조하자.

필자는 그동안 프록시서버와 게이트웨이를 혼동해서 용어를 많이 사용했었던 것 같다. 사실 글을 쓰는 지금까지도 이 두개의 차이점을 100% 명확히 구분짓기 힘들지만, 범용적으로 사용되는 프록시서버와 게이트웨이를 뜻을 알아본다.

Proxy Server(프록시 서버)

위키에는 프록시 서버에 대한 설명이 아래와 같이 나와있다.

프록시 서버는 클라이언트가 자신을 통해서 다른 네트워크 서비스에 간접적으로 접속할 수 있게 해 주는 컴퓨터 시스템이나 응용 프로그램을 가리킨다. 서버와 클라이언트 사이에 중계기로서 대리로 통신을 수행하는 것을 가리켜 '프록시', 그 중계 기능을 하는 것을 프록시 서버라고 부른다.
프록시 서버 중 일부는 프록시 서버에 요청된 내용들을 캐시를 이용하여 저장해 둔다. 이렇게 캐시를 해 두고 난 후에, 캐시 안에 있는 정보를 요구하는 요청에 대해서는 원격 서버에 접속하여 데이터를 가져올 필요가 없게 됨으로써 전송 시간을 절약할 수 있게 됨과 동시에 불필요하게 외부와의 연결을 하지 않아도 된다는 장점을 갖게 된다. 또한 외부와의 트래픽을 줄이게 됨으로써 네트워크 병목 현상을 방지하는 효과도 얻을 수 있게 된다.

HTTP Protocol 관점에서 조금 더 설명을 더하자면, 프록시 서버는 클라이언트와 서버 사이에 위치하여, 클라이언트의 모든 HTTP 요청을 받아 서버에 전달한다.(대개 요청을 수정한 후에) 이 애플리케이션(프록시서버)은 사용자를 위한 프록시로 동작하며 사용자를 대신해서 서버에 접근한다. 프록시는 주로 보안을 위해 사용된다. 즉, 모든 웹 트래픽 흐름 속에서 신뢰할 만한 중개자 역할을 한다. 또한 프록시는 요청과 응답을 필터링한다. 예를 들어 회사 내부망에서 외부로 요청(메이븐, 그래들 라이브러리 다운로드 등)을 신뢰할만한 요청인지 확인해서 회사 내부정책에서 인정한 인가한 서버만 접속가능하도록 하는 등의 기능이다.

밑은 용도에 따른 Proxy server 종류이다.

• Caching Proxy Server : 이전 클라이언트의 요청 내용과 응답 컨텐츠를 저장해 두었다가 동일한 요청이 들어오면 저장된 컨텐츠를 전송한다. 이 방법을 이용하면 높은 트래픽에 대한 대응이 가능하다. 비용 절감 효과도 있을 수 있기 때문에 Caching Proxy를 자주 사용한다.
• Web Proxy : 웹 트래픽에 초점이 맞춰진 Proxy 서버이다. 가장 일반적인 형태를 Web Cache이다. 어떤 프록시 서버는 이기종간의 컨텐츠를 변환하는 일을 하기도 한다.
• Forward Proxy : 일반적으로 사용하는 프록시 방식이다. 프록시 서버는 클라이언트와 애플리케이션 서버사이에 위치하여 클라이언트가 타겟인 서버에 애플리케이션 서비스를 요청할 때, 프록시 서버로 요청을 보내게 된다. 프록시서버는 그 사이에서 중계자 역할을 하게된다.(애플리케이션 서버에게 클라이언트가 누구인지 감춰진다.)
• Reverse Proxy : 기본적인 구성은 Forward Proxy와 동일하지만, 클라이언트는 Proxy Server 뒤에 있는 타겟서버의 URL이 아닌 Proxy Server의 URL로 요쳥한다. 이를 통해 애플리케이션 서버는 외부로부터 감춰지는 효과를 보게된다.(클라이언트에게 애플리케이션 서버가 무엇인지 감춰진다.)

우리가 많이 사용하는 Nginx 같은 녀석도 프록시서버라고 볼수도 있겠다. Nginx는 위에서 설명한 대부분의 기능을 모두다 제공한다.(캐시, 포워드 프록시, 리버스 프록시)

Gateway(게이트웨이)

위키에는 게이트웨이 서버를 아래와 같이 설명한다.

게이트웨이는 컴퓨터 네트워크에서 서로 다른 통신망, 프로토콜을 사용하는 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 컴퓨터나 소프트웨어를 두루 일컫는 용어, 즉 다른 네트워크로 들어가는 입구 역할을 하는 네트워크 포인트이다. 넓은 의미로는 종류가 다른 네트워크 간의 통로의 역할을 하는 장치이다. 또한 게이트웨이를 지날 때마다 트래픽(traffic)도 증가하기 때문에 속도가 느려질 수 있다. 쉽게 예를 들자면 해외여행을 들 수 있는데 해외로 나가기 위해서 꼭 통과해야하는 공항이 게이트웨이와 같은 개념이다.
즉, 게이트웨이는 서로 다른 네트워크 상의 통신 프로토콜(protocol,통신규약)을 적절히 변환해주는 역할을 한다.

게이트웨이는 프록시 서버와 비슷하게 클라이언트(혹은 서버)와 서버끼리 통신 사이에 중개자로 동작하는 서비스이다. 하지만 용도가 조금 다르다. 게이트웨이는 주로 HTTP 트래픽을 다른 프로토콜로 변환하기 위해 사용한다. 마치 게이트웨이는 언제나 스스로가 리소스를 갖고 있는 진짜 서버인 것처럼 요청을 다룬다. 클라이언트는 자신이 게이트웨이와 통신하고 있음을 알아채지 못할 것이다.

두 컴퓨터가 네트워크 상에서 서로 연결되려면 동일한 통신 프로토콜을 사용해야 하는데, 만약 요청은 HTTP 요청이고 백엔드에서 데이터를 가져오려면 FTP 통신이 필요하다면 중간에 게이트웨이가 두 프로토콜을 호환가능하도록 HTTP->FTP, FTP->HTTP를 대신 해주는 대행자가 되는 것이다.

Gateway(게이트웨이)

각각의 의미가 무엇이며 용도에 대해 알아보니 둘의 차이점을 조금이나마 알수 있었다. 둘다 중개자 역할임은 동일하지만 각각의 용도가 다르다는 것을 차이점으로 볼 수 있을 것 같다.

프록시 서버는 컨텐트 캐시, 보안, 필터링 등의 역할을 하는 중개자라면 게이트웨이는 서로 다른 네트워크 통신에서 서로 다른 프로토콜을 호환가능하게 하는 특별한 서버라고 볼 수 있을 것 같다.

여기까지 간단하게 프록시서버와 게이트웨이 서버가 무엇인지 둘의 차이점을 다루어보았다.

오늘 살펴볼 내용은 GSLB(Global Server Load Balancing)이다. 간단하게 GSLB가 뭔지, 일반 DNS서비스와 어떠한 점이 다른지 등을 살펴보자

GSLB(Global Server Load Balancing

이름만 보면 얼핏 업그레이드된 로드 밸런싱 형태라고 생각할 수 있지만, 이름과는 다르게 DNS 서비스의 발전된 형태이다.(물론 LB 역할을 하긴 하지만 근본적으론 DNS형태라 보면 좋을 것 같다.)

DNS는 도메인 주소와 IP를 매핑하여 도메인으로 요청이 들어왔을 때 타켓의 주소로 변환해 주는 서비스이다. 하나의 도메인 주소에 대해서 여러 개의 IP주소를 넘겨 줄 수 있는데, 이 기능을 이용해서 가용성 구성과 로드 밸랜싱 기능을 수행하기도 한다. DNS 뒤에 여러 IP를 붙여 고가용성과 로드 밸런싱 역할을 할 수 있긴 하겠지만 근본적으로는 한계가 있다.

그 이유는 DNS의 로드 밸런싱은 IP 목록중 하나를 반환할 뿐(라운드로빈?) 네트워크 지연, 성능, 트래픽 유입, 서비스 실패 등은 전혀 고려하지 않는다. 

이러한 문제를 해결하기 위해 나온 것이 GSLB이다.

GSLB & DNS 동작방식 차이

1. 재해복구

<DNS>

DNS는 서버의 상태를  알 수 없기 때문에 서버시를 실패하는 유저들이 다수 존재한다.

<GSLB>

GSLB는 서버의 상태를 모니터링 하기 때문에 실패한 서버의 IP는 응답(Converting Domain to IP response) 에서 제외하므로, 유저는 서비스를 계속해서 이용할 수 있다. 물론 어떠한 상황이냐에 따라 응답에 실패하는 경우가 존재할 것이다.

2.로드밸런싱

<DNS>

위에서 간단히 설명한 것과 같이 DNS는 Round Robin 방식으로 로드밸런싱한다. 즉, 정교한 로드밸런싱이 불가능하다. 작은 서비스는 크게 문제 없겠지만 트래픽이 아주 높은 서비스 같은 경우는 정교한 로드 밸런싱이 필요하다.

<GSLB>

GSLB는 서버의 로드(상태)를 모니터링하기 때문에 트래픽이 몰리지 않은 서버의 IP를 반환해주기 때문에 DNS보다 정교한 로드밸런싱이 가능하다.

3.레이턴시 기반

<DNS>

DNS는 Round Robin 방식을 사용하기 때문에 유저는 자신이 위치한 곳과 아주 먼곳에 떨어진 서버로 연결이 될 수도 있다.(물론 글로벌하지 않은 서버는 서버가 모여있기는 하지만..뭐)

<GSLB>

GSLB는 각 지역별로 서버에 대한 레이턴시(latency) 정보를 가지고 있기 때문에 해당 유저로부터 레이턴시가 적은 서버의 IP를 반환해준다.

4.위치 기반

<DNS>

DNS는 Round Robin 방식으로 서버에 연결된다.

<GSLB>

GSLB는 유저의 지역정보를 기반해서 가까운 지역의 서버로 연결 하게 한다.

GSLB의 주요 기능

1. Healthcheck

GSLB는 등록된 호스트들에 대해서 주기적으로 Health check 요청을 보내기 때문에, Health check가 실패한 서버는 DNS 응답에서 해당 서버를 제외한다. 실패한 서버에 대한 접근을 사전 차단하기 때문에 사전에 장애 방지가 가능하고, 사용자로 하여금 서비스 실패 확률을 낮춰준다.

2. 네트워크 거리 & 지역

주기적으로 성능을 측정하고 그 결과를 저장하기 때문에 DNS 요청이 오면 지리적으로 가까운 서버를 반환하거나 네트워크 거리가 가까운 서버를 반환한다. 지리적으로 가까운 서버의 경우 RTT(Round Trip Time)도 짧기 때문에, 동일한 결과를 반환하는 경우가 많다.

3.상세 작동 프로세스

<DNS>

<GSLB>

작동 방식은 세부적으로 살펴보면 많은 점이 다를 수 있겠지만 크게 IP를 선택하는데 있어서 GSLB Policy에 따라 어떤 IP를 반환할지 결정하는 부분이 존재하는 것이다. 위와 같이 위치기반, 레이턴시 기반 등의 정책을 거쳐 선택이 될 수도 있고 혹은 Admin이 설정한 정책에 따라 선택이 될수도 있다.

서비스 로직

1. 사용자가 www.example.com에 접속하기 위해 Local DNS 서버로 DNS Query를 보내고, Local DNS 서버는 Root DNS, .com DNS 서버를 거쳐
2. GSLB로 www.example.com에 대한 DNS Query를 보냅니다.
3. GSLB는 DNS Proxy로 동작하며, 따라서 이 DNS Query를 그대로 example.com DNS 서버로 전달합니다.
4. example.com DNS 서버는 www.example.com에 대한 IP 주소(SLB의 Virtual IP) 1.1.1.1과 2.2.2.2가 미리 등록되어 있어 그 값을 GSLB로 전달해 줍니다. 전달 시 TTL은 300초라고 가정하겠습니다.
5. GSLB는 나름의 정책(뒤에서 설명)을 통해 1.1.1.1과 2.2.2.2 중에 사용자를 위한 최적의 사이트를 결정하고 또한 TTL을 작은 값으로 변경(예. 10초)합니다. TTL 값 변경은 Local DNS 서버가 바인딩 정보(www.example.com에 대한 IP 주소)를 최소 시간 동안만 캐싱하게 하기 위함입니다. 
6. GSLB의 정책(GSLB Policy)을 통해 결정된 웹서버 IP 1.1.1.1(혹은 IP 주소 리스트의 순서를 바꿔 1.1.1.1, 2.2.2.2로)과 변경된 TTL 값이 Local DNS로 전달되고,
7. Local DNS는 사용자 단말에게 그 값을 전달합니다.
8. 이제 사용자는 www.example.com의 IP 주소 1.1.1.1을 목적지로 하여 한국 사이트 SLB1으로 HTTP GET을 보내고, SLB1은 다시 나름의 정책(서버 Health/Load 등 고려)을 적용하여 최종 서버인 10.1.1.10으로 HTTP GET 메시지를 전달합니다.

GSLB Policy

여기까지 간단하게 GSLB에 대해 다루어보았다.

<참고>

실습은 Mac OS 환경에서 진행하였습니다.

ssh로 원격서버에 접속할 때 매번 비밀번호 치는 것은 귀찮은 작업입니다. 그리고 Git과 같이 버전관리 시스템도 ssh로 원격접속하는 경우가 많은데 이때도 매번 비밀번호를 쳐줘야하는 귀찮은 작업이 있기에 이번에 알아볼 내용은 비밀번호없이 ssh 접속하는 방법입니다.

모두 3번의 엔터를 치고 키를 생성하였습니다. 첫번째 엔터는 키 파일을 만들겠냐, 두번째,세번째는 키파일의 암호를 만들어주는 것인데 필자는 따로 암호를 만들지 않을 것임으로 모두 엔터를 쳐 넘어갔습니다.

이제 /home/.ssh에 두개의 파일이 생성되었을 텐데, id_rsa는 우리가 사용할 비밀키입니다. 절대로 유출되어서는 안되는 파일입니다. 그리고 id_rsa.pub은 원격 접속할 서버에서 사용할 우리의 공개키입니다. 권한은 절대 변경하시지 말고 사용하시길 바랍니다. 이 파일들을 어떻게 사용하냐면 우리가 생성한 공개키를 원격서버에 저장합니다. 그리고 우리는 원격서버에 접속할때 비밀번호를 치지않고 우리의 비밀키를 이용하여 원격서버에 접속을 하게 됩니다. 즉, 사용자가 직접 비밀번호를 치는 것이 아니라 OS가 내부적으로 원격서버의 공개키, 그리고 우리의 비밀키와 대조하여 인증을 대신하게 됩니다. 

id_rsa.pub 안에 있는 공개키 내용을 원격 서버의 /home/.ssh/authorized_keys 라는 파일에 저장할 것입니다. 만약 원격 서버에 authorized_keys라는 파일이 없으면 생성해주시면 되는데, 중요한 것은 파일의 내용을 임의로 바꾸시지 마시고 위의 파일명과 동일하게 만들어주셔야 합니다. 그리고 id_rsa.pub안에 있는 내용을 빠짐없이 전부 authorized_keys에 저장하여야합니다.

그런데 매번 id_rsa.pub에 있는 내용을 복사해서 원격서버에 들어가 authorized_keys에 공개키를 저장하는 것은 귀찮은 작업입니다. 이럴때 사용할 수 있는 명령어를 소개하겠습니다.

>ssh-copy-id id@ip

위에 보시는 것처럼 ssh-copy-id라는 명령어의 인자로 접속할 원격 서버의 계정명@원격서버ip를 입력해주시면 우리의 공개키를 원격서버의 /home/.ssh/authorized_keys에 추가해줍니다.

이제 모든 작업이 완료되었습니다.

>ssh id@ip

위의 명령어로 원격서버에 접속하면 첫번째 접속만 빼고는 이제 비밀번호 없이 접속이 가능해집니다!

오늘 포스팅할 내용은 간단하게 HTTP와 HTTPS와의 차이점을 보고 더 나아가 HTTPS에 대해 다루어보려 한다. 

HTTP VS HTTPS

웹 개발을 하는 개발자라면 HTTP 프로토콜이라는 것을 모르지 않을 것이다. HTTP란 Hypertext Transfer Protocol의 약자이다. OSI 7계층 중 응용계층에 위치하고 있는 프로토콜이다. 이 프로토콜은 간단히 네트워크 구간에서 HTML문서를 전송하기 위한 통신규약이다. 물론 HTML 문서만을 주고 받는 것은 아니지만 간단히 쉽게 HTML을 주고 받기 위한 프로토콜이라고 생각하자. 그렇다면 HTTPS란 무엇일까? HTTPS는 Hypertext Transfer Protocol Over Secure Socket Layer의 약자로 Secure라는 단어가 포함되어 있는 것을 보면 알 수 있듯이 보안이 강화되면 HTTP 프로토콜이다. 지난 포스팅 중에 Wireshark를 이용해 간단히 HTTP의 패킷을 분석해보았을 때, POST로 보낸 데이터가 평문 텍스트로 그대로 노출되어 있는 것을 볼 수 있었다. 즉, 암호화되지 않은 데이터를 전송하기 때문에 서버와 클라이언트가 주고 받는 메시지를 그대로 노출하기 때문에 보안에 아주 취약하다. 이러한 점을 보완하여 보안을 더욱 강화한 프로토콜이 HTTPS인 것이다. 

2019/08/01 - [네트워크(기초)] - 네트워크 - Wireshark(와이어샤크) 설치 및 패킷 분석 예제

그렇다면 HTTPS는 어떻게 동작할까? 간단히 HTTPS는 SSL이라는 보안 프로토콜 위에서 동작하는 HTTP라고 생각 할 수 있다.

그렇다면 SSL,TLS란 무엇일까? 아래 그림과 같이 살펴보자.

SSL(Secure Sockey Layer)란 보안 소켓 계층을 이르는 것으로, 인터넷 상에서 데이터를 안전하게 전송하기 위한 인터넷 암호화 통신 프로토콜을 말한다. SSL은 전자상거래 등의 보안을 위해 넷스케이프에서 처음 개발되었고, 시간이 지나 IETF에 의해 SSL3.0을 이용해TLS(Transport Layer Security)로 표준화 하였다. 즉, 간단히 이야기하면 SSL == TLS이다.(물론 표준화되면서 기능상 차이가 있을 지는 모르지만 결국 SSL를 표준화한 것이 TLS이다.)

위의 그림을 보자. SSL/TLS는 어떠한 계층에 올라가있을까? 사실 어느 계층에 속해있다고 이야기하기는 힘들다. SSL/TLS는 응용계층과 전송계층 사이에서 동작하는 독립적인 프로토콜이라고 생각하면 좋다. 자세한 동작 방식을 설명하기 전에 간단한 SSL 플로우를 이야기하자면 응용계층의 HTTP 프로토콜에서 사용자의 데이터를 받고 전송계층으로 캡슐화되기 이전에 SSL 프로토콜에 의해서 사용자의 데이터가 암호화된다. 그리고 서버는 전송계층에서 세그먼트를 받아 SSL 계층에서 데이터를 복호화하여 응용계층까지 보낸다. 즉, 우리는 SSL 프로토콜만 적용하면 마치 애플리케이션은 SSL을 TCP로 인식하고 TCP는 SSL을 애플리케이션으로 인식하는 것처럼 통신하기 때문에 우리가 별도로 통신에 대해 손댈것은 없다.

SSL은 TCP 위에서 Record Protocol을 통해 실질적인 보안서비스를 제공하고 Handshake Procotol, Change Cipher Spec Protocol, Alert Protocol을 통해 SSL 동작에 관한 관리를 하게 된다. 

1.Record Protocol

Record protocol은 데이터의 압축을 수행하여 안전한 TCP패킷으로 변환하고, 데이터 암호화 및 무결성을 위한 메시지 인증을 수행하는 프로토콜로 Handshake Protocol, Change Cipher Spec Protocol, Alert Protocol 그리고 Application Protocol을 감싸는 역할을 한다.

-Protocol 필드에는 Change Cipher Spec을 나타내는 20이 들어간다.

-data를 보내기 좋게 자르거나 붙이고 선택적으로 압축하여 MAC(Message Authentication Code)을 적용하고 암호화하여 이를 TCP로 전달

2.Change Cipher Spec Protocol

암호화 알고리즘과 보안 정책을 송수신 측간에 조율하기 위해 사용하는 프로토콜로 프로토콜의 내용에는 단 하나의 바이트, 언제나 1이라는 값이 들어간다.

3.Alert Protocol

2바이트로 구성되며, 첫번째 바이트에는 warning 또는 fatal이 들어가고 두번째 바이트에는 handshake, change cipher spec, record protocol 수행 중 발생하는 오류메시지가 들어가게 된다.

-Warning : 주의해야 하는 문제, 연결 미종료

-Fatal : 매우 중요한 문제, 연결 종료

4.Handshake Protocol

암호 알고리즘 결정, 키 분배, 서버 및 클라이언트 인증을 수행하기 위해 사용되는 프로토콜이다. 아래 그림은 간단한 해당 프로토콜의 동작방식이다.

SSL 전체 통신 과정

자 지금까지 이론을 다루어 보았는데, 실제 동작에 대해서 알아보자. 우선 SSL 설명 전에 암호화 방식에 대해 간단히 다루어보자.

암호를 만드는 행위인 암호화를 할 때 사용하는 일종의 비밀번호를 키(key)라고 한다. 이 키에 따라서 암호화된 결과가 달라지기 때문에 키를 모르면 암호를 푸는 행위인 복호화를 할 수 없다.

-대칭키 : 하나의 키로 데이터를 암호화하고 복호화한다. 하나의 키로 암복호화를 하기 때문에 해당 키가 노출된다면 보안상 아주 치명적인 문제가 발생한다. 장점이라고 하면 암복호화에 드는 비용이 적다.

대칭키 방식은 단점이 있다. 암호를 주고 받는 사람들 사이에 대칭키를 전달하는 것이 어렵다는 점이다. 대칭키가 유출되면 키를 획득한 공격자는 암호의 내용을 복호화 할 수 있기 때문에 암호가 무용지물이 되기 때문이다. 이런 배경에서 나온 암호화 방식이 비대칭키(공개키)방식이다.

-비대칭키 : 2개의 키(공개키,비공개키)로 암호화&복호화한다. 즉, 공개키로 데이터를 암호화하면 반드시 비밀키로만 복호화 가능하고 비밀키로 데이터를 암호화하면 공개키로만 복호화할 수 있다.  이 방식에 착안해서 두개의 키 중 하나를 비공개키(private key, 개인키, 비밀키라고도 부른다)로하고, 나머지를 공개키(public key)로 지정한다. 비공개키는 자신만이 가지고 있고, 공개키를 타인에게 제공한다. 그렇다면 암호화,복호화의 주체가 되는 키에 따른 특징을 무엇일까?

1)암호화-공개키,복호화-비공개키 : 진짜 데이터를 암호화하여 보호하기 위한 목적이다.

2)암호화-비공개키,복호화-공개키 : 인증을 위한 목적이다. 즉, 서버에서 비공개키로 데이터를 암호화해서 보냈고 클라이언트에서 공개키로 복호화가 된다면 최소한 해당 서버는 클라이언트 입장에서 신뢰할 수 있다는 인증과정을 거치게 된것이다.

위의 두개의 개념들은 SSL에서 사용되는 개념이다. 꼭 알아두어야 한다. SSL에서는 두가지 방식을 혼합하여 사용한다.

위의 그림을 살펴보자. 우리가 평소에 아는 것은 Client&Server이다. 하지만 위에 Host responps with valid SSL certificate 라는 생소한 것이 있다. 이것은 무엇일까?

CA

인증서의 역할은 클라이언트가 접속한 서버가 클라이언트가 의도한 서버가 맞는지를 보장하는 역할을 한다. 이 역할을 하는 민간기업들이 있는데 이런 기업들을 CA(Certificate authority) 혹은 Root Certificate 라고 부른다. CA는 아무 기업이나 할 수 있는 것이 아니고 신뢰성이 엄격하게 공인된 기업들만이 참여할 수 있다. 그 중에 대표적인 기업들은 아래와 같다. 수치는 현시점의 시장점유율이다. (위키피디아 참조)

• Symantec (VeriSign, Thawte, Geotrust) with 42.9% market share
• Comodo with 26%
• GoDaddy with 14%
• GlobalSign with 7.7%

SSL을 통해서 암호화된 통신을 제공하려는 서비스는 CA를 통해서 인증서를 구입해야 한다. CA는 서비스의 신뢰성을 다양한 방법으로 평가하게 된다.

즉, 개발자 입장에서 우리가 서버를 개발하는 개발자이다. 모든 개발이 끝나고 오픈을 하기위해 HTTPS를 적용하려고 한다. 그렇다면 우리는 신뢰할 수 있는 CA 기업에 인증서를 구입하여야 한다.(물론 무료인 인증서도 있지만 브라우저가 신뢰할 수 있는 CA이며 무료인 것은 많지 않다. 1년간 무료 인증서를 제공하는 starcom이라는 기업뿐이다.) 인증서를 구입하면 CA는 우리에게 무엇을 줄까? 바로 인증서를 준다. 정확히 말하면 CA기업의 비밀키를 이용하여 암호화한 인증서를 주는 것이다. 그렇다면 인증서에는 어떠한 정보가 들어가 있을까?

SSL 인증서에 들어가 있는 정보

• 서비스의 정보(인증서를 발급한 CA, 서비스의 도메인 등)
• 서버 측 공개키(공개키의 내용, 공개키의 암호화 방법)

위에서는 이야기 하지 않았지만 CA기업은 우리에게 암호화된 인증서 + 서버에서 사용할 비밀키까지 쥐어준다. 그렇기 때문에 해당 비밀키와 함께 사용될 공개키를 SSL 인증서 안에 담아주는 것이다. 집중한 사람은 여기서 의문이 생길 것이다. 그러면 서버에서 사용할 비밀키를 받았고 클라이언트가 사용할 공개키는 인증서 안에 담겨 있는데, 그렇다면 CA의 비밀키로 암호화된 인증서를 복호화할 공개키는 어디있지? 답은 브라우저에 있다. 우리가 사용하는 크롬,IE,사파리,파이어폭스 등에는 이미 신뢰할 수 있는 CA 기관의 리스트와 해당 기관의 공개키를 이미 가지고 있다. 나머지 내용은 밑에서 설명한다.

SSL의 인증서의 역할

그렇다면 SSL 인증서가 우리에게 해주는 역할은 무엇일까?

1. 클라이언트가 접속한 서버가 신뢰 할 수 있는 서버임을 보장한다.
2. SSL 통신에 사용할 공개키를 클라이언트에게 제공한다.

위의 그림을 보면서 자세한 동작을 확인하자.

1)클라이언트는 브라우저에 들어가 접속한 URL을 치고 엔터를 친다.

-HTTP 통신을 위해서는 3-way-handshake(TCP연결수립)라는 동작을 한다.  하지만 HTTPS는 HTTP와는 조금 다른 3-way-handshake 작업을 한다. 위 4번의 handshake protocol글을 참조하자.

즉, HTTPS의 3-way-handshake 과정에서 클라이언트는 서버에게 SSL 인증서를 전달받는다. 그리고 전달받은 SSL인증서를 브라우저가 내부적으로 가지고 있는 CA리스트와 CA공개키를 이용해 신뢰할 수 있는 기관의 인증서인지를 검사한다. 그리고 데이터 암호화를 위한 대칭키를 생성한다.

다음은 Wireshark를 이용하여 HTTPS 통신의 패킷을 분석한 결과이다.

다수의 과정을 통해 클라이언트가 서버에 접속한다. 다시 뒤로 돌아가서 HTTPS로 통신을 하면 네트워크 통신과정에서 주고 받는 데이터가 암호화 된다. 그렇다면 클라이언트의 데이터는 어떻게 암호화할까? SSL은 대칭키와 비대칭키를 혼합해서 사용한다고 했다. 즉, 클라이언트의 데이터는 대칭키로 암호화한다! 그렇다면 이 대칭키는 어떻게 만들까? 인증서에는 클라이언트가 사용할 공개키 밖에 없다고 했는데? 이것은 위의 그림의 과정 중에 만들어진다. Client Hello,Server Hello 등의 과정에서 클라이언트와 서버는 각각 생성한 랜덤 데이터를 주고 받는다. 또한 사용 가능한 암호화 방식들을 주고 받는다. 대칭키는 바로 서로 주고 받는 랜덤 데이터를 이용하여 만들게 되는 것이다. 그리고 매번 통신을 할때 3-way-handshake 과정을 거치는데 이때 매번 새로운 대칭키가 만들어진다.

어? 대칭키는 키 유출시에 보안에 굉장히 취약하다고 했는데.. 여기서 바로 인증서에 있는 클라이언트 공개키를 이용하는 것이다. 인증서에 있는 공개키를 이용하여 랜덤데이터(클,서)로 만든 대칭키를 암호화하는 것이다. 그리고 서버에서는 자신의 비공개키로 암호화된 대칭키를 복호화하고 복호화된 대칭키로 클라이언트 데이터를 다시 복호화한다. 복잡하다.. 다시 정리해보자

1.클라이언트가 접속한 서버가 신뢰 할 수 있는 서버임을 보장한다.

1)클라이언트는 서버로 접속하여 CA의 SSL 인증서를 응답으로 받는다.

2)브라우저는 SSL인증서가 신뢰할 수 있는 CA기관의 인증서인지 확인한다.(여기서 브라우저가 내부적으로 가지고 있는 CA리스트와 각 CA의 공개키를 이용해 SSL인증서를 복호화한다.)

처음에 비밀키로 암호화하고 공개키로 복호화하면 인증과 같은 용도로 사용된다고 이야기했다.

2.SSL 통신에 사용할 공개키를 클라이언트에게 제공한다.

1)클라이언트와 서버의 3-way-handshake 과정에서 클라이언트와 서버가 생성한 랜덤데이터를 이용해 대칭키를 만든다.

2)클라이언트는 해당 대칭키로 서버에 보낼 데이터를 암호화한 후에 SSL인증서에 담겨있는 공개키를 이용하여 대칭키를 암호화한다.

3)암호화한 데이터와 암호화한 대칭키를 서버로 전송한다.

4)서버는 자신의 비밀키로 암호화된 대칭키를 복호화하고 해당 대칭키로 클라이언트가 보낸 암호화된 데이터를 복호화한다.

공개키로 암호화하고 비밀키로 복호화하는 것은 진짜 보낼 데이터를 암호화하여 노출되지 않게 할 용도로 사용한다 이야기했다. 

필자의 설명이 부족할 것 같아 이고잉님이 정리하신 글을 다시 반복해서 올린다.

결론부터 말하면 SSL은 암호화된 데이터를 전송하기 위해서 공개키와 대칭키를 혼합해서 사용한다. 즉 클라이언트와 서버가 주고 받는 실제 정보는 대칭키 방식으로 암호화하고, 대칭키 방식으로 암호화된 실제 정보를 복호화할 때사용할 대칭키는 공개키 방식으로 암호화해서 클라이언트와 서버가 주고 받는다. 이 설명만으로는 이해하기 어려울 것이다. 아래의 관계만 일단 머리속에 기억해두고 좀 더 구체적인 설명으로 넘어가자.

• 실제 데이터 : 대칭키
• 대칭키의 키 : 공개키

컴퓨터와 컴퓨터가 네트워크를 이용해서 통신을 할 때는 내부적으로 3가지 단계가 있다. 아래와 같다.

악수 -> 전송 -> 세션종료

이것은 은밀하게 일어나기 때문에 사용자에게 노출되지 않는다. 이 과정에서 SSL가 어떻게 데이터를 암호화해서 전달하는지 살펴보자.

1. 악수 (handshake)

사람과 사람이 소통을 할 때를 생각해보자. 우선 인사를 한다. 인사를 통해서 상대의 기분과 상황을 상호탐색을 하는 것이다. 이 과정이 잘되야 소통이 원활해진다. 클라이언트와 서버 사이도 마찬가지다. 실제 데이터를 주고 받기 전에 클라이언트와 서버는 일종의 인사인 Handshake(진짜로 사용하는 기술용어다)를 한다. 이 과정을 통해서 서로 상대방이 존재하는지, 또 상대방과 데이터를 주고 받기 위해서는 어떤 방법을 사용해야하는지를 파악한다.

SSL 방식을 이용해서 통신을 하는 브라우저와 서버 역시 핸드쉐이크를 하는데, 이 때 SSL 인증서를 주고 받는다. 이 과정은 앞에서 설명한 바 있다. 인증서에 포함된 서버 측 공개키의 역할은 무엇일까를 이제 알아보자.

공개키는 이상적인 통신 방법이다. 암호화와 복호화를 할 때 사용하는 키가 서로 다르기 때문에 메시지를 전송하는 쪽이 공개키로 데이터를 암호화하고, 수신 받는 쪽이 비공개키로 데이터를 복호화하면 되기 때문이다. 그런데 SSL에서는 이 방식을 사용하지 않는다. 왜냐하면 공개키 방식의 암호화는 매우 많은 컴퓨터 자원을 사용하기 때문이다. 반면에 암호화와 복호화에 사용되는 키가 동일한 대칭키 방식은 적은 컴퓨터 자원으로 암호화를 수행할 수 있기 때문에 효율적이지만 수신측과 송신측이 동일한 키를 공유해야 하기 때문에 보안의 문제가 발생한다. 그래서 SSL은 공개키와 대칭키의 장점을 혼합한 방법을 사용한다. 그 핸드쉐이크 단계에서 클라이언트와 서버가 통신하는 과정을 순서대로 살펴보자.

1. 클라이언트가 서버에 접속한다. 이 단계를 Client Hello라고 한다. 이 단계에서 주고 받는 정보는 아래와 같다.
   • 클라이언트 측에서 생성한 랜덤 데이터 : 아래 3번 과정 참조
   • 클라이언트가 지원하는 암호화 방식들 : 클라이언트와 서버가 지원하는 암호화 방식이 서로 다를 수 있기 때문에 상호간에 어떤 암호화 방식을 사용할 것인지에 대한 협상을 해야 한다. 이 협상을 위해서 클라이언트 측에서는 자신이 사용할 수 있는 암호화 방식을 전송한다.
   • 세션 아이디 : 이미 SSL 핸드쉐이킹을 했다면 비용과 시간을 절약하기 위해서 기존의 세션을 재활용하게 되는데 이 때 사용할 연결에 대한 식별자를 서버 측으로 전송한다.
      
2. 서버는 Client Hello에 대한 응답으로 Server Hello를 하게 된다. 이 단계에서 주고 받는 정보는 아래와 같다.
   • 서버 측에서 생성한 랜덤 데이터 : 아래 3번 과정 참조
   • 서버가 선택한 클라이언트의 암호화 방식 : 클라이언트가 전달한 암호화 방식 중에서 서버 쪽에서도 사용할 수 있는 암호화 방식을 선택해서 클라이언트로 전달한다. 이로써 암호화 방식에 대한 협상이 종료되고 서버와 클라이언트는 이 암호화 방식을 이용해서 정보를 교환하게 된다.
   • 인증서
      
3. 클라이언트는 서버의 인증서가 CA에 의해서 발급된 것인지를 확인하기 위해서 클라이언트에 내장된 CA 리스트를 확인한다. CA 리스트에 인증서가 없다면 사용자에게 경고 메시지를 출력한다. 인증서가 CA에 의해서 발급된 것인지를 확인하기 위해서 클라이언트에 내장된 CA의 공개키를 이용해서 인증서를 복호화한다. 복호화에 성공했다면 인증서는 CA의 개인키로 암호화된 문서임이 암시적으로 보증된 것이다. 인증서를 전송한 서버를 믿을 수 있게 된 것이다.
   
   클라이언트는 상기 2번을 통해서 받은 서버의 랜덤 데이터와 클라이언트가 생성한 랜덤 데이터를 조합해서 pre master secret라는 키를 생성한다. 이 키는 뒤에서 살펴볼 세션 단계에서 데이터를 주고 받을 때 암호화하기 위해서 사용될 것이다. 이 때 사용할 암호화 기법은 대칭키이기 때문에 pre master secret 값은 제 3자에게 절대로 노출되어서는 안된다.
   
   그럼 문제는 이 pre master secret 값을 어떻게 서버에게 전달할 것인가이다. 이 때 사용하는 방법이 바로 공개키 방식이다. 서버의 공개키로 pre master secret 값을 암호화해서 서버로 전송하면 서버는 자신의 비공개키로 안전하게 복호화 할 수 있다. 그럼 서버의 공개키는 어떻게 구할 수 있을까? 서버로부터 받은 인증서 안에 들어있다. 이 서버의 공개키를 이용해서 pre master secret 값을 암호화한 후에 서버로 전송하면 안전하게 전송할 수 있다.
    
4. 서버는 클라이언트가 전송한 pre master secret 값을 자신의 비공개키로 복호화한다. 이로서 서버와 클라이언트가 모두 pre master secret 값을 공유하게 되었다. 그리고 서버와 클라이언트는 모두 일련의 과정을 거쳐서 pre master secret 값을 master secret 값으로 만든다. master secret는 session key를 생성하는데 이 session key 값을 이용해서 서버와 클라이언트는 데이터를 대칭키 방식으로 암호화 한 후에 주고 받는다. 이렇게해서 세션키를 클라이언트와 서버가 모두 공유하게 되었다는 점을 기억하자.
    
5. 클라이언트와 서버는 핸드쉐이크 단계의 종료를 서로에게 알린다.

2. 세션

세션은 실제로 서버와 클라이언트가 데이터를 주고 받는 단계이다. 이 단계에서 핵심은 정보를 상대방에게 전송하기 전에 session key 값을 이용해서 대칭키 방식으로 암호화 한다는 점이다. 암호화된 정보는 상대방에게 전송될 것이고, 상대방도 세션키 값을 알고 있기 때문에 암호를 복호화 할 수 있다.

그냥 공개키를 사용하면 될 것을 대칭키와 공개키를 조합해서 사용하는 이유는 무엇을까? 그것은 공개키 방식이 많은 컴퓨터 파워를 사용하기 때문이다. 만약 공개키를 그대로 사용하면 많은 접속이 몰리는 서버는 매우 큰 비용을 지불해야 할 것이다. 반대로 대칭키는 암호를 푸는 열쇠인 대칭키를 상대에게 전송해야 하는데, 암호화가 되지 않은 인터넷을 통해서 키를 전송하는 것은 위험하기 때문이다. 그래서 속도는 느리지만 데이터를 안전하게 주고 받을 수 있는 공개키 방식으로 대칭키를 암호화하고, 실제 데이터를 주고 받을 때는 대칭키를 이용해서 데이터를 주고 받는 것이다.

3. 세션종료

데이터의 전송이 끝나면 SSL 통신이 끝났음을 서로에게 알려준다. 이 때 통신에서 사용한 대칭키인 세션키를 폐기한다.

여기까지 간단히 HTTP와 HTTPS의 차이점, HTTPS의 동작방법을 다루어보았다.

오늘 다루어볼 포스팅 내용은 Wireshark를 이용한 네트워크 패킷 분석 예제입니다. HTTP/HTTPS 포스팅을 위한 선행 작업이라고 볼 수 있을 것 같습니다.

모든 환경은 Mac OS 환경에서 진행되었음을 알려드립니다.

설치는 위 링크에서 진행합니다.

자신의 OS에 맞는 버전을 설치해줍니다.

실행화면입니다. 분석하길 원하는 것을 Capture 목록에서 선택하셔도 되고 위에 보이는 필터링을 통하여 분석하길 원하는 필터값을 채워줘도 됩니다. 저는 스프링부트 테스트 프로젝트를 실행하여 로컬로 들어오는 패킷을 분석하기 위하여 로컬IP와 프로토콜을 필터로 등록하였습니다.

요청을 하나 보낸 후 패킷을 살펴보았습니다. "POST /chat/ssl"이라는 요청으로 데이터를 보낸 예제입니다.

Form에 담아서 보낸 데이터를 직접 확인할 수 있습니다.

보시면 HTTP 프로토콜을 이용한 웹서비스는 굉장히 위험한 방법임을 알 수 있습니다. 누군가가 악의적인 목적으로 패킷분석을 하면 HTTP 같은 경우 Plain Text 형식으로 데이터가 넘어가 누구나 다 들여다 볼 수 있습니다. 이렇기 때문에 모든 웹서비스는 HTTPS라는 프로토콜을 이용해 모든 데이터를 암호화하여 서비스를 진행합니다. 해당 관련 포스팅은 추후에 올리도록 하겠습니다.

지금까지 와이어샤크 설치 및 와이어샤크를 이용한 간단한 패킷분석 예제를 살펴보았습니다. 사실 더 다양하게 필터링을 걸어서 원하는 네트워크 흐름만 분석이 가능합니다. 해당 옵션 및 사용법, 문법은 구글신께..