기술 포스트
신용카드 데이터 복호화 방법, 1부
자주 제기되는 질문 중 하나는 다음과 같습니다. ID TECH 신용카드 리더기에서 수신한 트랙 데이터가 암호화되어 있는데, 어떻게 복호화할 수 있나요?
답변: 해당 거래에 적합한 세션 키를 확보한 후, 그 키를 사용하여 Triple-DES (또는 AES, 상황에 맞게)로 데이터 페이로드를 복호화해야 합니다.
복호화 과정 자체는 생각보다 간단합니다. 핵심 암호화 루틴을 직접 구현할 필요 없이, 공개된 TDES 또는 AES 오픈소스 구현체 중 하나를 활용하면 됩니다. 초기 벡터를 모두 0 바이트로 설정한 CBC(Cipher Block Chaining) 모드로 동작하며, 올바른 16바이트 복호화 키만 있다면 복호화 과정은 매우 간단합니다.
까다로운 부분은 키를 도출하는 과정입니다. 이를 위해 ANSI X9.24-1, 즉 DUKPT.
DUKPT의 세계에 오신 것을 환영합니다
신용카드 리더기에서 각 거래는 서로 다른 키로 암호화된 데이터를 생성한다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 이 키는 각 거래마다 고유하게 생성되며(이 때문에 DUKPT, 즉 'Derived Unique Key Per Transaction'이라는 약어가 붙었습니다), 동일한 키가 두 번 사용되는 일은 없습니다. 따라서 재전송 공격(replay attack)은 사실상 불가능합니다.
DUKPT의 작동 원리를 이해하려면 KSN(Key Serial Number), 즉 키 일련번호의 개념을 어느 정도 파악해야 합니다. 핵심은 KSN이 10바이트 값으로 구성되며, 하위 21비트가 카운터 역할을 하기 때문에 거래마다 값이 변한다는 것입니다.
Key Serial Number 구조
기억하세요: 암호화된 카드 거래에는 항상 KSN이 포함됩니다. KSN의 길이는 항상 10바이트이며, 평문(암호화되지 않은 상태)으로 전송됩니다. KSN 자체만으로는 민감한 정보가 노출되지 않으면서도, 세션 키를 도출하는 데 반드시 필요하기 때문입니다.
카드 리더기는 제조 공장에서 암호화 설정이 완료될 때 16바이트 키와 10바이트의 초기 KSN이 주입됩니다. 이때 주입되는 키는 BDK(Base Derivation Key)라 불리는 최고 기밀 키에서 파생된 것으로, BDK 자체는 절대 직접 주입되지 않습니다. (하나의 BDK에서 다수의 키를 파생할 수 있기 때문에, 단일 BDK로부터 수백 또는 수천 대의 카드 리더기에 각각 고유한 키를 주입하는 것이 가능하며, 실제로도 흔히 이루어집니다.) 키 파생 과정 자체에는 KSN이 사용됩니다. KSN에는 단말기의 시리얼 번호를 비롯한 다양한 네임스페이스 정보가 포함되어 있으므로, 특정 BDK와 KSN 조합으로 생성된 해시(또는 키)는 해당 단말기에 사실상 고유한 값이 됩니다. 또한 KSN을 알고 있더라도 해시로부터 원래의 BDK를 역산하는 것은 불가능한데, 이는 암호학적으로 안전한 단방향 해시를 사용하기 때문입니다.
거래가 발생할 때마다, DUKPT를 지원하는 카드 리더기(현재 출시된 거의 모든 카드 리더기가 해당됩니다)는 현재의 KSN 값과 IPEK(Initial PIN Encryption Key, 초기 PIN 암호화 키)를 기반으로 고유한 키를 생성합니다. 이렇게 생성된 일회용 세션 키는 거래 데이터의 민감한 부분을 암호화하는 데 사용됩니다.
암호화된 거래 데이터는 카드 발급사와 같은 인가된 수신 측에 도달하기 전까지는 절대 복호화되지 않습니다. 수신 측(예: 카드 발급사)은 자신이 보유한 BDK 사본과 거래의 KSN을 사용하여 해당 거래의 세션 키를 재도출하고, 원본 거래 데이터를 복원합니다. 이는 암호화 주체와 복호화 주체 모두가 동일한 비밀(BDK)을 사전에 공유해야 하는 대칭 방식입니다. 따라서 상호 간에 메시지를 복호화할 수 있도록, 수신 측에 필요한 '비밀 키'를 사전에 제공해 두어야 합니다.
IPEK
DUKPT 세션 키를 획득하기 위한 출발점은 항상 IPEK, 즉 초기 키를 도출하는 것입니다. 이를 위해서는 원본 BDK와 KSN을 모두 알고 있어야 합니다. (이 단계에서는 카운터를 0으로 초기화하므로, 해당 단말기의 KSN이라면 어느 것이든 사용 가능합니다.)
IPEK(Initial PIN Encryption Key)를 도출하려면 다음 절차를 수행해야 합니다:
1. BDK가 16바이트인 경우, 이른바 EDE3 방식을 사용하여 24바이트로 확장합니다. 방법은 간단합니다. 키의 처음 8바이트를 키 끝에 복사하여 첫 8바이트와 마지막 8바이트가 동일한 24바이트 키를 만듭니다.
원래 키(16진수)가 다음과 같다면:
최종적으로 다음과 같은 형태가 되어야 합니다:
2. 10바이트 초기 KSN에 16진수 값 0xFFFFFFFFFFFFFFE00000을 AND 연산하여 마스킹합니다. 이 결과를 "마스킹된 KSN"이라고 부르겠습니다.
3. 10바이트 마스킹된 KSN에서 가장 왼쪽 8바이트만 남기고 오른쪽 두 바이트를 제거하여 8바이트 값을 만듭니다.
4. 확장된 24바이트 BDK를 키로 사용하여, 3단계에서 얻은 8바이트 마스킹된 KSN을 TDES 암호화합니다. 이 때 초기 벡터는 모두 0으로 설정합니다. (이 경우 데이터가 8바이트, 즉 블록 하나에 불과하므로 암호 블록 체이닝은 의미가 없습니다.) 이 단계에서 얻은 8바이트 암호문을 보관하십시오. 이 값이 16바이트 IPEK의 왼쪽 절반이 됩니다.
5. IPEK의 오른쪽 절반을 구하기 위해, 먼저 원래의 16바이트 BDK와 16진수 값 0xC0C0C0C000000000C0C0C0C000000000을 XOR 연산합니다. (빅 정수 연산을 지원하는 프로그래밍 언어를 사용하는 경우 한 줄의 코드로 처리할 수 있습니다. 그렇지 않은 경우에는 두 값을 구간별로 나누어 XOR 연산을 수행해야 합니다.)
6. 5단계에서 얻은 16바이트 값을 EDE3 방식으로 확장하여 24바이트 키 값을 만듭니다.
7. 6단계의 24바이트 키 값을 사용하여, 3단계에서 얻은 8바이트 마스킹된 KSN을 TDES 암호화합니다. 이 값이 IPEK의 오른쪽 절반이 됩니다.
8. IPEK의 왼쪽 절반과 오른쪽 절반을 이어 붙입니다. 이로써 최종 16바이트 IPEK가 완성됩니다.
직접 코드로 구현하는 경우, 테스트 키 값 0123456789ABCDEFFEDCBA9876543210과 KSN 값 62994900000000000001을 사용하여 IPEK를 생성해 보십시오. 올바르게 구현되었다면 IPEK는 B5610650EBC24CA3CACDD08DDAFE8CE3이 되어야 합니다.
키 관리와 암호화 알고리즘
참고로, DUKPT에서는 Triple-DES(TDES)가 매우 빈번하게 사용됩니다. 카드 리더기가 AES 암호화를 사용하도록 설정되어 있더라도, DUKPT 내부에서는 AES가 전혀 사용되지 않습니다. X9.24 표준은 TDES, 그리고 경우에 따라 일반 DES를 사용하도록 규정하고 있습니다. DUKPT 키 파생 과정과 트랜잭션 데이터 암호화/복호화 과정은 완전히 별개라는 점을 명확히 이해하시기 바랍니다. 전자는 키를 파생하는 과정이고, 후자는 그 키를 이용해 TDES 또는 AES 인코딩을 수행하는 과정입니다. 어떤 암호화 루틴도 키의 출처나 키를 생성하는 데 사용된 알고리즘을 알거나 고려하지 않습니다. 중요한 것은 오직 키 자체가 제대로 동작하는지 여부입니다. 따라서 잠금 해제해야 할 데이터가 AES로 암호화되어 있더라도, 해당 데이터를 해제하는 데 사용하는 키는 내부적으로 TDES를 사용하는 DUKPT를 통해 파생됩니다.
소스 코드는 어디에 있나요?
이 포스트의 2부에서는 IPEK와 KSN을 사용하여 실제 DUKPT 세션 키를 파생하는 방법을 자세히 설명합니다. 직접 따라 해볼 수 있도록 실제 소스 코드도 함께 제공됩니다. 다음 편을 기다리기 어려우시다면, 지금 바로 인기 있는 암호화/복호화 도구를 살펴보세요. 이 도구에는 2부에서 다룰 DUKPT 알고리즘의 완전한 JavaScript 구현이 포함되어 있으며(오픈소스 TDES 및 AES 구현 포함), 실제로 동작합니다. 이 암호화/복호화 도구를 사용하면 DUKPT 키 파생(PIN, Data, MAC의 세 가지 변형 모두), TDES 또는 AES를 이용한 데이터 암호화 및 복호화, 다양한 종류의 해시 생성 등 다양한 작업을 수행할 수 있습니다. 무엇보다 이 도구는 단순한 웹 페이지이기 때문에, JavaScript를 지원하는 모든 브라우저(어떤 플랫폼에서든)에서 사용할 수 있습니다.
KSN과 IPEK로부터 데이터 변형 DUKPT 세션 키를 파생하고 싶으신가요? 2부로 이동하기 (해당 문서)