[논문]2019년 랜섬웨어 암호화 프로세스 분석 및 복호화 방안 연구

이세훈; 윤병철; 김소람; 김기윤; 이영주; 김대운; 박해룡; 김종성

doi:10.13089/jkiisc.2019.29.6.1339

2019년 랜섬웨어 암호화 프로세스 분석 및 복호화 방안 연구
A Study on Encryption Process and Decryption of Ransomware in 2019 원문보기

情報保護學會論文誌 = Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, v.29 no.6, 2019년, pp.1339 - 1350

이세훈 (국민대학교 금융정보보안학과) , 윤병철 (국민대학교 금융정보보안학과) , 김소람 (국민대학교 금융정보보안학과) , 김기윤 (국민대학교 금융정보보안학과) , 이영주 (한국인터넷진흥원) , 김대운 (한국인터넷진흥원) , 박해룡 (한국인터넷진흥원) , 김종성 (국민대학교 금융정보보안학과)

초록
AI-Helper

랜섬웨어는 사용자의 파일을 암호화하고, 이를 복구하는 대가로 금전을 요구하는 악성 소프트웨어다. 랜섬웨어의 수가 늘어남과 동시에 사용되는 암호화 프로세스 또한 정교해지며 보안 강도도 높아지고 있다. 이에 따라 랜섬웨어의 분석은 점점 어려워지고 복구 가능한 랜섬웨어의 수도 줄어들고 있다. 그러므로 지능화된 랜섬웨어의 암호화 프로세스 및 복호화 방안에 관한 연구는 필수적이다. 본 논문은 2019년 주요 신규 랜섬웨어 5종에 대해 역공학하여 암호화 프로세스를 밝히고 이를 기반으로 복구 가능성에 대한 연구를 진행하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Ransomware is a malicious software which requires money to decrypt files that were encrypted. As the number of ransomware grows, the encryption process in ransomware has been more sophisticated and the strength of security has been more stronger. As a result, analysis of ransomware becomes more difficult and the number of decryptable ransomware is getting smaller. So, research on encryption process and decryption method of ransomware is necessary. In this paper, we show encryption processes of 5 ransomwares which were revealed in 2019, and analyze whether or not those ransomwares are decryptable.

주제어

표/그림 (14)

표 Table 1. Analysis Environment
그림 Fig. 1. Encryption Process of Gandcrab Version 5
그림 Fig. 2. Encryption Process of Sodinokibi
그림 Fig. 3. Encryption Process of Clop
그림 Fig. 4. Encryption Process of Phobos
그림 Fig. 5. Encryption Process of LooCipher
그림 Fig. 6. Code of Encryption key Generation
그림 Fig. 7. AES Algorithm Using Crypto++ Library
그림 Fig. 8. Decryption Process of LooCipher
표 Table 2. The Result of Analysis Ransomware
그림 Fig. 9. Generation Process of File Encryption Key
그림 Fig. 11. File Encryption Key Left in Volatile Memory
그림 Fig. 10. File Encryption Key Sent in Plaintext to The C2 Server
그림 Fig. 12. File Decryption Process of Gandcrab version 5

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그러나 랜섬웨어 감염 후 복호화를 위한 사후대응에 관한 연구도 필요하다. 따라서 본 논문에서는 다양한 랜섬웨어 분석을 통해 암호화 프로세스를 파악하고 그에 따른 복호화 방안을 연구하였다.
본 논문에서는 2019년 상반기 점유율이 높은 랜섬웨어 3종(Gandcrab v5, Clop, Sodinokibi)과 신규 랜섬웨어 2종(Phobos, LooCipher)을 역공학 분석하여 암호화 프로세스를 분석하였다. 2장에서 랜섬웨어 5종에 대한 암호화 프로세스를 분석하며, 3장에서는 복호화가 가능한 시나리오를 분류하고 복호화 방안을 제시한다.
본 논문에서는 2019년 주요 랜섬웨어 및 신규 랜섬웨어 5종에 대해 암호화 과정을 분석하고 복호화가 가능한 시나리오를 제시하였다. 공개키를 사용한 랜섬웨어는 제작자의 개인키가 유출되지 않는다면 복호화 가능성이 작지만, 암호키 생성과정 중 취약한 난수 생성기를 사용한 경우 난수 생성기의 seed를 재현해 암호키 복구 및 파일 복호화가 가능하다.
본 연구결과, 분석한 랜섬웨어 중 Gandcrab과 LooCipher는 감염된 데이터의 복호화가 가능하였다. 본 장에서는 Gandcrab과 LooCipher를 기반으로 복호화 방안에 대해 소개 및 제시한다.
본 절에서는 2019년 6월 말에 발견된 신규 랜섬웨어인 LooCipher의 분석 결과를 토대로 암호키 재현 가능성을 확인하고 복호화 방안을 제시한다. 앞서 2.

제안 방법

CryptGenRandom 함수를 사용하여 Salsa20의 암호키와 nonce를 생성하고 파일을 암호화한다.
①의 과정과 동일한 방식으로 New Session Private Key 및 New Session Public Key를 생성한다. New Session Private Key와 공격자의 Public Key를 ECDH (Elliptic Curve Diffie-Hellman)를 통해 공유키를 생성하고 그 값을 SHA3-256으로 해싱한다. 해싱한 값은 AES-CTR-256의 암호키로 사용한다
Session Public Key와 File Private Key는 ECDH를 통해 공유되며, 해당 정보를 기반으로 공유키를 생성한다. 공유키를 SHA3-256으로 해싱한 값을 Salsa20의 암호키로 사용하여 파일을 암호화한다.
Salsa20의 암호키와 nonce를 CryptGen-Random 함수를 사용하여 생성한다. 그 후, 로컬 RSA의 개인키를 Salsa20의 암호키와 nonce를 사용하여 암호화한다.
이는 암호화할 데이터의 크기가 클 때 기존의 사용되던 AES 알고리즘보다 속도가 빨라 파일 암호화에 적합하기 때문이다[17]. 또한, Gandcrab 내의 Salsa20, Sodinokibi의 모든 암호 알고리즘, Clop의 RC4, Phobos의 RSA, LooCipher의 AES는 구현 시 Crypto API를 사용하지 않고 Crypto++과 같은 외부 라이브러리를 사용하거나 제작자가 직접 구현했다. 이는 [6,7,10]에서와 같이 Crypto API를 이용하여 랜섬웨어를 탐지하는 AV (Anti-Virus)를 우회하기 위함이다.
랜섬웨어 실행 파일 내에 하드코딩 되어있는 RC4 복호키와 제작자의 RSA 공개키를 RC4 암호 알고리즘과 XOR 연산자를 사용하여 복호화한다.
암호화된 파일의 구조 분석을 위해 HxdEditor를 사용하고 WireShark를 통해 네트워크 패킷 분석을 진행하였다. 먼저 정적 분석을 통해 암호화 프로세스 및 패킹 유무를 확인한 뒤, 동적 분석 과정을 통해 패킹 해제, 암호화된 문자열 및 암호화에 사용되는 인자들을 확인하였다.
해당 랜섬웨어는 Gandcrab과 유사한 방식으로 유포되며, 로컬 PC뿐 아니라 로컬과 연결된 네트워크 드라이브 또한 암호화를 진행한다[12]. 본 랜섬웨어의 경우 파일 암호키 생성 및 파일 암호키 암호화를 위해 ECIES (Elliptic Curve Integrated Encryption Scheme)를 이용하고 암호화 과정에서 사용되는 모든 알고리즘은 Crypto API를 사용하지 않고 제작자가 직접 구현하였다. 해당 랜섬웨어의 암호화 상세 과정은 Fig.
동적 분석을 위해 OllyDbg를 사용했으며 정적 분석을 위해 IDA 및 Ghidra를 활용하였다. 암호화된 파일의 구조 분석을 위해 HxdEditor를 사용하고 WireShark를 통해 네트워크 패킷 분석을 진행하였다. 먼저 정적 분석을 통해 암호화 프로세스 및 패킹 유무를 확인한 뒤, 동적 분석 과정을 통해 패킹 해제, 암호화된 문자열 및 암호화에 사용되는 인자들을 확인하였다.
암호화된 파일의 수정시간을 얻어 암호키 후보 군을 생성한다. 이후 키 후보군을 사용하여 복호화를 진행한다. 만약 복호화한 결과가 해당 원본 파일의 고유 시그니처를 갖는다면 모든 파일을 대상으로 복호화를 진행한다.
12와 같다. 제작자의 RSA 개인키를 통해 레지스트리에 저장된 암호화된 Salsa20의 암호키 및 nonce를 복호화한다. 그 후 복호화된 암호키 및 nonce를 사용하여 암호화된 로컬 RSA 개인키를 Salsa20으로 복호화한다.

이론/모형

PRNG (Pseudo Random Number Gene-rator)를 이용하여 Session Private Key를 생성한다. 그 후 생성된 Session Private Key와 Base를 인자로 사용하는 X25519 연산을 통해 Session Public Key를 생성한다.
해당 랜섬웨어가 실행되면, 네트워크 드라이브를 탐지하여 서버에 연결된 모든 드라이브를 암호화한다. RC4 알고리즘을 제외한 키 생성 및 공개키 암호화에서 Crypto API를 사용하였다. Clop 랜섬웨어의 암호화 동작과정은 Fig.
본 장은 랜섬웨어 5종에 대한 암호화 프로세스에 대해 서술하며, 분석을 위해 아래 Table 1과 같이 분석환경을 구축하였다. 동적 분석을 위해 OllyDbg를 사용했으며 정적 분석을 위해 IDA 및 Ghidra를 활용하였다. 암호화된 파일의 구조 분석을 위해 HxdEditor를 사용하고 WireShark를 통해 네트워크 패킷 분석을 진행하였다.
파일 암호키 암호화를 위해 CryptGenKey 함수를 사용하여 공개키와 개인키 쌍을 생성한다.
파일 암호화에 필요한 RC4 암호 알고리즘의 암호키를 CryptGenKey 함수를 사용하여 생성한다. RC4 암호키는 단일 파일에 대해 한 번만 사용하고 사용이 끝나면 파기하고 새로운 암호키를 생성한다.
Dharma와 Crysis 랜섬웨어의 변종인 Phobos는 2019년 1월 처음 발견되었다. 해당 랜섬웨어는 RDP (Remote Desktop Protocol) 방식을 사용하여 사용자 몰래 악성 파일을 실행시켜 파일 암호화를 진행한다[14]. 해당 랜섬웨어의 파일 암호화에 사용된 AES 알고리즘은 CryptoAPI를 사용하여 구현했지만, RSA 알고리즘을 CryptoAPI를 사용하지 않고 외부 라이브러리를 사용한다[15].
해당 랜섬웨어는 RDP (Remote Desktop Protocol) 방식을 사용하여 사용자 몰래 악성 파일을 실행시켜 파일 암호화를 진행한다[14]. 해당 랜섬웨어의 파일 암호화에 사용된 AES 알고리즘은 CryptoAPI를 사용하여 구현했지만, RSA 알고리즘을 CryptoAPI를 사용하지 않고 외부 라이브러리를 사용한다[15]. Phobos 랜섬웨어의 암호화 동작 과정은 다음 Fig.

성능/효과

키 생성과정에서 사용된 시스템 시간의 단위는 초이며, 키 생성시간과 파일의 수정시간의 차는 최대 2시간(7,200초)을 넘지 않는다. 따라서, 키 무차별 대입 공격을 사용할 경우 2¹²⁸회의 연산량을 갖지만 제안한 방법을 사용하면 최대 7,200회 이내로 키를 찾을 수 있다.
암호화 알고리즘은 AES뿐만 아니라 스트림 암호를 사용하는 경우도 존재하는데, 이는 Crypto++과 같이 외부 라이브러리를 사용함으로써 윈도우에서 CryptAPI의 사용으로 인한 AV 탐지를 우회하기 위해 사용된 것으로 보인다. 또한 ECIES와 같이 보안 강도가 높은 암호 스킴을 채택함으로써 보안성을 높였다. 향후 나올 랜섬웨어는 암호화 과정이 더욱 복잡하고 보안성이 높아져 복호화가 가능한 랜섬웨어의 수가 줄어들 것이다.
본 연구결과, 분석한 랜섬웨어 중 Gandcrab과 LooCipher는 감염된 데이터의 복호화가 가능하였다. 본 장에서는 Gandcrab과 LooCipher를 기반으로 복호화 방안에 대해 소개 및 제시한다.
제안한 방법으로 구현하여 암호화된 파일을 복호화한 결과, 암호화된 파일의 복호화에 성공하였다. 키 생성과정에서 사용된 시스템 시간의 단위는 초이며, 키 생성시간과 파일의 수정시간의 차는 최대 2시간(7,200초)을 넘지 않는다.

후속연구

또한 ECIES와 같이 보안 강도가 높은 암호 스킴을 채택함으로써 보안성을 높였다. 향후 나올 랜섬웨어는 암호화 과정이 더욱 복잡하고 보안성이 높아져 복호화가 가능한 랜섬웨어의 수가 줄어들 것이다. 따라서 암호화 프로세스 및 복호화 방안 연구가 활발히 논의되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	랜섬웨어(Ransomware)는 무엇인가?	랜섬웨어(Ransomware)는 불특정 다수의 PC 를 대상으로 시스템 자체를 잠그거나 문서, 사진, 동영상과 같이 중요 파일을 암호화하며 복구 조건으로 일정한**†몸값(Ransom)을 요구하는 악성 소프트웨어다. 초기 랜섬웨어는 낮은 PC 보급률로 의해 피해 규모가 작았지만, 현재는 PC 보급률의 증가, IT 기술 발전 그리고 익명성과 추적 불가능한 거래가 가능한 비트코인이 등장하여 랜섬웨어 공격자가 직접적으로 금전적 이윤을 얻을 수 있는 구조가 갖춰짐에 따라서 랜섬웨어의 규모가 기하급수적으로 증가하게 되었다.
	Norsk Hydro는 랜섬웨어 감염으로 어떤 피해를 입었는가?	해외의 경우, 2019년 3월 노르웨이의 알루미늄 생산 업체인 Norsk Hydro가 랜섬웨어 감염되었다. 이로 인해 금속 압출 공정 다수가 가동 중단되었으며, 피해액은 4,100만 달러로 추산된다[2]. 또한, 같은 달 미국 조지아 주 잭슨 카운티(Jackson County)의 컴퓨터들이 감염되어 40만 달러 피해를 보았다[3].
	랜섬웨어로 인한 국내 피해량은 작년 대비 몇 배가 증가하였는가?	초기 랜섬웨어는 낮은 PC 보급률로 의해 피해 규모가 작았지만, 현재는 PC 보급률의 증가, IT 기술 발전 그리고 익명성과 추적 불가능한 거래가 가능한 비트코인이 등장하여 랜섬웨어 공격자가 직접적으로 금전적 이윤을 얻을 수 있는 구조가 갖춰짐에 따라서 랜섬웨어의 규모가 기하급수적으로 증가하게 되었다. 한국랜섬웨어침해대응센터에 따르면 랜섬웨어로 인한 국내 피해량은 2017년 7,000억 원에서 2018년 1조 2,500억 원으로 약 두 배가량 증가하였다[1]. 또한, 개인을 대상으로 감염시켰던 과거와 달리 기업이나 관공서를 대상으로 하는 표적형 랜섬웨어의 수가 증가했다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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