[논문]볼륨 암호화 및 백업 응용프로그램에 대한 복호화 방안 연구

박귀은; 이민정; 강수진; 김기윤; 김종성

doi:10.13089/jkiisc.2023.33.3.511

볼륨 암호화 및 백업 응용프로그램에 대한 복호화 방안 연구
A Study on the Decryption Method for Volume Encryption and Backup Applications 원문보기

情報保護學會論文誌 = Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, v.33 no.3, 2023년, pp.511 - 525

박귀은 (국민대학교) , 이민정 (국민대학교) , 강수진 (국민대학교) , 김기윤 (국민대학교) , 김종성 (국민대학교)

초록
AI-Helper

개인정보보호에 대한 인식이 증가하면서 사용자 PC의 데이터를 보호하기 위해 실시간 암호화 또는 가상 드라이브 볼륨을 사용하는 다양한 Full Disk Encryption (FDE) 계열 응용프로그램이 개발되고 있다. FDE 계열 응용프로그램은 사용자의 주요 데이터가 담긴 볼륨을 암호화하여 보호한다. 그러나 디스크 암호화 기술이 발전함에 따라 일부 사용자들은 특정 범죄 행위와 관련된 증거를 암호화하는 등 이를 악용하여 포렌식 수사에 어려움을 주고 있다. 이에 대응하기 위해 FDE 계열 응용프로그램에 사용된 암호화 과정을 분석하여, 암호화된 데이터를 복호화하는 선행연구가 필요하다. 본 논문에서는 볼륨 암호화 및 백업 기능을 제공하는 Cryptomator와 Norton Ghost를 분석한다. 암호화된 데이터 구조와 암호화 과정을 분석하여 주요 데이터를 분류하고, 데이터 복호화에 사용되는 암호화 알고리즘을 식별한다. 해당 응용프로그램들의 암호화 알고리즘은 최근에 등장하고 있거나 커스텀된 암호화 알고리즘으로 이를 분석하여 주요 데이터를 복호화한다. 복호화에 사용되는 데이터 암호키를 생성하기 위해 사용자 패스워드가 필수적으로 요구되며, 각 응용프로그램의 기능을 사용하여 패스워드 획득 방안을 제시한다. 이는 패스워드 전수조사의 한계를 보완하였으며, 획득한 패스워드를 기반으로 암호화된 데이터를 복호화하여 사용자의 주요 데이터를 식별한다.

Abstract ▼ AI-Helper

As awareness of personal data protection increases, various Full Disk Encryption (FDE)-based applications are being developed that real-time encryption or use virtual drive volumes to protect data on user's PC. FDE-based applications encrypt and protect the volume containing user's data. However, as disk encryption technology advances, some users are abusing FDE-based applications to encrypt evidence associated with criminal activities, which makes difficulties in digital forensic investigations. Thus, it is necessary to analyze the encryption process used in FDE-based applications and decrypt the encrypted data. In this paper, we analyze Cryptomator and Norton Ghost, which provide volume encryption and backup functions. We analyze the encrypted data structure and encryption process to classify the main data of each application and identify the encryption algorithm used for data decryption. The encryption algorithms of these applications are recently emergin gor customized encryption algorithms which are analyzed to decrypt data. User password is essential to generate a data encryption key used for decryption, and a password acquisition method is suggested using the function of each application. This supplemented the limitations of password investigation, and identifies user data by decrypting encrypted data based on the acquired password.

주제어

표/그림 (26)

그림 Fig. 1. Data structure of Cryptomator
표 Table 1. vault.cryptomator file data
그림 Fig. 2. masterkey.cryptomator file data
그림 Fig. 3. Encrypted file structure
그림 Fig. 4. Encrypted file header structure
그림 Fig. 5. Encryption process after generating MEK and MMK
그림 Fig. 6. Encryption process of file header
그림 Fig. 7. Encryption process of file content
그림 Fig. 8. UUID structure of directory
그림 Fig. 9. Encryption process of file name
그림 Fig. 10. Encrypted file name structure
그림 Fig. 11. Create Norton Ghost's Backup data
그림 Fig. 12. Encryption options
그림 Fig. 13. Data structure Norton Ghost
표 Table 2. Data structure of encrypted Backup file header
표 Table 3. Data Structure of encrypted Backup file body
표 Table 4. Data structure of encrypted Drive Backup file
그림 Fig. 14. Norton Ghost counter
그림 Fig. 15. Generating process of Backup data encryption key
그림 Fig. 16. Generating process of counter
표 Table 5. Estimation time for password recovery
그림 Fig. 17. keychain.json file structure
그림 Fig. 18. Decrypted user password of Crypto mator using DPAPI
그림 Fig. 19. Encrypted user password of Norton Ghost using DPAPI
그림 Fig. 20. Decrypted DPAPI BLOB of Norton Ghost using DPAPI
그림 Fig. 21. Decrypted user password

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문에서는 FDE 기법 중 On-The-Fly Encryption 방식 또는 백업 기능을 사용하여 데이터를 암호화하는 응용프로그램을 분석한다. 이러한 프로그램들을 FDE 계열 응용프로그램이라 지칭한다.
본 논문에서는 볼륨 암호화 기능을 제공하는 2종의 FDE 계열 응용프로그램을 분석하였다. Cryptomator는 On-The-Fly Encryption 방식으로 데이터를 암호화하며, Norton Ghost는 데이터 백업 기능을 사용하여 데이터를 암호화한다.

제안 방법

Cryptomator는 On-The-Fly Encryption 방식으로 데이터를 암호화하며, Norton Ghost는 데이터 백업 기능을 사용하여 데이터를 암호화한다. 각 애플리케이션에 따라 암호화된 데이터 구조를 파악하였고, 암호키 생성과 이를 이용한 암호화 과정을 분석하여 데이터 복호화 방안을 제시하였다. 분석 대상인 2개의 응용프로그램 모두 암호키 생성에 사용자 입력 패스워드가 필수적으로 요구된다.
상기 연구들은 FDE 기법이 적용된 응용프로그램의 암호화된 데이터 구조 및 암호화 과정 분석 등 본 연구와 유사하나, 본 논문에서는 아직 분석되지 않은 FDE 계열 응용프로그램을 선정하여 세부적인 암호화된 데이터 구조 파악 및 암호화 과정을 분석한다. 또한, 메모리 분석을 통해 패스워드 획득 방안을 제시하는 연구 등과 달리 선정한 응용프로그램별로 기능 사용을 통해 사용자 패스워드를 획득하는 방안을 제시한다.
본 논문에서는 Windows 환경의 FDE 계열 응용프로그램인 Cryptomator와 Norton Ghost를 분석한다. 해당 응용프로그램의 주요 기능 사용으로 생성된 데이터 구조를 식별하고, 암호화된 데이터 구조와 암호키 생성 및 암호화 과정을 분석한다.
해당 응용프로그램의 주요 기능 사용으로 생성된 데이터 구조를 식별하고, 암호화된 데이터 구조와 암호키 생성 및 암호화 과정을 분석한다. 분석한 응용프로그램 모두 데이터 암호화 시 사용자 패스워드가 필수적으로 요구되므로, 사용자 입력 패스워드를 획득할 수 있는 방안을 제시한다.
상기 연구들은 FDE 기법이 적용된 응용프로그램의 암호화된 데이터 구조 및 암호화 과정 분석 등 본 연구와 유사하나, 본 논문에서는 아직 분석되지 않은 FDE 계열 응용프로그램을 선정하여 세부적인 암호화된 데이터 구조 파악 및 암호화 과정을 분석한다. 또한, 메모리 분석을 통해 패스워드 획득 방안을 제시하는 연구 등과 달리 선정한 응용프로그램별로 기능 사용을 통해 사용자 패스워드를 획득하는 방안을 제시한다.
이때, 특정 해시함수를 반복하는 사용자 패스워드 기반 데이터 암호키 생성 알고리즘을 사용하는 경우 패스워드 전수조사에 어려움이 존재한다. 이와 같이 암호화 과정에 필요한 패스워드 획득이 불가능하면 데이터를 복호화할 수 없으므로 이를 해결하기 위해 각 응용프로그램에 존재하는 기능을 사용하여 패스워드 획득 방안을 제시하였다. 획득한 사용자 패스워드와 분석한 암호화 과정을 통해 데이터 복호화가 가능하였다.
패스워드 자릿수가 8자리일 때 전수조사 하는 경우 약 47일과 58일의 시간이 필요하였으며, 한 자리가 증가할 때마다 약 72배의 시간이 증가하였다. 전수조사를 통한 패스워드 획득에 필요한 시간 계산량은 불가능한 수치이므로, 본 논문에서는 이와 다르게 각 응용프로그램의 기능을 사용한 패스워드 획득 방안을 제시한다.
패스워드 전수조사에 필요한 시간은 가장 오래걸리는 연산인 Scrypt와 PBKDF2-HMAC-SHA1을 기반으로 하여 패스워드 복구 가능한 시간을 추정하였다. Norton Ghost의 경우 암호키와 카운터 생성의 반복 횟수가 다르므로 각각을 더하여 연산량을 계산한 후 시간을 추정하였다.
본 논문에서는 Windows 환경의 FDE 계열 응용프로그램인 Cryptomator와 Norton Ghost를 분석한다. 해당 응용프로그램의 주요 기능 사용으로 생성된 데이터 구조를 식별하고, 암호화된 데이터 구조와 암호키 생성 및 암호화 과정을 분석한다. 분석한 응용프로그램 모두 데이터 암호화 시 사용자 패스워드가 필수적으로 요구되므로, 사용자 입력 패스워드를 획득할 수 있는 방안을 제시한다.

대상 데이터

Cryptomator와 Norton Ghost의 패스워드는 최소 8자리 이상이 요구된다. 본 논문에서는 [0-9a-zA-Z]의 62자와 자주 사용되는 특수문자 10가지를 선정하여 한 자리당 가능한 패스워드 수를 72자 기준으로 실험을 진행하였다.

이론/모형

데이터 암호화에 사용되는 암호키는 사용자 입력 패스워드를 기반으로 하는 PBKDF2-HMAC-SHA1 알고리즘을 통해 생성한다. 사용자 입력 패스워드는 UTF-16으로 인코딩되며, salt 값은 암호화된 데이터 구조에 저장된 salt1과 salt2를 연접한 결과로 12-byte 크기의 데이터 값을 사용한다.
Norton Ghost의 데이터 암호화에는 커스텀된 AES-CTR 모드가 사용된다. 해당 모드에서 사용되는 카운터는 초기 카운터라 칭하며, 암호키 생성 방식과 동일하게 초기 카운터 생성 과정에 PBKDF2-HMAC-SHA1 알고리즘이 사용된다. 또한, Norton Ghost는 누적 카운터가 사용되며, 이는 초기 카운터 생성 과정에 포함된다.

성능/효과

획득한 사용자 패스워드와 분석한 암호화 과정을 통해 데이터 복호화가 가능하였다. 이와 같이 FDE 계열 응용프로그램에 따라 암호화된 데이터를 복호화하여 효율적인 데이터 수집이 가능하다. 또한, 증거 수집 및 분석에 소요되는 시간과 비용 절약으로 인해 디지털 포렌식 수사에 도움이 될 것으로 기대한다.
이와 같이 암호화 과정에 필요한 패스워드 획득이 불가능하면 데이터를 복호화할 수 없으므로 이를 해결하기 위해 각 응용프로그램에 존재하는 기능을 사용하여 패스워드 획득 방안을 제시하였다. 획득한 사용자 패스워드와 분석한 암호화 과정을 통해 데이터 복호화가 가능하였다. 이와 같이 FDE 계열 응용프로그램에 따라 암호화된 데이터를 복호화하여 효율적인 데이터 수집이 가능하다.

후속연구

그러나 만일 FDE 계열 응용프로그램을 사용하여 범죄 사건에 관련된 주요 데이터를 암호화하는 경우, 디지털 증거 수집에 어려움이 발생한다. 따라서 FDE 계열 응용프로그램 사용 시 생성되는 암호화된 데이터 구조 파악 및 데이터 복호화를 위해 사용되는 암호화 알고리즘 분석과 암호키 생성 방안 연구가 선행되어야 한다.
이와 같이 FDE 계열 응용프로그램에 따라 암호화된 데이터를 복호화하여 효율적인 데이터 수집이 가능하다. 또한, 증거 수집 및 분석에 소요되는 시간과 비용 절약으로 인해 디지털 포렌식 수사에 도움이 될 것으로 기대한다.
이러한 범죄 사건의 피해를 줄이기 위해 FDE 응용프로그램 사용 시 생성되는 암호화된 데이터를 식별하고 암호화 과정을 분석하여 데이터를 복호화하는 연구가 선행되어야 한다. 특히, 데이터 복호화에 사용되는 암호화 알고리즘을 분석하고, 실제 암호화에 사용되는 패스워드나 암호키를 획득하는 방안에 대한 연구가 필요하다.
이러한 범죄 사건의 피해를 줄이기 위해 FDE 응용프로그램 사용 시 생성되는 암호화된 데이터를 식별하고 암호화 과정을 분석하여 데이터를 복호화하는 연구가 선행되어야 한다. 특히, 데이터 복호화에 사용되는 암호화 알고리즘을 분석하고, 실제 암호화에 사용되는 패스워드나 암호키를 획득하는 방안에 대한 연구가 필요하다.

참고문헌 (27)

South Korea Policy Briefing, "2022 Survey on Information Protection" https://www.korea.kr/briefing/pressReleaseView.do?newsId156525374, 14 Jan2023
DIGITAL FORENSICS WIKIPEDIA,"Data Encryption" http://forensic.korea.ac.kr/DFWIKI/index.php/%EB%8D%B0%EC%9D%B4%ED%84%B0_%EC%95%94%ED%98%B8%ED%99%94#cite_note-5, 03 Feb 2023
WIKIPEDIA, "CrossCrypt" https://en.wikipedia.org/wiki/CrossCrypt, 04 Feb. 2023
WIKIPEDIA, "Disk encryption" https://en.wikipedia.org/wiki/Disk_encryption, 03 Feb. 2023
"Unlock the code that the Druking group hung... Special prosecutor mobilizes all experts", YONHAP NEWS, 18July2018
"Brazilian banker's crypto baffles FBI",The Register, 28 June 2010
E. Casey, G. Fellows, M. Geiger and G. Stellatos, "The growing impact of full disk encryption on digital forensics," Digital Investigation, vol. 8, no. 2,pp. 129-134, Nov. 2011.

상세보기
T. Muller and F. C. Freiling, "ASystematic Assessment of the Security of Full Disk Encryption," IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing, vol. 12, no. 5, pp. 491-503, Sept.-Oct. 2015.

상세보기
Seunghee Seo, Changhoon Lee, "Trend？of Android FDE.FBE Decryption Research," Journal of The Korea Institute？of Information Security and Cryptology, 29(6), pp. 5-11, Dec. 2019.
Sungmin Jang, Jungheum Park, Chanung and Sang Jin Lee, "The Research for Digital Evidence Acquisition Procedure within a Full Disk Encryption Environment," Journal of The Korea Institute of Information Security and Cryptology, 25(1), pp. 39-48, Feb. 2015.
L. Zhang, Y. Zhou and J. Fan, "The forensic analysis of encrypted Truecrypt volumes," 2014 IEEE International？Conference on Progress in Informatics？and Computing, pp. 405-409, May. 2014.
L. Zhang, X. Deng, C. Tan, "An Extensive Analysis of True Crypt Encryption？Forensics," CSAE '19: Proceedings of？the 3rd International Conference on Computer Science and Application Engineering, pp. 1-6, Oct. 2019.
C. Tan, L. Zhang and L. Bao, "A Deep Exploration of BitLocker Encryption？and Security Analysis," 2020 IEEE 20th International Conference on Communication Technology (ICCT), pp. 1070-1074, Oct. 2020.
A. Kazim, F. Almaeeni, S. A. Ali, F. Iqbal and K. Al-Hussaeni, "Memory Forensics: Recovering Chat Messages and Encryption Master Key," 2019 10th？International Conference on Information and Communication Systems (ICICS), pp. 58-64, June. 2019.
J. Alex Halderman, Seth D. Schoen, Nadia Heninger, William Clarkson, William Paul, Joseph A. Calandrino, Ariel J. Feldman, Jacob Appelbaum, and Edward W. Felten, "Lest We Remember: Cold-Boot Attacks on Encryption Keys," Communications of the ACM, vol. 52, no. 5, pp. 91-98, May. 2009.

상세보기
V. Firdaus, D. Suprianto, R. Agustina, "Analisis Forensik Digital Memori Volatile untuk Mendapatkan Kunci Enkripsi Aplikasi Dm-Crypt," Jurnal Sistem Komputer dan Informatike(JSON), vol. 2, no. 3, May 2021.
CRYPTOMATOR, "Cryptomator" https://cryptomator.org/, 18 Dec. 2022
M. Jones, J. Bradley and N. Sakimura,"JSON Web Token (JWT)," May. 2015.
D. Harkins, "Synthetic Initialization vector (SIV) Authenticated Encryption Using the Advanced Encryption Standard (AES)," Oct. 2008.
C. Percival and S. Josefsson. "The Scrypt Password-Based Key Derivation Function," Aug. 2016.
S, Jim, and R. Housley. "Advanced Encryption Standard (AES) Key Wrap Algorithm," Sept. 2002.
norton, "Norton Ghost has been discontinued" https://community.norton.com/en/forums/norton-ghost-has-been-discontinued, 18 Dec. 2022
P.Deutsch, "DEFLATE Compressed Data Format Specification version 1.3," May. 1996.
Microsoft, "How to: Enable data Protection" https://docs.microsoft.com/ko-kr/dotnet/standard/security/how-to-use-data-protection, 13 Jan. 2022
NirSoft, "DataProtectionDecryptor", https://www.nirsoft.net/utils/dpapi_data_decryptor.html, 13 Jan. 2022
hashcat, "advanced password recovery" https://hashcat.net/hashcat/, 16Jan.2022
Github, "TESLA_A100_PCIE_v6.1.1" https://gist.github.com/Chick3nman/d65bcd5c137626c0fcb05078bba9ca89, 16 Jan.2022

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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