정보보안 3요소(CIA) 완전 이해

지난 글에서 웹 보안의 전체 그림을 살펴봤다. 이번 글에서는 보안의 모든 목표가 수렴하는 세 가지 핵심 속성, CIA 3요소를 깊이 파고든다. CIA는 Confidentiality(기밀성), Integrity(무결성), Availability(가용성)의 약자다. 어떤 보안 결정도 이 세 축을 기준으로 평가할 수 있다.

기밀성(Confidentiality)

기밀성은 권한 있는 주체만 데이터에 접근할 수 있어야 한다는 원칙이다. 침해가 발생하면 “이 데이터를 봐서는 안 되는 사람이 봤다”는 의미가 된다.

기밀성을 달성하는 주요 기술은 다음과 같다.

암호화(Encryption): 데이터를 읽을 수 없는 형태로 변환한다. 전송 중 암호화는 TLS, 저장 시 암호화는 AES-256이 표준이다.

접근 제어: 역할 기반 접근 제어(RBAC)나 속성 기반 접근 제어(ABAC)로 “누가 무엇을 볼 수 있는가”를 명시적으로 정의한다.

최소 권한 원칙(Principle of Least Privilege): 각 컴포넌트에 필요한 최소한의 권한만 부여한다. DB 읽기 전용 API는 쓰기 권한이 없어야 한다.

# 기밀성: Fernet으로 민감 데이터 저장 암호화
from cryptography.fernet import Fernet
import os

class SecretStorage:
    def __init__(self):
        # 키는 환경 변수에서 로드, 코드에 하드코딩 금지
        self.cipher = Fernet(os.environ["ENCRYPTION_KEY"].encode())

    def save(self, plaintext: str) -> bytes:
        return self.cipher.encrypt(plaintext.encode())

    def load(self, token: bytes) -> str:
        return self.cipher.decrypt(token).decode()

기밀성 위반의 대표 사례는 평문 비밀번호 저장, HTTP로 결제 정보 전송, 과도한 권한을 가진 API 키다.

CIA 3요소 전체 구조

무결성(Integrity)

무결성은 데이터가 생성 이후 허가 없이 변조되지 않아야 한다는 원칙이다. 침해가 발생하면 “데이터를 믿을 수 없다”는 의미가 된다.

무결성을 달성하는 기술은 다음과 같다.

해시(Hash): SHA-256 같은 단방향 해시로 데이터의 지문을 만든다. 원본이 1비트라도 바뀌면 해시가 완전히 달라진다.

HMAC(Hash-based Message Authentication Code): 비밀 키를 포함한 해시로 출처와 무결성을 동시에 검증한다. JWT 서명의 기반이다.

전자 서명: 비대칭 키로 생성. 공개 키로 검증할 수 있어 신원 증명까지 가능하다.

import hmac
import hashlib
import secrets

def sign_message(message: bytes, key: bytes) -> str:
    """HMAC-SHA256으로 메시지 서명"""
    return hmac.new(key, message, hashlib.sha256).hexdigest()

def verify_message(message: bytes, key: bytes, signature: str) -> bool:
    """타이밍 공격에 안전한 서명 검증"""
    expected = sign_message(message, key)
    # hmac.compare_digest: 상수 시간 비교로 타이밍 공격 방지
    return hmac.compare_digest(expected, signature)

# 사용 예
key = secrets.token_bytes(32)
msg = b'{"user_id": 42, "role": "admin"}'
sig = sign_message(msg, key)
assert verify_message(msg, key, sig)     # True
assert not verify_message(b'tampered', key, sig)  # False

무결성 위반의 대표 사례는 SQL 인젝션으로 DB 레코드 조작, JWT 알고리즘을 none으로 변경해 서명 우회, 파일 다운로드 후 체크섬 미검증이다.

가용성(Availability)

가용성은 서비스가 필요할 때 정상 동작해야 한다는 원칙이다. 침해가 발생하면 서비스가 중단되거나 극단적으로 느려진다.

가용성을 위협하는 공격은 DDoS(분산 서비스 거부 공격), 랜섬웨어(파일 암호화 후 서비스 불능), 리소스 소진 공격(메모리·DB 연결 고갈) 등이다.

가용성을 달성하는 기술은 다음과 같다.

이중화(Redundancy): 서버, DB, 네트워크 경로를 이중화해 단일 장애점(SPOF)을 제거한다.

레이트 리미팅(Rate Limiting): 단위 시간당 요청 수를 제한해 자원 소진을 막는다.

장애 복구 계획(DR): RTO(복구 목표 시간)와 RPO(복구 목표 지점)를 정의하고 정기적으로 훈련한다.

# 레이트 리미팅: Redis 기반 슬라이딩 윈도우
import time
import redis

r = redis.Redis()

def is_rate_limited(user_id: str, limit: int = 100, window: int = 60) -> bool:
    key = f"rate:{user_id}"
    now = time.time()
    pipe = r.pipeline()
    pipe.zremrangebyscore(key, 0, now - window)   # 오래된 항목 제거
    pipe.zadd(key, {str(now): now})               # 현재 요청 추가
    pipe.zcard(key)                               # 윈도우 내 요청 수
    pipe.expire(key, window)
    _, _, count, _ = pipe.execute()
    return count > limit

CIA 간의 트레이드오프

세 요소는 종종 서로 상충한다. 이것이 CIA를 단순 체크리스트가 아닌 균형의 문제로 만드는 이유다.

기밀성 vs 가용성: 종단간 암호화를 적용하면 CDN이 콘텐츠를 캐시할 수 없어 지연이 커진다. 의료 정보처럼 기밀성이 절대적인 경우에만 가용성을 희생한다.

무결성 vs 가용성: 모든 요청에 서명 검증을 추가하면 처리 속도가 느려진다. 내부 서비스 간 통신에서 검증 수준을 조절하는 것이 현실적이다.

기밀성 vs 무결성: E2E 암호화 메신저는 서버가 메시지를 볼 수 없어 콘텐츠 무결성 검증이 어렵다. Signal 프로토콜은 수신자 측에서 검증을 수행한다.

CIA 트레이드오프와 코드 예시

확장 모델: CIAA와 Parkerian Hexad

CIA에 **책임 추적성(Accountability)**을 추가한 CIAA 모델도 자주 쓰인다. 누가, 언제, 무엇을 했는지 감사 로그로 추적하는 능력이다. “기밀성이 깨졌을 때 누가 접근했는가”를 사후에 밝히는 데 필수적이다.

Parker의 Hexad 모델은 CIA에 소유권(Possession), 진정성(Authenticity), **유용성(Utility)**을 더한다. 랜섬웨어는 무결성·가용성을 침해하면서도 소유권을 빼앗는 공격이다.

실무에서는 CIA가 가장 범용적이고 의사소통에 유용하다. 보안 결정을 내릴 때 “이 변경이 C·I·A 중 무엇에 영향을 주는가?”를 묻는 습관을 들이는 것만으로도 많은 실수를 예방할 수 있다.

지난 글: 웹 보안이란 무엇인가

다음 글: 위협 모델링 입문

읽어주셔서 감사합니다. 😊