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- 1404년 제노바에서 태어난 알베르티는 르네상스 시대의 박식가, 교황의 의뢰로 암호발명
- 고정된 외부 원반은 공갸 키, 회전하는 내부 원반은 교체가능한 개인 키
- 레온 바티스타 알베르티의 암호 발명은 오늘날까지도 수수께끼

숨겨진 비밀
르네상스 시대의 박식가가 암호 원반을 발명한 비결

15세기, 박식가 레온 바티스타 알베르티(Leon Battista Alberti)는 혁신적인 암호화 방법인 이동식 암호 원반을 발명했다. 이 원반을 이용하면 이전보다 훨씬 안전하게 비밀 메시지를 암호화할 수 있었다. 하지만 레온 바티스타 알베르티의 암호 발명은 오늘날까지도 수수께끼로 남아 있다. 

▲ 1466년, 레온 바티스타 알베르티는 당시로서는 혁신적인 암호화 도구인 암호 원반을 개발했다. © Kramer/ Ruhr University Bochum

수천 년 전부터 사람들은 메시지를 암호화하는 방법을 개발해 왔다. 오랫동안 이는 비밀 기호나 간단한 문자 치환에 국한되었다. 그러나 550여 년 전, 르네상스 시대의 학자 레온 바티스타 알베르티는 교황의 의뢰를 받아 훨씬 더 복잡한 새로운 암호화 방법을 개발했다. 과연 이 방법은 어떻게 작동했으며, 왜 널리 사용되지 않았을까?

박식가 암호학자 ; 레온 바티스타 알베르티와 암호화 기술

"De Componendis Cyfris"는 15세기에 쓰인 짧은 논문의 제목으로, 이 논문에는 기발한 발명품이 숨겨져 있다. "저자는 아랍어 'cyfra'(원래 '비어있는'이라는 뜻)를 숫자나 자릿수가 아닌 암호, 즉 암호화라는 의미로 처음 사용한 사람이다"고 루르 대학교 보훔의 라틴어 문헌학 교수인 라인홀트 글라이(Reinhold Glei)는 설명했다. 그는 이탈리아의 박식가 레온 바티스타 알베르티의 저술을 심도 있게 연구했다.

▲ 피렌체 우피치 미술관에 있는 레온 바티스타 알베르티의 조각상. © Frieda /CC-by-sa 3.0

교황의 의뢰

1404년 제노바에서 태어난 알베르티는 르네상스 시대의 박식가였다. 교황청 공무원이었던 그는 경제적으로 안정되었고 당대의 지식 자원에 자유롭게 접근할 수 있었다. 그는 이를 활용하여 인문학적, 사회적 문제부터 예술과 건축, 수학에서 농업에 이르기까지 폭넓은 분야를 다루었다. 박식가였던 알베르티는 피렌체와 만투아에 여러 건물을 설계했고, 오르간 연주도 했으며, 시집을 출판하기도 했다.

말년에 이르러서도 레온 바티스타 알베르티는 고용주였던 교황으로부터 특별한 의뢰를 받았다. 바로 텍스트를 암호화하는 방법을 개발하는 것이었다. "당시 교황은 세속 군주이기도 했으며, 군사적 수단을 동원해서라도 영토 주장을 관철시키고자 했다"고 글라이는 설명했다. 따라서 그는 군사 작전 통제 등을 위해 메시지를 안전하게 암호화하는 데 관심을 가졌다.

더 좋은 암호화

알베르티는 연구에 착수하여 1466년 "De Componendis Cyfris"라는 책을 출판했다. 이 책은 암호화 방법에 대한 안내서로, 권한이 없는 사람이 암호화된 텍스트를 해독하기 어렵게 만드는 암호 방식을 제시했다.

카이사르 암호는 고대부터 알려져 있었다. 알파벳을 간단히 재배열하여 암호를 만들 수 있지만, 쉽게 해독될 수 있었다.

물론, 사람들은 고대부터 메시지를 암호화하려고 시도해 왔다. "그들은 비교적 간단한 방법을 사용했다. 예를 들어, 알파벳에서 일정한 간격만큼 뒤에 있는 다른 글자로 바꾸는 방식이었다"고 글라이는 설명했다.

시저 암호라고도 알려진 이 암호화 방식은 그다지 안전하지 않았다. 한편으로는 어떤 문자가 다른 문자를 나타내는지 알아낼 수 있고, 다른 한편으로는 문자의 빈도를 통해 평문에 어떤 문자가 있는지 추론할 수도 있었다. 예를 들어, 'e'와 's'는 텍스트에서 특히 자주 나타났니다.
"고대 이후 암호화 기술은 놀랍도록 발전이 더뎠다"고 라인홀트 글라이는 말했다. 그러나 알베르티의 암호화 방식이 이러한 상황을 바꾸어 놓았다.

▲ 시저 암호는 고대부터 알려져 왔다. 알파벳을 간단히 재배열하면 암호가 생성되지만, 쉽게 해독될 수 있다. © gemeinfrei

암호 원반 : 알베르티 암호화 방법의 원리

르네상스 시대의 학자 레온 바티스타 알베르티는 교황청 비서와 친분이 있었고, 새로운 암호화 방법을 개발해 달라는 의뢰를 받았다. 그의 방법은 암호 원반이라는 도구를 기반으로 했다. 루르 대학교 보훔의 라인홀트 글라이 교수는 "알베르티가 암호 원반을 발명했다는 이야기는 어디에서나 볼 수 있지만, 그가 무엇을 발명했고 어떻게 작동했는지에 대한 정확한 설명은 드물다"고 말했다.

고정된 외부 원반, 회전하는 내부 원반

알베르티의 암호 원반은 라틴 알파벳의 모든 글자와 네 자리 숫자가 새겨진 고정된 외부 원반으로 구성돼 있었다. 이것은 사실상 공개 키였다. 안쪽에는 모든 소문자와 특수 문자가 새겨진 회전 가능한 원반이 있었는데, 순서는 특별히 정해져 있지 않았다. 이 내부 원반은 교체 가능했으며, 즉 개인 키였다.

메시지를 암호화하기 위해 발신자는 평문의 바깥쪽 고리에 있는 글자들을 안쪽 고리에서 같은 위치에 있는 해당 글자로 대체했다. 불규칙적인 간격으로 안쪽 고리를 회전시켜 각 평문 글자가 암호화된 텍스트에서 서로 다른 글자로 대응되도록 했다. 고리의 회전은 암호화된 텍스트 자체에 소위 제어 문자로 표시되었다.

▲ 이 암호 원반 그림은 15세기 필사본에서 가져온 것이다. © Biblioteca Apostolica Vaticana

암호화 방식은 다음과 같다.

예를 들어, ALBERTI라는 이름을 암호화한다고 가정해 보자. 임의의 제어 문자(예: o)를 선택하고 1번째 위치에 설정한다. 그러면 A는 x, L은 y, B는 i가 됩니다. 여기서 제어 문자를 k로 바꾸면 E는 r, R은 s가 됩니다. 마지막으로 제어 문자를 x로 바꾸면 T는 o, I는 g가 된다. 따라서 암호화된 텍스트는 "oxyikrsxog"가 된다.

고대 시저 암호에서는 평문의 각 글자가 암호화된 텍스트에서 항상 같은 글자에 대응하는 것과 달리, 알베르티 암호에서는 대응 문자가 계속 바뀐다. "문자의 할당이 끊임없이 변하기 때문에 문자의 개수와 빈도만으로는 어떤 결론도 더 내릴 수 없다"고 라인홀트 글라이는 설명했다. "알베르티는 이처럼 다중 알파벳 암호화 방법을 최초로 설명한 사람이다.“

단어 사이의 공백을 생략하거나, 같은 글자를 두 번 반복해서 사용하거나, 대문자, 숫자, 또는 의미 없는 특수 문자(예: 위의 예시 "oBxy!ik2rs%xYog")를 삽입하면 더욱 혼란을 가중시킬 수 있다. "발신자와 같은 암호 디스크를 가지고 있지 않은 사람은 이런 문자를 해독할 수 없었다"고 글라이는 말했다. 이처럼 안전한 방법이자 기발한 발명품이었지만, 실제로 널리 사용되지는 않았다.

▲ 암호 원반은 고정된 바깥쪽 고리와 회전 및 교체가 가능한 안쪽 고리로 구성된다. © Reinhold Glei / Ruhr University Bochum

당신은 이 암호를 얼마나 잘 해독할 수 있나요?

다음은 해독해야 할 암호화된 메시지다. 이 메시지는 여기에 표시된 암호 디스크를 사용하여 암호화되었다. 정답을 찾을 수 있나요?
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복호화 힌트: 예시 암호문은 여섯 단어로 이루어진 문장이며, 여덟 개의 제어 문자가 포함되어 있다. 제어 문자는 바깥쪽 원의 Z에 맞춰 정렬되어야 한다. 이 예시의 암호화된 텍스트는 제어 문자로 시작한다. 나머지 일곱 개의 제어 문자는 텍스트 전체에 무작위로 분포되어 있으며, 단어 중간에 나타날 수도 있다.

이 예시 암호문에서 의미 있는 문자로 변환할 수 없는 문자는 모두 제어 문자다. 이 경우, 안쪽 원의 해당 문자를 바깥쪽 원의 대문자 Z에 맞춰 안쪽 원을 재정렬하세요.
참고: 암호 원판을 만든 사람이 라틴어를 사용했기 때문에, 해독 문장에 필요한 문자 U가 ​​바깥쪽 원에 없다. 바깥쪽 원의 V는 U 또는 V를 나타낼 수 있다.
복호화 퍼즐의 해답은 다음 페이지 끝에서 확인할 수 있다. (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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