A LSB-based Efficient Selective Encryption of Fingerprint Images for Embedded Processors

임베디드 프로세서에 적합한 LSB 기반 지문영상의 효율적인 부분 암호화 방법

Biometric-based authentication can provide strong security guarantee about the identity of users. However, security of biometric data is particularly important as the compromise of the data will be permanent. In this paper, we propose a secure and efficient protocol to transmit fingerprint images from a fingerprint sensor to a client by exploiting characteristics of fingerprint images. Because the fingerprint sensor is computationally limited, however, such encryption algorithm may not be applied to the full fingerprint images in real-time. To reduce the computational workload on the resource-constrained sensor, we apply the encryption algorithm to a specific bitplane of each pixel of the fingerprint image. We use the LSB as specific bitplane instead of MSB used to encrypt general multimedia contents because simple attacks can reveal the fingerprint ridge information even from the MSB-based encryption. Based on the experimental results, our proposed algorithm can reduce the execution time of the full encryption by a factor of six and guarantee both the integrity and the confidentiality without any leakage of the ridge information.

21세기를 맞이하면서 정보통신기술의 발전과 인터넷 이용 확산 등으로 사용자 인증이 중요한 문제로 대두되고 있으며, 보다 강력한 사용자 인증을 위하여 생체인식 기술의 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 사용자 인증을 위한 생체정보가 타인에게 도용된다면 패스워드나 PIN과 달리 변경이 불가능하므로 심각한 문제를 일으킨다. 본 논문에서는 센서에서 획득된 지문영상을 클라이언트로 안전하게 전송하는 프로토콜을 제안한다. 특히, 계산능력이 부족한 임베디드 프로세스를 내장한 지문센서에서 지문영상을 실시간으로 암호화하기 위하여 지문영상 전체를 암호화하는 대신, 지문영상의 특정 비트 평면만을 암호화하는 부분암호화 알고리즘을 제안한다. 일반적인 부분암호화 방법에서 사용되어지는 최상위 비트 평면으로 부분암호화를 착 경우 간단한 공격으로 지문의 융선정보를 알 수 있기 때문에 지문인식 시스템에 공격이 가능한 문제점이 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 최상위 비트정보 대신 최하위 비트정보를 이용하는 개선된 선택적 비트 평면 암호화 방법을 사용하였다. 제안된 알고리즘의 성능을 분석하기 위해 16비트 임베디드 프로세서를 가진 지문센서를 개발하고 부분암호화 방법을 구현한 결과, 기밀성 보장 및 실시간 처리가 가능함을 확인하였다.