Improvement of Image Scrambling Scheme Using DPSS(Discrete Prolate Spheroidal Sequence) and Digital Watermarking Application

DPSS(Discrete Prolate Spheroidal Sequence)를 이용한 영상 스크램블링 방식의 개선 및 디지털 워터마킹 응용

As one of schemes to protect multimedia content. it is the selective encryption scheme to encrypt partially multimedia content. Compared AES(advanced encryption standard) of traditional encryption, the selective encryption scheme provides low security but is applicable to applications of multimedia content not to require high secrecy. In this paper, we improve the image scrambling scheme proposed by Van De Ville which scrambles an image without bandwidth expansion using DPSS(discrete prolate spheroidal sequence) to make it more secure based on Shujun's research which verifies the secrecy of Van De Ville's scheme. The proposed method utilizes an orthonormalized random matrix instead of Hadamard matrix for secret matrix and to add it for providing high secrecy against statistical attack or known-plaintext attack using some statistical property or estimate of secret matrix from a scrambled image. The experimental results show that the proposed method is more secure than the existing scheme. In addition, we show that the proposed method can be applied to access control or copy control of watermarking application.

멀티미디어 콘텐츠를 보호하기 위해 연구되고 있는 방법 중에서 선택암호화(selective encryption) 방식은 멀티미디어 콘텐츠를 부분적으로 암호화하는 방법으로 AES와 같은 전통적인 암호방식을 적용하는 방법과 비교하여 보안성은 떨어지지만 높은 보안성을 요구하지 않는 멀티미디어 콘텐츠 응용 분야에 적용될 수 있다. 본 논문에서는 DPSS(discrete prolate spheroidal sequence)를 이용하여 영상의 대역폭(bandwidth) 확장 없이 영상을 스크램블하는 Van De Ville의 방식과 이에 대한 보안성을 검증한 Shujun Li의 연구를 기초로 하여 영상을 보다 안전하게 스크램블하기 위한 개선 방법을 제안하였다. 제안 방식은 비밀행렬 구성 시에 Hadamard 행렬 대신에 랜덤행렬을 이용하고, 통계적 특성과 비밀 행렬에 대한 예측에 의한 통계적 공격이나 기지평문총격에 대해 랜덤행렬을 가산하여 영상에 대한 랜덤성을 증가시켜 공격에 대한 보안성을 높이고자 하였다. 실험 결과들로부터 기존의 방법에 비해 각 공격에 대해 MAE(mean absolute error)의 값이 각각 25, 13, 80 이상 증가되어 보안성이 증자됨을 확인하였다. 또한 제안 방식은 워터마크 응용에 적용하여 접근 제어나 복사 제어에 적용할 수 있음을 제시하였다.