A Study on Video Data Protection Method based on MPEG using Dynamic Shuffling

동적 셔플링을 이용한 MPEG기반의 동영상 암호화 방법에 관한 연구

This dissertation proposes digital video protection algorithm lot moving image based on MPEG. Shuffling-based encryption algorithms using a fixed random shuffling table are quite simple and effective but vulnerable to the chosen plaintext attack. To overcome this problem, it is necessary to change the key used for generation of the shuffling table. However, this may pose a significant burden on the security key management system. A better approach is to generate the shuffling table based on the local feature of an image. In order to withstand the chosen plaintext attack, at first, we propose a interleaving algorithm that is adaptive to the local feature of an image. Secondly, using the multiple shuffling method which is combined interleaving with existing random shuffling method, we encrypted the DPCM processed 8*8 blocks. Experimental results showed that the proposed algorithm needs only 10% time of SEED encryption algorithm and moreover there is no overhead bit. In video sequence encryption, multiple random shuffling algorithms are used to encrypt the DC and AC coefficients of intra frame, and motion vector encryption and macroblock shuffling are used to encrypt the intra-coded macroblock in predicted frame.

본 논문에서는 MPEG 기반의 동영상 데이터를 보호하기 위한 알고리즘을 제안하였다. 기존의 고정된 셔플링 테이블을 사용하는 단순 전치 암호화의 경우 계산량이 적은 반면에 선택적 평문 공격에 취약한 난점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해서는 프레임 단위로 셔플링 테이블을 동적으로 생성해야 하는데 이 경우, 동적인 셔플링 테이블 생성 시간과 키를 관리하는 것이 문제가 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 영상의 특징에 따라 적응적으로 변하는 인터리빙 알고리즘을 제안하고 이를 이용하여 DPCM 처리된 8*8 블록을 셔플링하여 일차적으로 영상을 스크램블링한 후 기존의 랜덤 셔플링 테이블을 이용하여 최종적으로 영상을 암호화하였다. 실험 결과 기존의 SEED를 이용한 암호화 방식에 비해 수행 시간이 약 10% 정도에 불과했고 암호화에 따른 압축률 감소 등의 문제는 보이지 않았다. 동영상 암호화는 인트라 프레임에 대해서는 정지영상과 통일한 방식의 암호화 방법을 적용하고 예측 프레임에서는 DC 계수 및 AC 계수에 비해 상대적으로 데이터량이 적으면서 암호화 효과가 좋은 움직임 벡터를 대상으로 암호화하였고 예측 프레임내의 인트라블록에 의한 암호화 효과가 떨어지는 것을 방지하기 위해 매크로 블록 셔플링 알고리즘을 이용하였다.