Selectively Partial Encryption of Images in Wavelet Domain

As the usage of image/video contents increase, a security problem for the payed image data or the ones requiring confidentiality is raised. This paper proposed an image encryption methodology to hide the image information. The target data of it is the result from quantization in wavelet domain. This method encrypts only part of the image data rather than the whole data of the original image, in which three types of data selection methodologies were involved. First, by using the fact that the wavelet transform decomposes the original image into frequency sub-bands, only some of the frequency sub-bands were included in encryption to make the resulting image unrecognizable. In the data to represent each pixel, only MSBs were taken for encryption. Finally, pixels to be encrypted in a specific sub-band were selected randomly by using LFSR(Linear Feedback Shift Register). Part of the key for encryption was used for the seed value of LFSR and in selecting the parallel output bits of the LFSR for random selection so that the strength of encryption algorithm increased. The experiments have been performed with the proposed methods implemented in software for about 500 images, from which the result showed that only about 1/1000 amount of data to the original image can obtain the encryption effect not to recognize the original image. Consequently, we are sure that the proposed are efficient image encryption methods to acquire the high encryption effect with small amount of encryption. Also, in this paper, several encryption scheme according to the selection of the sub-bands and the number of bits from LFSR outputs for pixel selection have been proposed, and it has been shown that there exits a relation of trade-off between the execution time and the effect of the encryption. It means that the proposed methods can be selectively used according to the application areas. Also, because the proposed methods are performed in the application layer, they are expected to be a good solution for the end-to-end security problem, which is appearing as one of the important problems in the networks with both wired and wireless sections.

웨이블릿 영역에서의 선택적 부분 영상 암호화

영상/비디오 컨텐츠의 사용이 급증함에 따라 유료 및 비밀유지를 필요로 하는 영상데이터에 대한 보안문제가 크게 대두되고 있다. 본 논문에서는 영상데이터를 숨기기 위한 영상 암호화 방식을 제안하였다. 이 방법은 웨이블릿 영역에서 양자화과정을 마친 영상 데이터를 대상으로 한다. 본 논문은 영상의 전체데이터가 아닌 부분데이터를 암호화하는 방식을 사용하는데, 세 가지 형태의 부분데이터 추출방식을 사용하였다. 먼저, 웨이블릿 변환이 원영상을 주파수 대역으로 재편성함을 이용하여 영상정보 중 특정 주파수를 숨김으로서 전체 영상을 인식할 수 없도록 하였다. 각 화소를 나타내는 데이터에서도 모든 데이터를 사용하지 않고 MSB만을 선택하여 암호화 대상에 포함시켰다. 마지막으로 특정 부대역의 화소들을 무작위로 선택하였으며, 이 때 선형귀환 시프트 레지스터(Linear Feedback Shift Register, LFSR)를 사용하였다. LFSR의 초기값과 출력비트의 선택에 있어서 암호화키의 일부분을 사용함으로써 암호화 강도를 더욱 높였다. 제안한 방법을 소프트웨어로 구현하여 약 500개의 영상을 대상으로 실험한 결과 원영상 데이터의 약 1/1000의 데이터 양을 암호화함으로써 원영상을 인식할 수 없을 정도의 암호화효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 제안한 방법은 작은 양의 암호화로 효과적으로 영상을 숨기는 방법임을 확인할 수 있었다. 본 논문에서는 부대역의 선택과 LFSR 출력 중 사용비트의 양에 따른 여러 방식을 제안하였으며, 이들의 암호화 수행시간과 암호화효과 사이에 상보적인 관계가 있음을 보여, 적용분야에 따라 선택적으로 사용할 수 있음을 보였다. 또한 본 논문의 방식들은 응용계층에서 수행되는 것으로, 현재 유·무선 통합 네트워크의 중요한 문제로 대두되고 있는 끝과 끝 (end-to-end)의 보안에 대한 좋은 해결방법으로 사용될 수 있으리라 기대된다.