본 논문에서는 기존의 MLCA(Maximum length CA) 및 여원 MLCA를 이용한 영상 암호화의 문제점을 제시하고 이를 해결하기 위한 암호화 방법을 제안한다. 기존의 암호화 방법은 영상에서 인접한 픽셀간의 공간적 중복성(Spatial redundancy)으로 인해 암호화의 결과가 원 영상에 많은 영향을 받는 문제점이 있다. 본 방법에서는 MLCA 기반의 난수열을 생성하고, 이를 이용해 픽셀의 공간좌표를 암호화된 공간좌표로 변환한다. 이후 영상의 픽셀 값을 난수열과 XOR 연산을 취해 색상정보를 암호화한다. 이러한 방법은 원 영상의 픽셀 값뿐만 아니라 공간좌표를 암호화하기 때문에 픽셀의 공간적 중복성으로 인한 문제점을 해결할 수 있으며 암호화 수준을 향상시킨다. 히스토그램 분석, 키공간 분석을 통해 본 암호화 방법의 유효성을 확인하였다.
본 논문에서는 기밀데이터를 암호화한 후, 암호화된 기밀데이터를 공간적으로 암호화하여 커버 이미지에 은닉하여 기밀데이터의 보안성을 크게 강화한 가역 데이터 은닉기법을 제안하였다. 암호화된 기밀데이터를 공간적인 암호화 기법으로 커버 이미지에 은닉하여 결과 이미지를 생성하면, 결과 이미지의 화질이 매우 우수하여 원본 커버 이미지와 결과 이미지를 시각적으로 구분할 수 없다. 암호화된 기밀데이터가 공간적으로 암호화되어 은닉되었기 때문에, 결과 영상의 어느 위치에 암호화된 기밀데이터가 은닉되어 있는지를 알 수 없어 결과 영상으로부터 암호화된 기밀데이터를 추출할 수 없다. 암호화된 기밀데이터를 추출하여도 기밀데이터가 암호화되어 있어서 원본 기밀데이터를 알 수 없게 된다. 따라서 제안기법을 사용하여 기밀데이터를 영상에 은닉하면 기밀데이터의 보안성이 크게 향상된다. 제안된 기법은 의료, 군사 등의 응용 분야에 효과적으로 사용될 수 있다.
본 논문에서는 공간적 암호화를 사용하여 영상에 소유권 정보인 워터마크를 영상 픽셀의 LSB에 안전하게 은닉하는 기법을 제안하였다. 제안된 워터마킹 기법은 영상의 지적재산권 보호에 효과적으로 사용될 수 있다. 제안된 기법을 사용하여 공간적으로 암호화된 워터마크를 은닉한 영상인 스테고 이미지로부터 워터마크를 손실 없이 추출할 수 있다. 실험을 통하여 제안 기법의 우수성을 확인하였다. 제안된 기법을 적용하여 워터마킹을 수행한 결과 영상인 스테고 이미지의 화질은 51dB이상으로 사람이 육안으로 워터마크의 존재여부를 인식할 수 없으며, 워터마크가 공간적으로 암호화되어 있기 때문에 워터마크의 보안성이 우수하다.
본 논문에서는 블록암호화의 CBC(Cipher Block Chaining) 방식을 광학적인 XOR 연산을 이용하여 새로운 변형된 CBC 암호화 및 복호화 시스템을 제안한다. 제안한 방법은 광학적 XOR 연산의 병렬 처리를 위해 이중 인코딩 방법과 자유 공간 연결 광논리 게이트 방법을 사용한다. 또한 제안된 XOR 연산 기반의 CBC 암호화 방식의 광학적 구성도를 공학적으로 실제 제작 구현 가능한 광 모듈 형태의 광 암호화/복호화 장치로 제안한다. 제안된 방법은 기존의 CBC 방식을 광학적으로 구현했기 때문에 기존의 전자적인 CBC 방식의 장점과 광학적인 고속성과 병렬 처리의 특성으로 인해 많은 정보를 빠른 속도로 암호화 및 복호화가 가능하다. 또한, 광 병렬 처리의 특성상 데이터가 2차원으로 배열되어 데이타 크기가 증가된 평문 데이터와 암호키를 사용함으로써 기존의 전자적 CBC 방식보다도 한층 더 암호 강도가 강력해진 암호화 시스템을 제공한다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과는 제안한 기법이 CBC 모드의 암호화 및 복호화 과정에 효율적임을 보여준다. 한편 제안된 방식은 CBC 방식 외에 ECB(Electronic Code Book) 방식과 CFB(Cipher Feedback Block) 방식에도 적용할 수 있다.
본 논문에서는 스케일러블 멀티미디어 콘텐츠에 대한 조건적 접근제어가 가능한 암호화 방법을 제안한다. 현재 표준화가 진행중인 스케일러블 비디오 코딩방법인 JSVM(Joint Scalable Video Model)은 부호화한 동영상에 대해 공간, 시간, 품질의 스케일러빌리티(Scalability)를 지원하는데, 각 스케일러 빌리티를 고려한 조건적인 접근제어기술은 스케일러빌리티에 따라 사용자를 제한해야 하는 경우를 위해 필수적인 기술이다. 제안하는 방법은 공간, 시간, 품질의 세가지 스케일러빌리티를 지원하도록 부호화(Encoding)후 구성되는 NAL(Network Abstract Layer)을 지원하는 스케일러빌리티에 따라 구분하고, 구분된 NAL 의 종류에 따라 암호화 key 를 다르게 제공하는 방법을 통해 사용자의 접근제어 수준에 맞게 암호화 key 를 조합하는 방법을 적용하였다. 실험 결과 제안한 방법은 JSVM 에서 공간, 시간, 품질의 스케일러빌리티가 보장되고, 이때 생성되는 Key 의 조합으로 조건적 접근제어(Conditional access control)가 가능함을 확인하였다.
본 논문에서는 공간적 암호화 기법을 적용하여 컬러 영상의 LSB에 워터마크를 은닉하는 효과적인 기법을 제안하였다. 영상의 LSB에 은닉된 워터마크를 추출하여도 워터마크가 다양한 공간적 암호화 기법을 사용하여 암호화 되어 있기 때문에 추출된 워터마크의 정보를 해독 할 수 없다. 따라서 본 논문에서 제안된 공간적 암호화 기법을 사용하여 LSB에 워터마크를 은닉하면 기존의 LSB에 워터마크를 삽입하는 기법에 비하여 보안성이 크게 향상된다. 제안된 기법을 적용하여 워터마킹을 수행하면, 워터마크가 은닉된 영상의 화질이 매우 우수하여 원본 영상과 구별이 불가능하며 워터마크가 은닉된 영상으로부터 기밀 데이터인 워터마크를 손실 없이 추출 할 수 있다. 제안된 기법의 성능을 수학적으로 분석하고 제안된 기법의 우수성을 실험을 통하여 확인하였다. 512×512 크기를 갖는 Lenna, airplane, Tiffany, pepper 영상에 제안 기법을 적용하여 워터마크를 은닉한 경우, 워터마크가 은닉된 영상의 PSNR 값은 각각 53.91dB, 54.10dB, 54.09dB, 54.13dB 이었다.
정보전달에 있어서 멀티미디어 정보가 차지하는 비중이 점점 증대됨에 따라 멀티미디어 데이터 암호화의 필요성이 부각되고 있는 실정이다. 그러나 기존의 암호화에 일반적으로 적용되어온 DES(Data Encription Standard)와 같은 전통적인 암호화 알고리즘은 멀티미디어 데이터를 암호화하여 실시간으로 처리하기에는 충분히 신속하지 못한 단점이 있다. 그래서 본 논문에서는 디지털 이미지 프로세싱 기법중 압축기법과암호화 기법을 일련의 과정으로 통합하여 멀티미디어 정보의 중요부분을 차지하는 디지털 이미지의 실시간 암호화 처리기법을 연구하였다. 디지털 이미지의 저주파수 성분과 고주파수 성분을 다단계의 레벨로 분리하여 각 대역별로 성분을 집중시킨 후 임의의 배치 순서로 재배치하는 방법을 통해 DCT(Discrete Cosine Transform)과정 및 양자화과정을 거친 공간주파수 성분을 Zig-Zag순서가 아닌 임의의 배치 순서로 재배열할 때 발생되는 이미지의 크기가 상대적으로 커지는 점과 저주파수 성분이 주요 성분으로 구성된 이미지의 경우 해독이 비교적 용이하다는 점, 또한 약간의 응용으로 각 블록의 DC값만을 추출하여 이미지의 주요 내용을 파악할 수 있는 문제점을 해결하였다.
본 논문에서는 디지털 홀로그래픽 서비스를 위한 3D 공간정보 (깊이정보) 보안기술을 제안한다. 영상 콘텐츠 암호화는 영상의 전체 혹은 일부분을 조작하여 허용된 사용자에게만 정보를 제공하는 기술이다. 제안하는 암호화 기술은 깊이정보에서 객체의 윤곽선을 추출한 후 이를 기반으로 쿼드트리 분할을 수행한다. 분할된 블록 중 최상위 블록을 암호화 한다. 암호화 효과는 화질측정 방법을 이용한 정량적인 평가와 시각적인 평가를 병행하였다. 실험결과 전체 데이터 중에서 0.43%의 데이터만을 암호화하여 깊이정보의 시각적인 정보를 은닉할 수 있었다. 또한, 암호화되는 데이터 량과 시각적인 특성분석을 통해 깊이정보의 윤곽선 추출시 사용하는 임계치 값과 암호화 효율 상의 상관관계를 분석하였다.
대부분의 영상정보들은 데이터 양이 방대하기 때문에 압축되어 저장되고 전달된다. 이 때문에 영상정보의 변환을 위해서는 사전에 압축을 해제하여 공간정보를 추출한 뒤에 소정의 변환을 하고 다시 압축해야 하는 번거로움과 불편한 점이 있다. 본 논문에서는, JPEG등의 정지영상 압축이나 MPEG-4와 H.264 등의 영상 압축 표준에서 널리 사용되는 DCT 변환에 의한 영상정보의 주파수 영역의 계수 값들의 부호나 이들 간의 상대적 위치를 적절히 바꿈으로써 공간적 영역에서의 원하는 기하학적 변환이 이루어지는 규칙을 발견하고 정리하였다. 본 저자들은 주파수 영역에서의 계수 값 변환 효과가 공간적 영역에 어떻게 나타나는지 수학적으로 유도하고 실제 JPEG 압축 파일에 본 방식을 적용하여 이미지를 변환시켜 그 성능을 검증하였다. 이 방법은 압축을 완전히 해제하지 않고도 공간적 영역에서의 변환을 달성할 수 있기 때문에 대용량의 간단한 이미지 암호화를 위한 경량암호화 시스템에 응용될 수 있다.
디스크 암호화 소프트웨어로 데이터를 암호화 하는 경우 패스워드를 획득하기 전까지 암호화 데이터의 원본 데이터를 추출하기 위해서는 많은 어려움이 있다. 이러한 디스크 암호화 소프트웨어의 암호화 키는 물리 메모리 분석을 이용하여 암호화 키를 추출할 수 있다. 물리 메모리에서 암호화 키 탐색을 수행하는 경우 일반적으로 메모리 전체를 대상으로 탐색을 수행하기 때문에 메모리 크기에 비례하여 많은 시간이 요구된다. 하지만 물리 메모리 데이터에는 시스템 커널 오브젝트, 파일 데이터와 같이 암호화 키와 관련이 없는 많은 데이터가 포함되어 있음으로, 이를 분석하여 키 탐색에 필요한 유효한 데이터를 추출하는 방법이 요구된다. 본 논문에서는 윈도우즈 커널 가상 주소 공간 분석을 통해 물리 메모리에서 디스크 암호화 키가 저장되는 메모리 영역만 수집하는 효율적인 방법을 제시하고자 한다. 실험을 통해 제안된 방법이 기존 방법보다 암호화 키 탐색 공간을 효율적으로 줄임으로써 우수함을 증명한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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