비밀공유 기법은 개인키와 같은 비밀을 복수의 지분으로 분할하여 분산 관리함으로써 비밀의 보안성을 높이는 기술이다. 그동안 다양한 상황에서 비밀공유를 적용하기 위한 많은 연구가 있어 왔으며, Tassa가 제안한 논리곱 기반의 비밀공유 방법은 도함수를 사용하여 계층적 비밀공유를 가능하게 하는 방법이다. 하지만 도함수를 사용하는 계층적 비밀공유는 몇 가지 한계를 가진다. 첫째, 각 레벨의 지분들이 하나의 도함수로부터 생성되기 때문에 하나의 레벨에 하나의 참여자 그룹만을 만들 수 있다. 둘째, 논리곱에 기반한 비밀 복원만 가능하여 임의의 비밀 복원 조건을 규정할 수 없다. 셋째, 도함수를 사용하기 때문에 버크호프 보간법을 필요로 하며, 이는 다항식 기반 비밀공유에 사용되는 라그랑주 보간법에 비해 구현이 복잡하고 어렵다. 본 논문에서는 논리곱 기반 계층적 비밀공유를 일반화시킨 다중 컴파트먼트 비밀공유 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 비밀을 복원하는데 필요한 외부지분들을 이용하여 비밀을 암호화하고, 암호화된 비밀 값이 삽입된 다항식을 생성하여 내부지분들을 생성한다. 내부지분들로 다항식을 복원할 수는 있지만, 이 때 얻을 수 있는 값은 암호화된 비밀 값이며 복호화를 위해서는 외부지분들이 필요하다. 이 기법을 적용하면 하나의 계층에 복수의 참여자 그룹을 만들 수 있으며, 논리곱은 물론 임의의 비밀 복원 조건을 구현할 수 있다. 또한 다항식을 사용함에 따라 라그랑주 보간법을 적용하는 것도 가능해진다.
Shamir의 (k,n)-threshold 비밀 공유(secret sharing) 기법은 참가자(participant)의 서명(signature)과정을 생략하기 때문에 악의적인 공격자에 의해 속임(cheating) 행위가 발생할 수 있고, 이러한 문제점을 해결하기 위해 여러 가지 기법들이 제안되었다. 대표적인 기법으로는 사전 비밀 공유(proactive secret sharing)가 존재한다. 이 기법은 불규칙적인 주기로 참가자들에게 배포된 공유값(shadow value)을 새롭게 변경해준다. 본 논문에서는 사전 비밀 공유 기법을 기존의 비밀이미지 공유(secret image sharing)에 처음으로 적용시킨다. 제안하는 기법은 유한 체($GF(2^8)$)상에서 비밀이미지의 공유가 수행된다. 유한 체 연산은 효율적이고, 안전한 암호 연산을 수행하기 위해 지난 30년간 널리 사용되어 왔고, 제안하는 기법에서는 사전 비밀이미지 공유 과정 내의 비밀 이미지의 손실(lossy)을 방지하기 위해 사용한다. 공유된 이미지(shadow image)를 생성하는 과정 내에서, 비밀이미지 공유 다항식(polynomial)을 이용하여 생성된 값은 삽입 용량(embedding capacity)과 PSNR의 상관관계(correlation)를 고려하여 LSB-2 방법을 이용해 커버 이미지(cover image)에 삽입된다. 실험에서는 비밀이미지의 삽입 용량과 공유된 이미지와 커버 이미지(cover image)간의 왜곡(distortion)의 비율(ratio)을 측정한다. 실험 결과에서는 기존의 제안되었던 기법들과의 비교 분석을 통해 제안하는 기법의 우수성을 검증한다.
본 논문은 회색(Gray-scale) 이미지를 기반으로 (2, 2) 비밀 공유(Secret Sharing) 계획을 제안한다. 일반적으로 비밀 공유 방법은 비밀 이미지를 두개이상의 이미지 (그림자 이미지: Shadow Image)로 분배한 후, 그림자 이미지를 참가자(비밀 공유하는 사람)에게 나누어준다. 이 후 참가자들이 비밀을 보기위해 k(k
본 논문에서는 GHZ swapping을 이용하여 구성원 수의 절반보다 많은 인증된 사용자가 모이면 비밀을 복원할 수 있는 양자 비밀 공유 프로토콜을 제안한다. 메시지를 분배하는 중재자와 복원하려는 구성원들 사이에 미리 공유된 토를 이용하여 중재자는 각 구성원을 인증할 수 있으며, 인증 받은 구성원들은 GHZ swapping에 의해 양자비밀공유가 가능해진다. 또한 구성원의 수를 임의의 n명으로 확장하기가 용이하다는 측면에서 고전적인 비밀 공유에 근접한 양자 비밀 공유프로토콜이다.
비밀분산법이란 하나의 비밀정보를 다수의 비밀조각으로 분할하여 다수의 신뢰할 수 있는 사람들에게 공유시킴으로써 비밀정보를 안전하게 유지.관리하는 암호학적 방법이다. 그러나 비밀정보를 공유하는 참가자들이 비밀정보 복원에 대해 서로 다른 권한을 가지고 있을 경우, 이러한 참가자들간의 계층구조를 반영할 수 있는 비밀분산법의 설계가 필요하다. 각 참가자들이 갖는 비밀정보에 대한 복원 권한을 가중치로 표현함으로써 가중치에 따른 비밀정보 공유 및 복원이 가능한 가중치를 갖는 비밀분산법을 제안한다.
비밀 분산(Secret Sharing)은 임계 암호시스템(Threshold Cryptosystem)의 기본 개념이며, 현대 암호학에서 중요한 한 축을 이루는 암호학의 한 분야이다. 1995년 Jarecki는 이동 공격자 모델에 대하여 비밀 분산 프로토콜의 안전성을 유지할 수 있는 능동적 비밀 분산(Proactive Secret Sharing) 개념을 제안하였고, 이와 함께 (k, n) threshold scheme에서 능동적 비밀 분산을 적용하기 위하여 공유 갱신 프로토콜을 제안하였다. Jarecki가 제안한 공유 갱신 프로토콜은 전체 참여자가 n명일 경우 각 참여자당 $O(n^2)$의 모듈라 멱승 연산을 수행하여야 한다. 이것은 매우 큰 연산량으로 참여자가 큰 대규모의 비밀 분산 수행시 계산 비용의 증가로 Jarecki의 프로토콜은 사용하기 어렵게 된다. 본 논문에서는 (k, n) threshold scheme에서의 능동적 비밀 분산을 위한 효율적인 공유 갱신 방법을 제안한다. 제안 방법은 이전 방법과는 달리 각 참여자당 O(n)의 모듈라 멱승 연산만으로 공유 갱신이 가능하다. 이와 함께 본 논문에서는 k(클n-1 인 경우에 대하여 제안 방법의 안전함을 증명한다.
(t,n) 임계 비밀 공유 방식은 한 신뢰 기관이 n명의 참가자에게 각 할당 값를 나누어 주면 이 중 t명의 참가자들의 할당 값으로 비밀 값을 계산하는 방식이다. 최근 Eslami 등과 Tadayon 등은 한 임계 검증 가능한 다중 비밀 공유방식을 각각 제안 했는데, 그들의 방식이 안전한 채널을 사용하지 않는다고 했으나, 안전한 채널이 없다면 누구나 할당 값을 가질 수 있고 비밀 값을 구할 수 있다. 본 논문에서 제안된 방식은 안전한 채널을 사용하지 않고, 전송된 메시지로부터 t명의 컴바이너들만 필요한 값을 구해 시스템의 방정식을 풀 수 있고 비밀 값들을 구할 수 있다.
인터넷 환경의 급속한 성장으로 인해 효율적인 디지털 콘텐츠 보급이 가능하게 되었다. 하지만 악의적인 공격자에 의한 저작권 침해 등으로 인해, 이미지 데이터 보호 및 비밀 통신 방법에 관한 요구사항 또한 높아지고 있다. Shamir와 Lin-Tsai는 각각 비밀 공유의 원리를 기반으로 간단한 비밀 이미지 암호화 알고리즘들을 제안하였다. 하지만 Shamir와 Lin-Tsai가 제안한 비밀 공유 기법들은 이미지의 화질을 저하시키는 심각한 문제가 있다. 이로 인해, 제3자가 쉽게 은닉된 정보를 알아챌 수 있다. 본 논문에서 이미지의 화질과 안전성을 향상시킬 수 있는 그레이 코드를 이용한 비밀 공유 기법을 제안한다. 제안한 기법은 Shamir와 Lin-Tsai의 기법들과 비교하여 공유 이미지의 화질이 우수할 뿐만 아니라 보다 강화된 보안성을 제공한다.
기존의 비밀 공유방법들은 무작위적으로 생성된 다항식(polynomial) 또는 평면(plane)으로부터 지분을 유도하기 때문에 복잡하고 긴(complex and long) 형태의 지분을 생성한다. 그렇게 생성된 지분은 암기(not memorizable)가 불가능하고 관리가 어려우며, 이에 따라 지분을 보관하고 관리하기 위해 컴퓨터 시스템 또는 별도의 디지털 장치가 있어야 한다. 전통적인 비밀 공유방법을 변형하면 패스워드나 생체정보와 같이 사용자가 미리 선택한 값을 지분으로 설정하는 것이 가능할 수 있다. 그러나 이러한 방법은 사용자가 선택한 값의 무작위성(randomness) 또는 엔트로피(entropy)가 낮으면 완전 보안성을 보장하지 못할 수 있다. 즉, (t-1) 개 이하의 지분으로 비밀을 유추해내는 것이 가능해질 수 있다. 본 연구에서는 암기가 가능한 패스워드나 지문과 같은 생체정보와 같이 미리 지정된 값을 지분으로 사용하면서 비밀 공유의 보안성을 보장할 수 있는 지분 강화(share hardening) 방법을 제안한다.
임계 암호시스템은 현대 암호학에서 중요한 한 축을 이루는 암호학의 한 분야이다. 본 논문에서는 임계 암호시스템의 근간이 되는 비밀 분산(Secret Sharing)의 한 분야인 (k, n) threshold scheme에서 능동적 비밀 분산 (Proactive Secret Sharing)을 위한 공유(Share)갱신 방법을 개선한 새로운 공유 갱신 방법을 제안한다. 이전 방법은 각 참여자당 O(n$^2$)의 모듈라 멱승 연산을 수행하는데 비하여 제안 방법은 O(n)의 모듈라 멱승 연산만으로 공유갱신이 가능하다. 이와 함께 본 논문에서는 k <(1/2)n-1인 경우에 대하여 제안 방법의 안전함을 증명한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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