본 논문은 변환키 비대칭 워터마킹 시스템의 강인성을 분석하고 이에 대한 개선을 제안한다. 먼저 비대칭 워터마킹 시스템의 공개 검출을 불가능하게 하는 빼기공격의 상황을 가정하고 변환키 비대칭 워터마킹 시스템의 검출성능에 대한 척도를 제안한다. 다음으로 빼기공격에 강인하기 위하여 변환키 비대칭 워터마킹 시스템이 갖추어야 할 최적의 조건을 분석한다. 또한 변환키 비대칭 워터마킹 시스템 전체의 검출 성능을 개선하기 위하여 새로운 비공개 검출 방법을 제안한다. 제안하는 개선된 방식은 빼기공격 뿐만이 아니라 Wu의 공격에도 강인함을 보인다.
기존의 워터마킹 기술은 대부분 삽입과 검출에서 동일한 키를 사용하는 대칭 키 방식이다. 이러한 대칭 키 워터마킹 방식은 검출을 쉽게 할 수 있는 반면에 공격자에 의하여 검출기의 비밀키 정보가 유출될 경우 삽입 정보가 제거되거나 변조되는 치명적인 공격을 받을 수 있다. 따라서 최근에는 삽입기에서 비밀키를 사용하여 삽입하고 검출기에서 공개키를 이용하여 검출하는 비대칭 워터마킹(Asymmetric Watermarking) 방식이 차세대 워터마킹 기술로 주목을 받고 있다. 본 논문에서 제안하는 상관도와 임계치 방식은 각기 단일 방식으로 사용할 수 있는 방식이며 결합하여 다중 검출 방식으로도 사용할 수 있다. 다중 검출방식으로 사용할 경우 동일한 공개키를 이용하여 검출기에서 상관도 방식과 임계치 방식으로 상호 보완적이며 신뢰성이 있는 검출을 할 수 있다. 키 생성과정에서는 안전한 선형 변환방식과 특수행렬을 이용하여 개인키와 공개키를 생성하였고 높은 상관도 검출이 가능하도록 구성되었다. 실험결과 공개키 검출 성능 및 대칭 키 방식과의 검출 성능 비교 등을 통하여 다양한 측면에서 제안 방식의 정확성을 확인하였다. 또한 워터마크가 삽입된 영상에서 1 bit의 정보뿐만 아니라, 멀티 bit의 삽입정보에 대한 공개키 상관도 검출과 임계치 검출이 정확히 이루어짐을 확인할 수 있었으며 JPEG 및 JPEG200 압축에도 강인함을 보였다.
기존의 디지털 워터마킹 기술은 대부분 삽입과 검출에서 동일한 키를 사용하는 대칭키 방식이다. 이러한 대칭키 워터마킹 방식은 검출을 쉽게 할 수 있는 반면에 공격자에 의하여 검출기의 비밀 키 정보가 유출될 경우 삽입 정보가 제거되거나 변조되는 치명적인 공격을 받을 수 있다. 따라서 최근에는 삽입기에서 삽입한 비밀 정보를 검출기에서 공개 키를 이용하여 검출하는 비대칭 워터마킹(Asymmetric watermarking)방식이 차세대 워터마킹 기술로 주목을 받고 있다. 본 논문에서는 선형 연립방정식의 해집합을 이용하여 개인 키의 탐색 공간을 효과적으로 확장하였다. 또한 공개 키로부터 개인 키를 유출할 수 없도록 하기 위하여 공개 키의 생성은 안전한 선형변환 방식에 기초하였으며 높은 상관도 검출이 가능하도록 구성되었다. 실험결과 워터마크가 삽입된 영상에서 1비트의 정보 뿐만 아니라, 멀티 비트의 정보에 대한 공개 키 상관도 검출이 정확히 이루어짐을 확인할 수 있었으며 JPEG압축 후에도 높은 상관도 검출이 가능한 것으로 나타났다.
기존의 디지털 워터마킹 기술은 대부분 삽입과 검출에서 같은 키를 사용하는 대칭 키 방식이다. 이러한 대칭 키 워터마킹 방식은 검출을 쉽게 할 수 있는 반면에 공격자에 의하여 검출기의 비밀 키 정보가 유출될 경우 삽입 정보가 제거되거나 변조되는 치명적인 공격을 받을 수 있다. 따라서 최근에는 삽입기에서 삽입한 비밀 정보를 검출기에서 공개 키를 이용하여 검출하는 비대칭 워터마킹(Asymmetric Watermarking) 방식이 차세대 워터마킹 기술로 주목을 받고 있다. 본 논문에서는 선형 연립방정식의 해집합을 이용하여 개인 키의 탐색 공간을 효과적으로 확장하였다. 또한 공개 키로부터 개인 키를 유출할 수 없도록 하기 위하여 공개 키의 생성은 안전한 선형변환 방식에 기초하였으며 높은 상관도 검출이 가능하도록 구성되었다. 실험결과 워터마크가 삽입된 영상에서 1bit의 정보 뿐만 아니라, 멀티 bit의 정보에 대한 공개 키 상관도 검출이 정확히 이루어짐을 확인할 수 있었으며 JPEG 압축 후에도 높은 상관도 검출이 가능한 것으로 나타났다.
대표적인 비대칭 워터마킹 방법의 하나의 파워스펙트럼을 이용한 비대칭 워터마킹 방법의 성능을 분석하였다. 파워스펙트럼 도메인의 특성 분석을 통해 간단하면서도 성능 분석에 용이한 상관 검출기를 활용할 수 있음을 보였다. 제안된 상관 검출기를 이용하여 정보량을 늘려가면서 비트 검출 오류율 (bit error rate)을 구하였다. 실험 및 이론 분석 결과는 거의 일치하였으며, 파워스펙트럼 도메인 비대칭 워터마킹 방법은 삽입되는 데이터양이 증가할수록 급격히 그 성능이 나빠지는 것을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 웨이블릿 변환 영역에서 계수간의 특성을 이용한 효과적인 워터마크 검출 방법을 제안한다. 제안한 방법은 영상을 2단계 웨이블릿 변환 후 비가시성과 강인성을 고려하여 기저대역과 고주파 대역을 제외한 중간 대역에 이진 워터마크를 삽입하였다. 각종 공격으로 변형된 영상에서 워터마크론 효과적으로 김출하기 위해 계수 선택 임계치를 삽입시보다 검출시에 보다 높게 설정하는 비대칭 임계치 워터마킹 방법을 사용하였다. 또한 워터마크 검출시 선택된 웨이블릿 변환 계수 쌍의 차이가 일정 이하일 경우에 검출값을 그대로 유지하는 방법으로 검출 강도를 높였다. 실험 결과 제안한 방법은 비교적 우수한 화질에서 손실 JPEG 압축, 잡음 첨가, 클로핑, 블러링 등의 공격에 강임함을 알 수 있었다.
본 논문에서는 공개키 공격에 안전한 비대칭 워터마킹 시스템을 구성하기 위하여 효과적인 공개 키 및 개인 키 생성 알고리즘을 제안한다. 공개 키와 개인 키의 생성은 특수행렬을 이용한 선형변환 방식에 기초하였으며 높은 상관도 검출이 가능하도록 구성되었다 또 공개 키 공격에 대한검증과 검출을 위한 공개 키를 추가로 생성하여 분배하는 방안을 제안하여 특정된 환경에서 공개 키 공격에 효과적으로 대응하도록 하였다. 실험결과 워터마크가 삼입된 영상에서 공개 키 및 개인 키를 이용하여 효과적으로 높은 상관도 검출을 할 수 있었으며 공개 키 공격을 받은 영상에서 추가로 발급된 검증용 공개 키를 이용하여 효과적으로 상관도 검출을 할 수 있음을 확인하였다.
디지털 이미지 워터마킹(digital image watermarking)은 이미지 소유자의 정보를 디지털 이미지 속에 삽입시켜 이미지 소유자의 저작권을 보호하는 것을 목적으로 하는 기법이다. 저작권 보호를 위한 디지털 이미지 워터마킹 기법은 기존의 스테가노그라피(steganography)보다 워터마킹 공격에 대한 견고성과 육안적 비구별성을 동시에 추구해야 하고, 워터마킹 알고리즘의 은닉성 대신 키의 은닉성이 보장되어야 하며, 암호학과 마찬가지로 키의 사용으로 허가받지 않은 사용자의 워터마크 검출을 방지할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 암호학 함수인 ElGamal함수를 사용하는 워터마킹 기법을 제안한다. 일방향 해쉬 함수를 구현하기 위해 ElGamal일방향 함수와 모듈라 연산을 사용한다. 제안하는 워터마킹 기법은 LSB(least significant bit)공격과 감마 보정 공격에 대해 견고하며 육안적 비구별성(perceptual invisibility)이 높다. 제안하는 워터마킹 기법의 실제 구현 및 실험을 통한 실험 결과를 분석하여 견고성과 육안적 비구별성의 특징을 확인한다 향후 과제로, 키생성을 위한 의사난수성과 비대칭키의 생성을 동시에 달성시키는 알고리즘 연구가 요구된다.
워터마킹 기법을 기반으로 하는 익명적 비대칭 핑거프린팅 기법은, 판매자와 익명을 사용하는 구매자간의 프로토콜에 다양한 암호 기술을 적용하여, 판매자로 하여금 콘텐츠에 구매자마다 다른 신호 즉 핑거프린트를 삽입하게 하지만 실제로 구매자가 얻게 되는 (핑거프린트가 삽입된) 컨텐츠가 정확히 어떤것인지 모르게 하는, 판매자와 더불어 구매자의 권리도 지켜주는 저작권 보호 기술이다. 이 기법에서 정직한 구매자는 익명성이 유지될 수 있지만, 콘텐츠의 불법 재배포가 발생하면 판매자는 삽입된 핑거프린트를 증거로 확인하는 분쟁 조정을 거쳐 익명의 재배포자가 실제로 누구인지를 추적할 수 있다. 2007년에 Yong 등은 신뢰기관을 이용한 익명적 비대칭 핑거프린팅 기법을 제안하였는데, 본 논문에서 우리는, 그들의 기법이 중간자 공격에 의해 핑거프린트 값이 노출되는 취약점이 있어 의도를 가진 구매자가 구입한 콘텐츠에서 핑거프린트를 제거할 수 있으며, 또한 구매자가 불법 행위를 하지 않았더라도, 판매자가 저장된 판매 관련 정보를 이용해 익명 구매자의 실제 이름을 알 수 있는 취약점이 있음을 보인다. 덧붙여서, 우리는 이와 같은 취약점을 보완하면서 전체적인 통신회수를 줄이며 구매자 입장에서 복잡한 절차를 거치지 않고 간편하게 상품 구매를 할 수 있는, 효율성에서 개선된 익명적 비대칭 핑거프린팅 기법을 제안한다.
본 논문에서는 공개키 기반 구조를 이용한 비대칭 워터마킹 방법을 제안한다. 제안하는 방법의 특징은 서로 상이한 암호화 기술과 워터마킹 기술을 각 기술 간의 특성에 기초하여 인증 기술로 연계한 점이다. 디지털 콘텐츠에 삽입하는 워터마크는 저작권 정보를 분배자 혹은 저작권자의 개인키로 암호화한 디지털서명과 인증코드로 구성된다. 디지털 콘텐츠에 대한 소유권 판단 시 인증 기술은 인증코드에 근거하여 디지털 콘텐츠의 데이터 무결성을 검사하며 만족하는 경우와 만족하지 않는 경우로 구분하여 저작권을 판단한다. 전자의 경우는 디지털 콘텐츠에 삽입한 워터마크를 추출하고 워터마크를 구성하는 암호화된 저작권 정보를 분배자의 공개키로 복호화하여 복호화 된 저작권 정보와 사용자가 제시하는 저작권 정보를 서로 비교함으로 소유권을 판정하는 암호화에서의 복호화 방법을 사용하며, 후자의 경우는 디지털 콘텐츠에서 추출한 워터마크로부터 분리한 암호화된 저작권 정보와 사용자가 제시하는 워터마크로부터 분리한 암호화된 저작권 정보간의 유사도를 비교함으로 소유권을 판정한다. 제안하는 방법은 워터마크 암호화키를 알아내거나 제거하려는 시도로부터 안전성을 제공한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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