웨이블릿 영역에서의 확산스펙트럼 워터마킹과 영상 암호화에 관한 연구 = (A)study on spread spectrum watermarking in wavelet domain and image encryption

국문 초록 (Abstract)

광대역 정보통신에서 사용되는 디지털 멀티미디어 컨텐츠(데이터, 음성 그리고 영상 등)의 유통은 막대한 정보를 공유하고, 이를 각 분야의 사용자들 사이에서 공동으로 이용할 수 있게 되었다. 개인의 저작권 보호를 위해 디지털 멀티미디어 컨텐츠가 안전한 소유권을 갖기에는 정보 자체에 워터마킹이나 암호화하는 것이 필수적이다. 그러므로 컨텐츠에 외부 공격으로부터 안전하게 하기 위해 자신의 소유권을 나타낼 수 있는 정보를 넣는 워터마킹을 한다. 또한, 안전하게 전송 시스템을 구현하여 자신의 정보 보호를 보호하는 것이 점차 요구되고 있다. 암호화 알고리즘만으로는 저작권에 대한 소유권 주장이 어려운 실정이다. 왜냐하면, 암호화가 풀어질 경우에 컨텐츠에 대한 소유권을 주장 할 수 있는 방법이 없다. 이를 대신 할 수 있는 워터마킹 기법을 통해 자신의 소유권을 주장하고 안전한 키를 갖는 암호화 알고리듬을 적절하게 결합한다면 안전성이 보장된 시스템을 만들 수 있을 것이다. 컨텐츠의 불법적인 복제나 위변조등은 공개되어 있는 네트워크나 인터넷 상에서 이루어지므로 자신의 소유권을 주장하기가 어렵다. 따라서 컨텐츠의 불법 복제나 유통을 방지하고 불법 사용으로부터 저작권 이익을 지속적으로 보호하고 관리하는 기술이 필요하다.
디지털 미디어인 컨텐츠들을 보호하기 위한 암호화 방법으로는 워터마킹한 영상과 안전성이 보장되는 암호화 기법의 접목이 중요한 과제로 떠오르고 있다. 제안한 적응적인 워터마크 알고리듬은 비가시성을 만족하면 각종 공격에도 강인하여 소유권 인증이 가능한 알고리듬이며. 네트워크 상에서 안전성이 보장된 공개키 암호화 방식인 RSA(Rivest, Shamir, Adleman)을 적용하여 안전한 시스템을 구현하였다. 대칭형 암호 알고리듬는 암호키와 복호키가 동일하다는 편리한 점은 있으나 쉽게 암호가 풀려 암호화의 기능이 약하다는 단점이 있다. 반면에 공개키와 비밀키 두가지 모두를 갖는 수정된 RSA 암호화 방법은 네트워크 상에서 안전성이 강화되지만 암호화 하는데 시간이 걸린다는 단점을 가지고 있다.
본 연구에서는 네트워크 상에서 영상 데이터를 전송하고자 할 때 디지털 영상을 안전하게 보호할 수 있도록 하며, 저작권 보호를 위해 적응적인 워터마크 삽입 방법과 수정된 RSA 암호화 기법을 통해 고속화 방법의 실험을 제안하였다. 제안한 디지털 워터마킹 기법은 웨이블릿을 이용한 대역 분할 기법을 적용하였으며, 워터마크 시퀀스 삽입의 최적 조건을 찾았다.
또한 제안한 삽입 조건을 적용하였을 때 각종 공격에 대해서도 워터마크된 영상들의 시각적인 저하가 없음을 확인하였다. 실험을 통한 워터마크에 대한 삽입 대역은 저주파 영역인 LL 대역을 포함한 저주파와 고주파 사이의 선택 영역이 됨을 확인하였다. 제안한 각 대역별 적응적인 삽입조건은 각 레벨로 나눈 영역의 삽입 영역을 찾았다. 비가시성의 만족을 한 워터마크 영상의 PSNR이 38[dB] 이상을 갖도록 각 임계값(T)은 0 120, 스케일() 변수는 0.015 0.05 값으로 하였을 때 비가시성 평가에서 만족할 만한 결과를 얻었다. 또한 제안한 RSA의 암호/복호화 알고리듬의 시간 측정에서 기존 방법에 비해 15 30% 성능 개선을 얻었다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 1
• 제 2장 웨이블릿 변환 5
• 2.1 이산 웨이블릿 해석 5
• 2.2 멀티 해상도를 갖는 웨이블릿 변환 6
• 2.3 영상에 적용한 Daubichies 웨이블릿 필터 10
• 제 3장 디지털 워터마킹과 디지털 컨텐츠 암호화 12
• 3.1 디지털 워터마킹 목적 12
• 3.2 디지털 워터마킹 기법들 15
• 3.3 디지털 워터마킹 분류 21
• 3.4 DCT 영역에서의 확산 스펙트럼 워터마킹 방식 25
• 3.5 디지털 워터마킹 공격방법 31
• 3.6 디지털 컨텐츠 보호를 위한 암호화 기법 34
• 제 4장 제안한 적응적인 삽입 조건과 정보 보호 암호화 44
• 4.1 워터마크 시퀀스 44
• 4.2 제안한 워터마킹 전체 시스템 구조 48
• 4.3 제안한 워터마크 삽입조건과 검출 알고리즘 50
• 4.4 워터마크 영상의 고속 암호화 알고리즘 52
• 제 5장 모의실험 및 고찰 56
• 5.1 실험 방법 56
• 5.2 유사도와 상관도 측정 방법 58
• 5.3 결과 및 고찰 60
• 제 6장 결론 85
• 참고문헌 87