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본 논문에서는 스트림 암호 시스템에서 키 수열을 생성하는 랜덤 수열 발생기의 새로운 광학적 구현 모델을 제안하였으며 gray 레벨 영상의 암호화를 위한 새로운 암호화 방법 및 광학 시스템 모델을 제안하였고 이를 기반으로 한 안전한 보안 시스템 모델도 제안하였다. 현대 암호 시스템 중 고속성 등의 특성으로 인하여 실제로 많이 사용되고 있는 스트림 암호 시스템의 하드웨어적인 실현은 지금까지 전자적인 방법에 의하여 구현되어 왔으나 스트림 암호 시스템의 고 비도를 위해서는 LFSR(linear feedback shift register)의 궤환 상수인 tapping point의 최소한의 개수가 보장되어야 하고 또한 고 비도를 위해서 프로그래머블하게 tapping point를 구현할 필요가 있으므로 하드웨어 구현시 tapping point로 인한 게이트 수의 증가가 불가피하게 되는 문제점이 발생하게 된다. 그러므로 기존의 전자적인 방법이 가지고 있는 tapping point 개수의 한계성을 극복할 수 있는 새로운 실현 방법이 요구되고 있으며 더욱이 고속 및 대용량 처리를 위한 암호 시스템의 필요성도 점점 부각됨에 따라 본 논문에서는 기존의 전자적인 구현 방법이 아닌 광 정보 처리 기술을 이용한 새로운 개념의 암호 시스템 구현 기술을 제안하였다. 본 논문에서는 LCD(liquid crystal device) 소자를 이용하여 기존의 전자적인 1차원 구현 방법이 아닌 새로운 광학을 이용한 2차원적인 실현 방법을 사용하여 스트림 암호 시스템에서 사용이 되는 랜덤 수열 발생기중에 하나인 ...

본 논문에서는 스트림 암호 시스템에서 키 수열을 생성하는 랜덤 수열 발생기의 새로운 광학적 구현 모델을 제안하였으며 gray 레벨 영상의 암호화를 위한 새로운 암호화 방법 및 광학 시스템 모델을 제안하였고 이를 기반으로 한 안전한 보안 시스템 모델도 제안하였다. 현대 암호 시스템 중 고속성 등의 특성으로 인하여 실제로 많이 사용되고 있는 스트림 암호 시스템의 하드웨어적인 실현은 지금까지 전자적인 방법에 의하여 구현되어 왔으나 스트림 암호 시스템의 고 비도를 위해서는 LFSR(linear feedback shift register)의 궤환 상수인 tapping point의 최소한의 개수가 보장되어야 하고 또한 고 비도를 위해서 프로그래머블하게 tapping point를 구현할 필요가 있으므로 하드웨어 구현시 tapping point로 인한 게이트 수의 증가가 불가피하게 되는 문제점이 발생하게 된다. 그러므로 기존의 전자적인 방법이 가지고 있는 tapping point 개수의 한계성을 극복할 수 있는 새로운 실현 방법이 요구되고 있으며 더욱이 고속 및 대용량 처리를 위한 암호 시스템의 필요성도 점점 부각됨에 따라 본 논문에서는 기존의 전자적인 구현 방법이 아닌 광 정보 처리 기술을 이용한 새로운 개념의 암호 시스템 구현 기술을 제안하였다. 본 논문에서는 LCD(liquid crystal device) 소자를 이용하여 기존의 전자적인 1차원 구현 방법이 아닌 새로운 광학을 이용한 2차원적인 실현 방법을 사용하여 스트림 암호 시스템에서 사용이 되는 랜덤 수열 발생기중에 하나인 threshold 발생기의 광학적 구현 모델을 제안하였다. m-LFSR(maximum length LFSR)은 LCD 소자를 사용하여 표현하고, shadow casting 기법을 사용하여 벡터-벡터 곱을 계산하며, LCD의 편광 특성을 이용하여 XOR(exclusive OR) 연산과 벡터간의 내적 계산을 위한 mod 2 덧셈 연산을 수행하였다. 따라서, 본 논문에서 제안한 광 threshold 발생기는 기존의 전자적인 구현 방법에서 문제가 되는 tapping point의 개수에 대한 한계성을 극복할 수 있고, 1차원적인 실현 방법이 아닌 광학을 이용한 2차원적 시스템을 구성하는 새로운 방법을 제안함으로써 2차원 영상 암호 시스템으로의 응용 가능성을 보여 주었다. 기존 threshold 발생기와의 성능 비교를 위하여 두 번의 컴퓨터 시뮬레이션을 수행함으로써 제안된 시스템의 성능을 입증하였다. 현재까지 개발된 암호 시스템은 전자적인 방법에 의한 1차원적인 암호화 방법으로 구현되어 왔다. 하지만 멀티미디어 정보에 대한 요구가 점점 늘어가고 있는 현실에서 기존의 1차원 데이터에 적용되어 오던 정보보호 구현 방법을 영상과 같은 2차원 데이터에 적용하는 것은 한계가 있으므로 정보보호를 위한 새로운 실현 방식이 필요하다고 할 수 있다. 그러므로 고속과 병렬 처리 특성을 동시에 갖고 있는 광 정보 처리 기술이 미래의 정보 통신 시스템을 위한 정보 보호 시스템 개발을 위한 필요 기술로 적합하다고 판단이 되어 이에 대한 많은 연구가 세계적으로 시도되고 있다. 따라서 본 논문에서는 영상과 같은 2차원 정보의 보호 방안으로 기존의 1차원적인 디지털 방법 대신에 광 정보처리 기술을 이용한 실시간 처리가 가능한 영상 암호화 방법을 새로이 제안하였다. 제안된 방법은 암호화 키 수열과 2차원 영상을 XOR 연산을 통하여 2차원적으로 암호화하는 방법으로 광학 시스템을 이용한 구현 모델을 제안하였다. XOR 연산을 위하여 2차원 영상을 비트 평면으로 변환하여 암호화하는 방법을 제안하였으며, LCD 소자의 편광 특성을 이용한 편광 인코딩 방법과 lenslet 어레이 소자를 이용, 암호화 키 수열과 입력 영상의 비트 평면들간에 광 암호화 과정이 실시간 적으로 수행될 수 있도록 하였다. 본 논문에서는 그 응용 예로서 제한된 구역에 미리 허가된 사람만을 출입시키거나 접근 등을 허락하는 보안 시스템에 본 논문에서 제안한 방법을 적용하여 중요 정보를 보호할 수 있음을 보였다. 본 논문에서 제안한 시스템은 기준이 되는 데이터 베이스용 지문뿐만 아니라 시스템 내부에서의 처리되는 입력 지문 데이터도 암호화된 상태로 사용되므로 매우 안전한 시스템이 되겠다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 통하여 입력된 2차원 영상이 랜덤한 영상으로 변환이 되어 암호화됨을 보였으며 암호화된 영상간의 상관도가 암호화전 영상간의 상관도 결과와 마찬가지로 유효한 값이 출력됨을 보임으로써 제안된 시스템의 응용 가능성을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In stream cipher systems, the ciphertext can be obtained by exclusive-ORing(XOR) of the plaintext, which is called an unprotected message, and the key bit stream. A linear feedback shift register(LFSR) is often used as the cryptographic key encoder for a stream cipher system. The random key bit stre...

In stream cipher systems, the ciphertext can be obtained by exclusive-ORing(XOR) of the plaintext, which is called an unprotected message, and the key bit stream. A linear feedback shift register(LFSR) is often used as the cryptographic key encoder for a stream cipher system. The random key bit stream is generated by a digital generator that is composed of LFSRs and nonlinear logics. The key bit stream which is a coded sequence from an m-stage shift register with nonlinear feedback is modulo-2 added to the plaintext to produce the ciphertext. The tap(feedback coefficients) setting which determines the period of the key bit stream is an important factor in the implementation of a stream cipher system. If a stream cipher system is based on the LFSRs only have a few feedback coefficients, it can be broken easily by correlation attacks. Then it is far better to use a lot of coefficients for cryptographic applications. In general, a stream cipher system needs programmable tapping points for high security. The programmable tapping points of the generator are implemented by digital device such as ASIC(application specific integrated circuit) or field programmable gate array(FPGA). But, digital implementation of a key bit stream generator requires large memory to implement programmable tapping points. Therefore, a new implementation technique of a key bit stream generator for high security should be necessary. This paper presents a new optical stream cipher system based on a threshold generator used as a random key bit stream generator. This proposed system is based on the shadow casting technique for the AND operation between taps and register stages. It is also based on the proposed polarization multiplication by rotation and shift(PMRS) method for modular 2 addition. The proposed PMRS method uses the property of light’s polarization on liquid crystal device(LCD) and can be implemented optically using one LCD and some mirrors. The above memory problem in digital hardware designs may be overcome easily by using the proposed optical system which has the property of 2D parallel processing. The programmable tapping points can be realized easily by updating the pixel value represented on LCD. Therefore, this system can be used for optical applications. Some simulation results were presented to verify this proposed method. Pattern recognition systems based on a JTC have been proposed and developed in various design architectures for many practical applications. These systems based on the JTC can be applicable to secure entry systems which identify individuals for access to a restricted area. In security systems, the image such as a picture of a face or a fingerprint may be used to identify individuals. Generally, the security system may have memory units for storing reference images which are used for verifying the authenticity of the input image. Also this system could be integrated into the network. However, if the memory units of the security system are stolen or if important data is intercepted by monitoring the transmission line in security system network, an unauthorized person can know vital information easily. With the rapid advances in electronic and optical systems, it is becoming increasingly simple to reproduce the important data of the security system. Therefore, the data protection should be necessary. This paper presents a new optical method which conceals the data of authorized persons by encryption before they are stored or compared in the pattern recognition system for security systems. The basic idea is that a gray level image is converted to eight bit planes for image encryption using the XOR operations is used as the well-known encryption method in the cipher system. The input image is encrypted by performing optical XOR operations with the key bit stream that is generated by digital encryption algorithms. Because the key bit stream generated by stream cipher systems is binary, a gray level input image should be converted to a binary image. Therefore, a gray level image is converted to eight bit planes and the eight bit planes are represented on a LCD. The key bit stream represented on different LCD is reproduced to eight bit planes by a lenslet array. The optical XOR operations between the key bit stream and the bit planes are performed by the polarization encoding method using the polarization characteristics of LCDs. The results of XOR operations which are detected by a CCD camera are converted to the encrypted gray level image and the image is used as an input to the BPEJTC(binary phase extraction joint transform correlator) for comparison with reference images. Some simulation results were presented to verify this proposed method.

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