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가설 설정
- 첫째 Audio Steganography가 가지는 크기에 대한 제한점을 개선한 것이다. 제한된 size의 Cover-data에 좀 더 큰 size의 Mask를 삽입하기 위해선 Stego-data가 Cover-data와 유사한 특성을 가지는 범위 내에서 Cover-data에 은닉되는 Mask의 비트수를 1비트 이상으로 지정하면 된다.
제안 방법
- Cover-data와 다양한 형태로 Mask가 삽입된 Stego-data를 비교하기 위해 Bitemp 모듈과 Wavecmp 모듈을 구현하였다. Bitcmp모듈은 Cover-data와 Stego-data가 몇 비트 다른 가를 비교 하며, Wavecmp는 각 비트의 위치에 가중치를 주어 Cover-data와 Stego-data가 얼마만큼 다른 가를 비교분석하는 모듈이다.
- 은닉하려고 하는 데이터의 보안 수준을 높이기 위해 3-Tier 파일 암호화 알고리즘을 이용한다. 그리고 Cover-data에 삽입되는 Mask의 Capacity를 높이고 Attacker로부터의 Attack에 대처하기 위해 Mask가 삽입되는 위치를 동적으로 지정하여 삽입하는 δSAcc234bit Mask Data Insertion Algorithm을 제안하고 적용하였다.
- 다음은 LoWbit를 기준으로 234비트가 삽입된 Stego-data, 16비트 단위를 10진수로 변환한 값이 임계 치 이상이 되는 지점을 기준으로 1비트가 삽입된 Stego-data 그리고 임계치를 기준으로 사인곡선 234비트로 삽입된 Stego-data가 Cover-data와 얼마나 유사한지를 분석하였다. 분석된 결과를 살펴보면 모두 Cover~data와 거의 같은 특성을 가지고 있는 것을 알 수 있다.
- 둘째 Mask를 삽입하기 전에 일반적으로 Mask의 특성을 가시적으로 확인할 수 없고 Stego-data와 Cover-data로부터 Mask을 얻었다고 해도 그 내용을 파악할 수 없도록 하기 위해 암호화를 수행한다. 하지만 현재 파일 암호화를 위해 사용되고 있는 대부분의 비밀키 암호화 알고리즘을 적용한 Ciphertext들을 살펴보면 도면이나 실행파일과 같은 특정한 데이터에 특정한 패턴이 나타나는 특징을 가지고 있다.
- 블럭 암호화 알고리즘은 Key외에 운영모드에 사용되는 초기화 백터 IV(Initialization Vector)가 암호화를 위한 매개변수로 사용되기 때문에, key를 해독한다고 하더라도, IV를 알지 못하면 암호문을 해독할 수 없다는 장점을 가지고 있다[16]. 따라서 블럭 암호화 알고리즘을 변형시킨 MBE(Modyfied Block Encryption) 알고리즘을 제안하고 적용하였다. MBE 알고리즘은 Ciphertext 블록들의 난수를 생성한 후 이를 기반으로 한 키로부터 생성해낸 255개의 키를 순차적으로 순환하며 각 블록과 XOR 연산을 수행한다.
- 수행하였다. 또한, Cover-data에 은닉할 수 있는 Mask 의 크기가 제한적이라는 문제점을 개선하기 위해 삽입되는 비트 수를 Cover-data와 유사한 특성을 가지는 범위인 2 비트, 3비트, 4비트로 지정하며, Lowbit를 기준으로 Mask를 삽입하기 때문에 쉽게 Attack 될 수 있다는 문제점을 개선하기 위해 Mask가 삽입되는 위치의 기준을 Lowbit 가 아닌 Wave파일의 16비트 단위를 10진수로 변환한 값 중 Cover-data의 특성이 유지될 수 있는 임계 치를 찾아 해당 비트에 Mask를 삽입한다.
- 이러한 문제들을 해결하기 위해 본 논문에서 제안한 StegoWaveK는 Attacker에 의해 Mask가 필터링 되었다 하여도 복호화를 어렵게 하기 위해 3-Tier 파일 암호화 알고리즘을 이용하여 암호화를 수행하였다. 또한, Cover-data에 은닉할 수 있는 Mask 의 크기가 제한적이라는 문제점을 개선하기 위해 삽입되는 비트 수를 Cover-data와 유사한 특성을 가지는 범위인 2 비트, 3비트, 4비트로 지정하며, Lowbit를 기준으로 Mask를 삽입하기 때문에 쉽게 Attack 될 수 있다는 문제점을 개선하기 위해 Mask가 삽입되는 위치의 기준을 Lowbit 가 아닌 Wave파일의 16비트 단위를 10진수로 변환한 값 중 Cover-data의 특성이 유지될 수 있는 임계 치를 찾아 해당 비트에 Mask를 삽입한다.
- 이러한 문제점을 개선하기 위해 Cover-data 에 Mask 삽입 시 고정된 위치에 Mask 비트를 삽입하는 것이 아니라 삽입되는 비트의 위치가 사인곡선의 형태가 되도록 Mask를 삽입한다.
- 뿐만 아니라 Attacker에 의해 Attack 되기가 쉽다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 Cover-data와 유사한 특성을 가지면서 Capacity를 향상시키고 Attacker로부터의 Attack에 강한 Mask Data Insertion 알고리즘을 제안하고 구현하였다. 본 논문에서 제안한 StegoWaveK는 Lowbit Encoding의 문제점을 개선한 모델이다.
- 필터링 될 수 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 Wave 파일의 16비트 단위를 10진수로 변환한 값을 기준으로 Cover-data의 특성을 유지할 수 있는 범위 내에서, 임계 치를 지정하여 임계 치 위치를 기준으로 Mask를 삽입한다.
- 이는 곧 Attacker에게 파일의 특성을 알려주는 결과를 초래하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 파일 암호화를 3단계로 처리해주는 3-Tier파일 암호화 알고리즘을 제안하고 적용하였다. 향후에는 Mask가 삽입될 위치 즉 δ 를 특정한 값으로 고정하는 것이 아니라 Cover-data와 Mask의size 특성에 따라 동적으로 지정할 수 있는 모델 연구가 필요하다.
- 첫째 Cover-data의 Capacity를 향상시키며, Attacker에 의해 쉽게 Attack 될 수 있다는 문제점을 해결하기 위해 10진수로 변환한 값이 임계치 이상이 되는 지점을 기준으로 사인곡선의 형태가 되도록 234비트를 삽입하였다. 이는 제안한 모델이 Private-Key를 사용하는 Steganograpy임에도 불구하고 Public-Key Steganography와 같이 은닉된 정보의 유무를 구별하기가 힘든 효과를 갖게 한다.
대상 데이터
- Lowbit Encoding을 사용하는 상용화된 Audio Steganography 에 은닉된 Stego-data와 StegoWaveK 시스템을 통해 Mask가 은닉된 Stego-data를 100명의 학생들에게 들려주었다. 이는 다소 주관적인 판단에 의한 분석이기는 하나 대다수의 실험대상 학생들이 Cover-data와 Stego-data 음악파일의 차이를 인식하지 못했다.
데이터처리
- HAS(Human Auditory System) 측면에서 분석하기 위해 파일의 크기가 서로 다른 13개의 Plaintext와 4개의 Wave파일을 Cover-data로 선정하여 기존 시스템과 제안한 시스템을 비교 분석하였다. Lowbit Encoding을 사용하는 상용화된 Audio Steganography 에 은닉된 Stego-data와 StegoWaveK 시스템을 통해 Mask가 은닉된 Stego-data를 100명의 학생들에게 들려주었다.
이론/모형
- 은닉하려고 하는 데이터의 보안 수준을 높이기 위해 3-Tier 파일 암호화 알고리즘을 이용한다. 그리고 Cover-data에 삽입되는 Mask의 Capacity를 높이고 Attacker로부터의 Attack에 대처하기 위해 Mask가 삽입되는 위치를 동적으로 지정하여 삽입하는 δSAcc234bit Mask Data Insertion Algorithm을 제안하고 적용하였다.
- 기존에 제안된 padding 기법을 적용할 경우 정형화된 데이터가 입력되어 padding 영역의 값이 일정한 패턴을 가지게 되므로 쉽게 padding 영역을 찾을 수 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 SELI(Select and Insert) padding 기법을 제안하고 적용하였다. SELI padding 기법은 실제 데이터가 입력된 블록의 특정 위치 값을 padding 영역에 삽입하므로, padding된 데이터뿐만 아니라 padding의 수행여부도 알지 못하도록 하는 효과를 얻는 기법이다.
- 수행하는 단계이다. 최초의 Plaintext 암호화 시 발생할 수 있는 오류의 단위를 최소화하기 위해 스트림 암호화 알고리즘 중 RC4 알고리즘을 적용하였다. RC4는 256바이트 이하의 가변 키를 사용하는 알고리즘이다[3,4,12,13].
성능/효과
- 둘째 Wave 파일의 마지막 비트에 2비트, 3비트, 4비트를 일률적으로 은닉하게 되면 Attacker에 의해 쉽게 필터링 될 수 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 Cover-data 에 Mask 삽입 시 고정된 위치에 Mask 비트를 삽입하는 것이 아니라 삽입되는 비트의 위치가 사인곡선의 형태가 되도록 Mask를 삽입한다.
- 즉 Stego-data가 Cover-data와 같은 특성을 가지고 있기 때문이다. 본 논문에서 제안하는 δAcc234bit Mask Data Insertion 알고리즘은 Stego-data가 Cover-data와 유사한 특성을 나타내는 범위 내에서 Capacity를 향상시키고 Attacker가 Attack을 쉽게 할 수 없도록 개선하였다.
- 분석하였다. 분석된 결과를 살펴보면 모두 Cover~data와 거의 같은 특성을 가지고 있는 것을 알 수 있다.
- 분석한 결과를 살펴보면 Lowbit를 기준으로 2비트, 4비트를 삽입한 Stego-data와 사인곡선의 형태로 Mask가 삽입된 Stego-data 모두 Cover-data와 높은 상관관계가 나타남을 알 수있다. 따라서 Mask 삽입 시 사인곡선을 이용하여도 Cover-data의 특성을 유지할 수 있다.
- 되도록 234비트를 삽입하였다. 이는 제안한 모델이 Private-Key를 사용하는 Steganograpy임에도 불구하고 Public-Key Steganography와 같이 은닉된 정보의 유무를 구별하기가 힘든 효과를 갖게 한다.
후속연구
- 향후에는 Mask가 삽입될 위치 즉 δ 를 특정한 값으로 고정하는 것이 아니라 Cover-data와 Mask의size 특성에 따라 동적으로 지정할 수 있는 모델 연구가 필요하다. 더 나아가 Mask와 Cover-data의 크기 비율에 따라 시스템에서 Mask를 가능한 한 Filtering이 되지 않으면서 Capacity를 높여주는 방법의 알고리즘들을 동적으로 선택하는 Audio Steganograpny를 구현하는 모델 연구가 필요하다.
- 이러한 문제점을 해결하기 위해 파일 암호화를 3단계로 처리해주는 3-Tier파일 암호화 알고리즘을 제안하고 적용하였다. 향후에는 Mask가 삽입될 위치 즉 δ 를 특정한 값으로 고정하는 것이 아니라 Cover-data와 Mask의size 특성에 따라 동적으로 지정할 수 있는 모델 연구가 필요하다. 더 나아가 Mask와 Cover-data의 크기 비율에 따라 시스템에서 Mask를 가능한 한 Filtering이 되지 않으면서 Capacity를 높여주는 방법의 알고리즘들을 동적으로 선택하는 Audio Steganograpny를 구현하는 모델 연구가 필요하다.
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