[논문]디지털 영상의 무결성 검증과 변형 검출에 관한 연구

우찬일; 구은희

doi:10.5762/kais.2019.20.10.203

디지털 영상의 무결성 검증과 변형 검출에 관한 연구
A Study on Integrity Verification and Tamper Detection of Digital Image 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.20 no.10, 2019년, pp.203 - 208

우찬일 (서일대학교 정보통신공학과) , 구은희 (아주대학교 다산학부대학)

초록
AI-Helper

디지털 워터마킹은 디지털 컨텐츠에 대한 불법적인 복제를 방지하기 위한 저작권 보호 용도로 개발 되었으나, 최근에는 의료 영상과 같은 디지털 컨텐츠에 대하여 무결성을 검증하고 불법적인 조작이나 변형 위치를 감지하기 위한 기술로도 활용하고 있다. 디지털 컨텐츠에 대한 불법적인 복제를 방지하기 위한 저작권 보호 기술에서는 디지털 컨텐츠에 삽입된 워터마크가 왜곡이나 필터링과 같은 다양한 공격에 대하여 강인해야 하는 특성이 있어야 한다. 그러나 디지털 컨텐츠에 대한 조작이나 변형을 감지하기 위한 기술에서는 컨텐츠에 대한 사소한 변형에 대해서도 삽입된 워터마크가 쉽게 제거되어야 하는 특성이 있어야 컨텐츠에 대한 변형 여부를 확인할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 디지털 영상에 대한 변형이나 조작 여부를 쉽게 확인하기 위한 워터마킹 기술을 제안한다. 제안 방법에서는 영상에 대한 변형 유, 무를 확인하기 위해 전체 영상을 $16{\times}16$ 블록 단위로 변형 여부를 검사하고 변형이 발생 된 블록에 대해서는 $4{\times}4$ 블록 단위로 검사를 수행하여 변형이 발생 된 위치를 확인한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Digital watermarking was developed to protect copyright by discouraging the illegal copying of digital content. On the other hand, recently, watermarking has also been used to verify the integrity of digital content, such as medical images, and detect illegal manipulation or distortion locations. Watermarking should be tenacious so as to protect copyright from illegal copying and should remain firm to the content through a range of attacks, such as distortion or filtering. At the same time, however, it should be removed easily even in a slight transformation of the material to verify the integrity. Therefore, this paper proposes a watermarking technique that easily checks and verifies the deformation or manipulation of digital images. In the proposed method, the entire image was examined in $16{\times}16$ blocks to check for deformation of the image. When deformation was detected, further inspection proceeded in $4{\times}4$ blocks and the location where deformation occurred was identified.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Image segmentation
그림 Fig. 2. MAC input information
그림 Fig. 3. 4x4 sub blocks of 16x16 block
그림 Fig. 4. Binary pattern generating process
그림 Fig. 5. 4×4 sub-block number
그림 Fig. 6. Watermark generating process

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 디지털 영상을 특정 블록 단위로 분할하여 워터마크를 삽입한 후 변형 유, 무와 변형 위치를 최소의 블록 단위로 검출하기 위한 방법을 메시지 인증 코드를 이용하여 제안한다.

제안 방법

워터마크는 각 블록을 구성하는 블록 내 화소의 LSB와 두 번째 LSB에 삽입되며 두 번째 LSB에 삽입된 워터마크는 16×16 블록에 대한 변형 여부를 검사하기 위한 정보이고 LSB에 삽입된 워터마크는 변형이 발생된 16×16 블록 내에서 변형이 발생 된 화소를 4×4 블록 단위로 검출하기 위한 정보이다. 따라서 각 블록의 LSB와 두 번째 LSB에 삽입된 워터마크를 추출한 후, 워터마크를 삽입하는 과정과 동일하게 Fig. 2를 기반으로 메시지 인증 코드를 생성하여 두 번째 LSB에서 추출된 메시지 인증 코드와 비교한다. 만약 두 개의 메시지 인증 코드가 서로 다르면 해당 16×16 블록은 변형이 발생된 블록에 해당하여 블록을 다시 4×4 단위로 분할하여 Fig.
따라서 본 논문에서는 암호학적으로 안전한 메시지 인증 코드를 워터마크로 사용하여 4×4 블록에 대한 변형 위치를 확인한다.
메시지 인증 코드(MAC : Message Authentication Code)는 데이터에 대한 무결성을 확인하고 송신자를 확인할 수 있는 기술로 데이터와 비밀키를 해쉬 함수의 입력으로 사용하여 생성되는 출력을 말한다. 메시지 인증 코드는 해쉬 함수의 특성을 이용하여 무결성을 검증하고 송, 수신자만이 가지고 있는 비밀키를 통해서 인증을 수행한다. 따라서 워터마크가 삽입된 이미지에 대하여 하나의 화소라도 변형이 발생 되었을 경우 이를 검출하기 위하여 메시지 인증 코드를 사용한다.
2의 정보를 메시지 인증 코드의 입력으로 사용하여 생성한다. 본 논문에 서는 메시지 인증 코드 생성을 위해 MD5 해쉬 함수를 사용하므로 128비트의 메시지 인증 코드가 생성된다. 128비트의 메시지 인증 코드는 블록 내 256개 화소의 1/2인 128개 화소의 2번째 LSB에 삽입한다.
본 논문에서는 영상의 변형 검출을 위한 워터마킹 방법을 제안하였으며, 제안 방법에서는 공간영역에서 각 화소의 하위 2개의 LSB에 워터마크를 삽입하고 변형 여부를 16×16 블록 단위로 확인한다. 그리고 변형이 발생된 16×16 블록에 대해서는 4×4 블록 단위로 검사를 수행하여 변형 위치를 확인한다.
본 논문에서는 전체 영상을 16×16 블록 단위로 분할한 후 하위 두 개의 LSB에 워터마크를 삽입하여 16×16 블록 단위로 변형 여부를 검사하고 만약, 변형이 발생된 블록이 있을 경우 변형이 발생된 16×16 블록에 대하여 4×4 블록 단위로 변형 화소를 검출하며, 제안 방법은 다음과 같은 과정으로 워터마크를 생성한다.
본 논문에서는 전체 영상을 16×16 블록으로 분할하여 분할된 블록 단위로 영상의 변형 여부에 대한 검사를 수행한 후 변형이 발생 된 블록이라고 판단될 경우 해당 블록을 4×4 블록으로 분할한 후 변형 위치를 4×4 블록 단위로 검출한다.
영상에 삽입된 워터마크를 추출하고 변형 유무를 확인하기 위해서는 Fig. 1과 같이 워터마크가 삽입된 영상을 16×16 블록 단위로 나누어 검사를 수행한다.
본 논문에서는 전체 영상을 16×16 블록으로 분할하여 분할된 블록 단위로 영상의 변형 여부에 대한 검사를 수행한 후 변형이 발생 된 블록이라고 판단될 경우 해당 블록을 4×4 블록으로 분할한 후 변형 위치를 4×4 블록 단위로 검출한다. 이를 위해 각 블록에서 메시지 인증 코드를 추출한 후 메시지 인증 코드를 생성하는 방법과 동일한 과정으로 메시지 인증 코드를 생성하고 추출된 메시지 인증 코드와 비교하여 블록의 변형 유무를 검사한다.
제안 방법은 비밀키를 사용하는 메시지 인증 코드를 사용하기 때문에 비밀키가 노출될 경우 삽입되는 워터마크가 조작될 수 있는 단점이 있다. 이와 같은 문제는 공개키 암호를 적용하면 해결이 가능하나 공개키 암호는 암호문의 크기가 일정하지 않고 암호문이 평문 블록보다 커질 수 있는 단점이 있다.

대상 데이터

공간영역에서 워터마크를 삽입하기 위하여 Fig. 1과 같이 원 영상을 여러 개의 16×16으로 분할하고 분할된 하나의 블록은 총 256개의 화소로 구성된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	공간영역 방법의 단점은 무엇인가?	공간영역 방법은 영상의 화질 저하를 최소화하기 위해 주로 화소의 LSB에 워터마크를 삽입하여 영상의 변형 여부를 확인한다. 공간영역 방법에서는 워터마크가 삽입되는 화소를 일정 크기의 블록 단위로 구성하여 워터마크를 삽입하게 되면 워터마크의 검출과 영상의 변형 유무를 확인하는데 용이한 장점이 있으나 하나의 화소가 변형되더라도 화소가 속해있는 블록 단위로 변형 위치가 검출되는 단점이 있다[4-6].
	디지털 워터마킹이 개발된 배경은 무엇인가?	디지털로 제작된 영상이나 음성 데이터와 같은 컨텐츠는 아날로그 컨텐츠에 비하여 복사와 조작이 용이하여 이미지 합성이나 음성 데이터의 조작 같은 행위로 인하여 다양한 문제가 발생하고 있다. 또한, 유선뿐만 아니라 무선 인터넷이 광범위하게 사용되고 있는 상황에서 디지털 컨텐츠에 대한 저작권자의 허가 없이 임의로 배포되거나 원래의 컨텐츠가 변형되어 유포되는 것은 사회적으로 커다란 문제가 되고 있다. 따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 다양한 기술들이 제안되고 있으며, 그중 하나의 방법으로 디지털 워터마킹이 있다.
	디지털 워터마킹이란 무엇인가?	따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 다양한 기술들이 제안되고 있으며, 그중 하나의 방법으로 디지털 워터마킹이 있다. 디지털 워터마킹은 디지털 영상과 같은 컨텐츠에 저작권자의 정보를 삽입하여 저작권에 대한 분쟁이 발생하였을 경우 이를 해결하기 위한 저작권 보호 기술과 디지털 컨텐츠에 대한 조작이나 변형 유, 무를 검증할 수 있는 기술로 개발되었다[1-3].

참고문헌 (8)

P. W. Wong, "A Public Key Watermark for Image Verification and Authentication," in Proc. of IEEE Conf. on Image Processing, pp. 425-429, 1998. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ICIP.1998.723526
Yoo, Heung-Ryol, Son, Yung-Deug, "Fragile Watermark System using Quantization and DC Coefficients", Journal of IKEEE, Vol. 22, No. 3, pp. 774-779, 2018. DOI: https://doi.org/10.7471/ikeee.2018.22.3.774
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상세보기
A.Kannammal, S.Subha Rani, "Authentication of DICOM Medical Images using Multiple fragile watermarking Techniques in Wavelet Transform Domain", International Journal of Computer Science Issues, Vol. 8, Issue 6, No 1, pp. 181-189, 2011.
S. Dadkhah, A. Abd Manaf and S. Sadeghi, "Efficient Digital Image Authentication and Tamper Localization Technique Using 3Lsb Watermarking", International Journal of Computer Science Issues, Vol. 9, Issue 1, No 2, pp. 1-8, 2012.
Heng Zhang, Chengyou Wang, and Xiao Zhou, "Fragile Watermarking Based on LBP for Blind Tamper Detection in Images", Journal of Information Processing Systems, Vol. 13, No. 2, pp. 385-399, 2017. DOI: https://doi.org/10.3745/JIPS.03.0070

원문보기 상세보기
M. A. Hajjaji, S. Ajili, A. Mtibaa, E. Bourennane, "Fragile Method for Watermarking of Medical Image: Method Based LSBs", International Journal of Sciences and Techniques of Automatic control & computer engineering IJ-STA, Vol. 6, No. 1, pp. 1764-1781, 2012.
P. Rahmati, A. Adler, T. Tran, " Watermarking in E-commerce", International Journal of Advanced Computer Science and Applications, Vol. 4, No. 6, pp. 256-265, 2013 DOI: https://doi.org/10.14569/ijacsa.2013.040634

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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