[논문]개인정보보호를 위한 영상 암호화 아키텍처 연구

김정석; 이재호

doi:10.3745/ktccs.2020.9.12.307

개인정보보호를 위한 영상 암호화 아키텍처 연구
A Video Encryption Based Approach for Privacy Protection of Video Surveillance Service 원문보기

정보처리학회논문지. KIPS transactions on computer and communication systems 컴퓨터 및 통신 시스템, v.9 no.12, 2020년, pp.307 - 314

김정석 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부) , 이재호 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부)

초록
AI-Helper

영상 감시 시스템은 광범위한 영역에서 쉽게 설치되고 녹화 장치 혹은 인터넷을 통한 클라우드 저장소에 영상 정보를 관리하는 중앙 관리 방식을 사용하고 있다. 이러한 시스템의 주요한 문제점은 저장 영상의 전송 과정과 저장 대해서 객관적으로 신뢰할 수 있는 방법이 제공되지 않고 있으며, 개인정보보호를 위한 장치 유무와 별개로 모든 권한을 서비스 제공자에게 위임한 상태에서 운영하고 있다는 점이다. 본 연구에서는 공개키 기반 암호화와 블록체인 기반의 키 관리 시스템을 조합한 아키텍처를 이용하여 민감한 정보를 사용자가 안전하게 보호할 수 있는 방안을 제시한다. 제안하는 아키텍처에서는 대칭키를 사용한 블록 암호화(block-cipher) 과정을 통해 영상 정보를 암호화하고, 이때 사용하는 대칭키를 사용자의 공개키로 암호화하여 블록체인의 레저(ledger)로 기록하는 기법을 사용한다. 영상 정보를 암호화하는 과정을 블록체인 네트워크의 특성(분산, 투명성, 데이터 변조 불가)을 활용하여 개인정보 영상의 생성부터 소멸까지 사용자가 추적이 가능하도록 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The video surveillance service is being widely deployed around our lives and the service stores sensitive data such as video streams in the cloud over the Internet or the centralized data store in an on-premise environment. The main concerning of these services is that the user should trust the service provider how secure the video or data is stored and handled without any concrete evidence. In this paper, we proposed the approach to protecting video by PKI (public key infrastructure) with a blockchain network. The video is encrypted by a symmetric key, then the key is shared through a blockchain network with taking advantage of the PKI mechanism. Therefore, the user can ensure the sensitive data is always kept secure and traceable in its lifecycle.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Performance Comparison of RSA-2048 and AES-128
그림 Fig. 2. Overview of Privacy Protection Architecture for Surveillance System
그림 Fig. 3. The Loading Secure Data Sequence between Owner and Requestor
그림 Fig. 4. Use Case Diagram of the Basic Data Operations Based on the Proposed Transactions
그림 Fig. 5. Service Components Deployment
표 Table 1. Comparison of Privacy Protection Approach

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

제안하는 아키텍처의 핵심은 영상 암호화를 위하여 사용한 암호화 키를 블록체인 네트워크를 통해서 관리하는 것이다. 그러나 본 연구의 목적은 단순히 암호키의 생성과 관리가 아닌, 블록체인 네트워크의 특성[3]인 탈중앙화, 영속성, 익명성, 추적 가능성에 착안하여 영상 정보를 전송하거나 저장하는 순간부터 이동, 복사, 그리고 삭제할 때까지 일련의 과정을 추적할 수 있는 장치를 마련하고 전체 시스템에 대한 사용자 신뢰도를 향상 시키고, 더 나아가서는 개인 정보를 담고 있는 디지털 자산에 대한 온전한 관리가 가능하도록 하는데 있다.
또한 실질적인 데이터를 관리하는 상황에 있어서, 블록체인 기반의 접근 방법은 위변조가 불가능하고 개인정보보호에 사용이 가능하다는 것을 이야기하지만, 시스템을 설계할 때 보호하려는 데이터의 크기보다는 기록하는 데이터의 수에 따라 전체 시스템의 성능이 좌우된다는 연구 결과[9]를 고려하여 영상 암호화 아키텍처를 제안하고자 한다.
이렇게 시스템의 접근 통제를 벗어난 이후에는 해당 영상 파일의 관리책임은 온전히 사용자에게 귀속되며, 이를 안전하게 관리할 수 있는 객관적인 시스템 혹은 서비스는 부재인 상태이다. 본 연구에서는 개인 정보 보호의 관점에서 영상 정보를 안전하게 저장하고, 서비스 제공자가 제공하는 시스템 외부로 영상 정보를 복사, 이동하는 경우에도, 사용자가 여전히 해당 파일의 접근을 통제할 수 있는 방법을 제공하여, 개인정보의 오남용을 방지할 수 있는 아키텍처를 제안하고자 한다. 제안하는 아키텍처의 핵심은 영상 암호화를 위하여 사용한 암호화 키를 블록체인 네트워크를 통해서 관리하는 것이다.
서비스 제공자는 Nonce와 Asset의 관계를 별도로 저장하지 않는 한 알 수 없으므로, AssetIdentity 정보를 얻기 위해서는 블록체인 메모리에 반드시 접근하여야 하며 이 절차를 이용하여, Nonce에 관련된 모든 요청을 기록하여 어떠한 사용자 혹은 서비스가 해당 정보에 접근하는지 추적이 가능하도록 한다. 하지만 여전히 를 해석하기 위해서는 사용자의 허가가 필요하므로, 암호화된 영상의 복호화는 사용자의 결정에 따르게 된다.
사용자가 소유한 영상 파일에 대해 저장, 읽기를 수행하는 일련의 과정을 투명성이 보장된 블록체인 네트워크에 저장하여, 소유한 디지털 자산에 대한 모든 접근 정보를 알 수 있게 할 뿐만 아니라, 소유자가 원하지 않는 경우 해당 파일의 복호화를 할 수 없도록 하여 사실상 해당 정보가 영구히 삭제할 수 있는 기능을 제공한다. 이렇듯 사용자가 직접 생성하거나, 아니면 권한을 위임받은 제 3자가 생성한 데이터에 대한 전반적인 라이프 사이클의 통제가 가능하도록 하여, 사용자의 의도와 다르게 해당 정보가 사용되는 것을 미연에 방지하는 것을 목적으로 하는 시스템을 제안하였다. 그러나 제안된 아키텍처가 제공하는 기능은 영상 감시 시스템 뿐만 아니라 추후 연구를 통하여 데이터의 생성과 소유가 분리되는 일반적인 경우에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

가설 설정

된다. 결국 Equation (2)에서 표시한 것처럼 암호화된 Nonce 를 복호화할 수 있는 개인키를 가진 사용자 혹은 시스템은 해당 Nonce를 사용하는 장치 혹은 파일에 대한 소유권을 가지고 있다고 가정할 수 있음을 의미한다.

제안 방법

영상 스트림의 경우, 저장하는 영상 정보는 대게 그 사이즈가 크기 때문에 L에 저장하는 것보다는 일반적인 저장소(ds)에 저장하고, 해시 함수(H)를 통해 매핑한 정보를 L에서 관리하도록 한다. Nonce에 대한 공유 혹은 허가 정보를 L에 기록하여, 개인정보보호 관점에서 저장된 영상의 접근 제어뿐만 아니라 영상 정보의 생성부터 소멸까지 전반적인 라이프 사이클에 대한 추적이 가능하도록 한다.
[4]이 블록체인 아키텍처를 기반으로 하는 개인 데이터 보호 방안을 제시하고 있다. 개인이 휴대한 단말기에서 생성한 사진 혹은 메시지와 같은 간단한 데이터를 SNS와 같은 서비스로 전송할 때 사용자-서비스 상호간의 신원을 확인하기 위한 Compound Identity를 정의하고 데이터를 전송 상태를 블록체인에 기록하는 방안을 제시하고 있다.
일반적으로 저장된 영상을 보호하기 위해서는 데이터 자체를 보호하기 보다는 접근을 통제하는 방식으로 해결책을 마련하고 있다. 먼저 방화벽과 같은 네트워크 장치를 이용하여 시스템에 대한 악의적인 접근을 통제하고, 내부에 저장된 영상 파일에 대한 접근 허가는 시스템 내에서 권한을 부여받은 특정 사용자로 한정하여, 시스템 운영자일지라도 임의로 사용자의 데이터를 복사하거나 재생하지 못하도록 한다.
본 논문에서 제안하는 아키텍처는 사용자, 사용자가 소유한 카메라, 서비스 제공자, 그리고 블록체인 네트워크로 구성하고 있으며, 각 구성 요소간의 관계는 Fig. 2에 도식화한 것처럼 데이터의 양방향 전송이 필요한지 유무에 따라 결정된다.
정보의 관리에 중점을 두고 있다. 사용자가 소유한 영상 파일에 대해 저장, 읽기를 수행하는 일련의 과정을 투명성이 보장된 블록체인 네트워크에 저장하여, 소유한 디지털 자산에 대한 모든 접근 정보를 알 수 있게 할 뿐만 아니라, 소유자가 원하지 않는 경우 해당 파일의 복호화를 할 수 없도록 하여 사실상 해당 정보가 영구히 삭제할 수 있는 기능을 제공한다. 이렇듯 사용자가 직접 생성하거나, 아니면 권한을 위임받은 제 3자가 생성한 데이터에 대한 전반적인 라이프 사이클의 통제가 가능하도록 하여, 사용자의 의도와 다르게 해당 정보가 사용되는 것을 미연에 방지하는 것을 목적으로 하는 시스템을 제안하였다.
된다. 영상 감시 시스템에서는 카메라와 사용자간의 관계상 사용자만이 카메라의 영상을 확인할 수 있도록 한정하는 Asset Identity를 정의하여 시스템의 복잡도를 획기적으로 낮추도록 하였다.
있다. 위에서 언급한대로 암호화된 미디어에 기록된 Nonce는 아무런 제약없이 추출이 가능한 메타데이터이기 때문에 본 연구에서 제안하는 시스템은 카메라 내부 혹은 클라우드 기반의 데이터 저장 서비스를 블록체인 네트워크 혹은 암/복호화 과정과 분리하여 수행할 수 있도록 하여 시스템의 확장성을 고려하고 있다.
영구히 제거하는 것이다. 제안된 시스템에서도 임의로 저장한 _의 복사를 제한할 수 있는 방법은 없으나, Algorithm 5 는 Nonce 자체를 무효화하여 결과적으로는 의 복호화 방법을 차단하는 간접적인 절차를 통해 해당 영상 정보에 접근을 영구히 제거하는 방안을 제안한다.
본 연구에서는 개인 정보 보호의 관점에서 영상 정보를 안전하게 저장하고, 서비스 제공자가 제공하는 시스템 외부로 영상 정보를 복사, 이동하는 경우에도, 사용자가 여전히 해당 파일의 접근을 통제할 수 있는 방법을 제공하여, 개인정보의 오남용을 방지할 수 있는 아키텍처를 제안하고자 한다. 제안하는 아키텍처의 핵심은 영상 암호화를 위하여 사용한 암호화 키를 블록체인 네트워크를 통해서 관리하는 것이다. 그러나 본 연구의 목적은 단순히 암호키의 생성과 관리가 아닌, 블록체인 네트워크의 특성[3]인 탈중앙화, 영속성, 익명성, 추적 가능성에 착안하여 영상 정보를 전송하거나 저장하는 순간부터 이동, 복사, 그리고 삭제할 때까지 일련의 과정을 추적할 수 있는 장치를 마련하고 전체 시스템에 대한 사용자 신뢰도를 향상 시키고, 더 나아가서는 개인 정보를 담고 있는 디지털 자산에 대한 온전한 관리가 가능하도록 하는데 있다.

성능/효과

후속연구

결과적으로 제공되는 서비스 컴포넌트들은 영상 감시 시스템을 구현하기 위한 공통 컴포넌트로 제공되며, 이를 기반으로 카메라(Cryptographic Video Streamer), 영상 감시 시스템 내에서의 보안 영상 관리(Cryptographic Video Management), 암호화된 영상의 재생 및 관리 (Cryptographic Video Player) 등을 위한 응용 프로그램을 구축 할 수 있게 된다.
이렇듯 사용자가 직접 생성하거나, 아니면 권한을 위임받은 제 3자가 생성한 데이터에 대한 전반적인 라이프 사이클의 통제가 가능하도록 하여, 사용자의 의도와 다르게 해당 정보가 사용되는 것을 미연에 방지하는 것을 목적으로 하는 시스템을 제안하였다. 그러나 제안된 아키텍처가 제공하는 기능은 영상 감시 시스템 뿐만 아니라 추후 연구를 통하여 데이터의 생성과 소유가 분리되는 일반적인 경우에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (11)

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상세보기
Microsoft Stream Video Delivery and Network Overview [Internet], https://docs.microsoft.com/en-us/stream/network-overview

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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