[논문]RSA와 해시 함수 기반 이미지 무결성 검증에 관한 연구

우찬일; 구은희

doi:10.5762/kais.2020.21.11.878

RSA와 해시 함수 기반 이미지 무결성 검증에 관한 연구
A Study on Image Integrity Verification Based on RSA and Hash Function 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.11, 2020년, pp.878 - 883

우찬일 (서일대학교 정보통신공학과) , 구은희 (아주대학교 다산학부대학)

초록
AI-Helper

데이터에 대한 불법적인 조작을 방지하기 위해 사용되는 암호 알고리즘은 공개키 암호와 대칭키 암호로 나누어진다. 공개키 암호는 대칭키 암호에 비하여 암호화와 복호화에 많은 시간이 소모되는 단점이 있으나 암호화와 복호화에 서로 다른 키를 사용하기 때문에 대칭키 암호에 비하여 키 관리와 배송이 쉬운 장점이 있다. 그리고 다양한 크기의 데이터를 입력으로 사용하여 항상 고정된 크기의 출력을 생성하는 해시 함수는 디지털 콘텐츠의 무결성 검증을 위해 매우 효과적으로 사용되고 있다. 본 논문에서는 디지털 영상의 변형 여부와 변형 위치를 검출하기 위해 RSA 공개키 암호와 해시 함수를 이용한 방법을 제안한다. 제안 방법에서는 전체 영상을 64×64 크기를 갖는 여러 개의 블록으로 나눈 후 각 블록에 대한 워터마크를 생성하여 해당 블록의 변형 여부를 확인한다. 그리고 블록 내에서 변형이 발생 된 화소는 4×4 크기를 갖는 여러 개의 서브 블록으로 분할하여 각각의 서브 블록에 대한 워터마크를 생성하여 검출한다. 제안방법의 안전성은 암호 알고리즘과 해시 함수의 안전성에 의존한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Cryptographic algorithms are used to prevent the illegal manipulation of data. They are divided into public-key cryptosystems and symmetric-key cryptosystems. Public-key cryptosystems require considerable time for encryption and decryption compared to symmetric-key cryptosystem. On the other hand, key management, and delivery are easier for public-key cryptosystems than symmetric-key cryptosystems because different keys are used for encryption and decryption. Furthermore, hash functions are being used very effectively to verify the integrity of the digital content, as they always generate output with a fixed size using the data of various sizes as input. This paper proposes a method using RSA public-key cryptography and a hash function to determine if a digital image is deformed or not and to detect the manipulated location. In the proposed method, the entire image is divided into several blocks, 64×64 in size. The watermark is then allocated to each block to verify the deformation of the data. When deformation occurs, the manipulated pixel will be divided into smaller 4×4 sub-blocks, and each block will have a watermark to detect the location. The safety of the proposed method depends on the security of the cryptographic algorithm and the hash function.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Watermark insertion process(frequency domain)
그림 Fig. 2. Watermark insertion process(spatial domain)
그림 Fig. 3. Integrity verification process
그림 Fig. 4. Watermark insert and extraction process with public key cryptosystem
그림 Fig. 5. Image segmentation
그림 Fig. 6. Process of generating 16-bits
그림 Fig. 7. Process of generating 8-bits for watermark
그림 Fig. 8. 4×4 block

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 영상의 무결성을 검증하기 위한 방법을 RSA 공개키 암호와 암호학적으로 안전한 해시 함수를 기반으로 제안한다. 제안 방법에서는 원 영상을 64×64 크기의 블록으로 나누어 전체 영상의 변형 여부를 검사 하고 만약, 변형이 발생 된 블록이 있을 경우 다시 4×4 크기의 블록으로 분할하여 변형된 화소를 검출한다.
디지털 워터마킹은 디지털 콘텐츠에 대한 저작권 보호와 인증이나 무결성을 검증하기 위한 용도로 개발되었다. 본 논문에서는 인증과 무결성을 검증하기 위한 워터마킹을 공개키 암호와 해시 함수를 기반으로 제안하였다. 제안 방법에서는 전체 영상을 64×64 블록으로 나누어 변형 유, 무를 확인하고 변형이 발생 된 블록은 4×4 크기를 갖는 작은 블록들로 나누어 변형이 발생 된 화소 영역을 검출한다.

제안 방법

③ 초기화된 64×64 블록을 해시 함수의 입력으로 사용하여 생성된 해시 코드를 복호화된 해시 코드와 비교한다.
따라서 본 논문에서는 64×64 블록을 4×4 블록으로 나눈후 16개의 LSB 중 1/2에 해당하는 상위 8개 화소의 LSB에 64×64 블록에 대한 변형 검출을 위한 워터마크를 삽입한다.
그리고 4×4 블록에 대한 워터마크는 RSA 공개키 암호를 이용하여 생성할 경우 최대 2,048 비트 크기를 갖는 워터마크가 생성될 수 있기 때문에 생성되는 워터마크를 삽입하기 위한 공간이 부족하여 암호화를 수행할 수 없다. 따라서 워터마크를 삽입하기 위한 공간 문제를 해결하고 삽입된 워터마크를 임의로 변경하는 것을 방지하기 위해 워터마 크를 생성한 사람만이 소지하고 있는 개인키를 이용하여 워터마크를 생성한다. 이와 같은 과정으로 워터마크를 생성하여 삽입하면 전체 영상에 대한 변형 여부는 누구나 확인할 수 있지만 변형이 발생 된 화소 영역은 워터마크를 생성한 사람만이 확인할 수 있다.
본 논문에는 64×64 블록에 대한 변형 여부를 검사하기 위한 워터마크와 4×4 블록에 대한 변형 여부를 검사하기 위한 워터마크를 각각 생성하여 삽입한다.
본 논문에서는 일방향 해시 함수와 RSA 공개키 암호 알고리즘을 이용하여 64×64 블록에 대한 워터마크를 생성한 후 블록 내 화소의 LSB에 워터마크를 삽입하며, 워터마크의 생성 과정은 다음과 같다.
제안 방법에서는 128×128 화소 크기의 영상을 기준으로 Fig. 5와 같이 64×64 크기의 영상으로 분할하고 64×64 영상은 다시 4×4 크기의 영상으로 분할하여 워터마크를 삽입한다.
제안 방법에서는 워터마크가 삽입된 전체 영상에 대한 변형 여부는 64×64 블록 단위로 검사하고, 변형이 발생 된 64×64 블록에 대해서는 다시 4×4 블록으로 나누어 변형 화소를 검출한다.
제안 방법에서는 원 영상을 64×64 크기의 블록으로 나누어 전체 영상의 변형 여부를 검사 하고 만약, 변형이 발생 된 블록이 있을 경우 다시 4×4 크기의 블록으로 분할하여 변형된 화소를 검출한다.
제안 방법에서는 전체 영상을 64×64 블록으로 나누어 변형 유, 무를 확인하고 변형이 발생 된 블록은 4×4 크기를 갖는 작은 블록들로 나누어 변형이 발생 된 화소 영역을 검출한다.
이와 같은 과정으로 워터마크를 생성하여 삽입하면 전체 영상에 대한 변형 여부는 누구나 확인할 수 있지만 변형이 발생 된 화소 영역은 워터마크를 생성한 사람만이 확인할 수 있다. 제안 방법은 암호학적으로 안전한 공개키 암호와 해시 함수의 안전성에 의존하고 있어 워터마크를 조작하기 위한 다양한 공격으로부터 안전성이 보장될 수 있다.
제안 방법의 안전성은 공개키 암호와 해시 함수의 안전성에 기반을 두고 있으며 공개키를 이용하여 영상의 변형 여부를 확인할 수 있다.

성능/효과

따라서 4×4 블록의 상위 8개의 LSB에 워터마크를 삽입할 경우 총 2,048개의 비트 삽입이 가능하므로 RSA 공개키 암호로 암호화된 64×64 블록의 변형 검출을 위한 워터마크를 삽입하는데 충분한 공간을 확보할 수 있다.
본 논문에서 제안하는 방법은 2종류의 워터마크를 사용하기 때문에 전체 영상의 변형 여부는 공개키를 이용하여 누구나 확인이 가능할 수 있으나 변형이 발생된 화소의 위치는 개인키를 가지고 있는 사람만이 검출할 수 있다.

참고문헌 (10)

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상세보기
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원문보기 상세보기
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상세보기
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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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