[논문]CCTV 영상보안 위한 AES 암호 알고리듬의 효율적인 구현

강민섭

doi:10.7236/jiibc.2021.21.2.1

초록
AI-Helper

본 논문에서는 C# 언어를 이용하여 CCTV 영상보안 시스템의 효율적인 구현을 제안한다. 제안한 방법에서는 AES 알고리듬의 각 라운드 과정에서 요구되는 지연시간의 최소화를 위한 합성체 기반의 S-Box를 설계하고, 이를 기반으로 한 영상보안 시스템을 GF(((22)2)2) 상에서 구현한다. 또한, 메모리 공간의 최소화를 위해서 각 라운드 변환 및 키 스케쥴링 과정에서 필요한 S-Box를 공동으로 사용하도록 설계한다. 성능평가를 통하여 기존의 방법 보다 제안한 방법이 보다 효율적임을 확인하였다. 제안한 CCTV 영상보안 시스템은 Visual Studio 2010을 사용하여 C# 언어로 구현하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, an efficient implementation of AES encryption algorithm is presented for CCTV image security using C# language. In this approach, an efficient S-Box is first designed for reducing the computation time which is required in each round process of AES algorithm, and then an CCTV image sec...

In this paper, an efficient implementation of AES encryption algorithm is presented for CCTV image security using C# language. In this approach, an efficient S-Box is first designed for reducing the computation time which is required in each round process of AES algorithm, and then an CCTV image security system is implemented on the basis of this algorithm on a composite field GF(((22)2)2). In addition, the shared S-Box structure is designed for realizing the minimized memory space, which is used in each round transformation and key scheduling processes. Through performance evaluation, it was confirmed that the proposed method is more efficient than the existing method. The proposed CCTV system in C# language using Visual studio 2010.

주제어

표/그림 (13)

그림 그림 1. 영상 보안 시스템 구성도 Fig. 1. Configuration of image security system
그림 그림 2. AES 암호 알고리즘 Fig. 2. AES encryption algorithm
그림 그림 3. LUT 기반의 S-Box code Fig. 3. LUT based S-Box code
그림 그림 4. 합성체에서 SubBytes와 InvSubBytes변환 과정 Fig. 4. SubBytes and InvSubBytes transformation in composite field
그림 그림 5. 곱셈역원 연산을 위한 S-Box 구조^[4] Fig. 5. S-Box structure for multiplicative inverse^[4]
그림 그림 6. 개선된 S-Box 구현을 위한 getSBOX() 함수 Fig. 6. getSBOX() Function for advanced S-Box implementation
그림 그림 7. 서브루틴 Op_gf8() Fig. 7. subroutine Op_gf8()
그림 그림 8. 체 변환 행렬 δ, 체 역변환 행렬 δ^-1 Fig. 8. Field transformation matrix δ, field inverse transformation matrix δ^-1
그림 그림 9. 실행 결과 Fig. 9. Execution results
그림 그림 10. 암호화시 메모리 사용량 Fig. 10. Memory usage for encryption
그림 그림 11. 복호화시 메모리 사용량 Fig. 11. Memory usage for decryption
그림 그림 12. 프로그램 실행 결과 Fig. 12. Result of the program execution
표 표 1. 제안한 시스템의 암·복호화 속도 향상 비율 Table 1. Speed up rate for encryption and decryption of proposed system

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 논문에서는 C#을 이용하여 효율적인 S-Box 기반의 CCTV 영상보안 시스템 구현을 제안한다. 제안한 방법에서는 AES 알고리즘의 라운드 과정에서 가장 큰 시간을 소모하는 S-Box의 개선된 구조를 설계하고 제안한다.
128비트 알고리즘의 경우 SubBytes 연산에 16개, KeySchedule 에는 4개의 S-Box가 필요하므로 S-Box 는 암호화에서 매우 큰 용량의 메모리가 요구된다. 본 논문에서는 메모리 공간의 최소화를 위해서 각 라운드 변환 과정 및 키 스케쥴링 과정에서 요구되는 S-Box를 공동으로 사용하는 구조로 설계하고 구현한다. (그림 2 참조).
본 논문에서는 메모리 용량과 연산속도 면에서 보다 효율적인 개선된 S-Box의 구조를 설계한다. 제안한 방 _법은 ^^^_{상에서 보다 빠른 연산을 위해}^ _과_{를 1개 모듈로 통합한다.}
본 논문에서는 합성체 S-Box기반의 CCTV 영상 보안시스템 구현에 관하여 기술하였다. 제안한 방법에서는 시스템의 효율적인 구현을 위해 AES 알고리듬의 각 라운드 과정에서 요구되는 지연시간의 최소화방안을 제안하였다.

제안 방법

기존의 대 칭키 방식의 표준 DES(Data Encryption Standard) 가 컴퓨터의 계산능력 향상으로 인한 안전성 저하 문제가 대두되어 미국 상무부 기술표준국(NIST)에서 차세대암호표준 과정을 통하여 벨기에의 RIJNDAEL을 최종 AES로 선정하였고, AES는 효율, 보안, 성능, 구현, 유연성과 같은 다양한 면을 고려할 때 기존 암호화 알고리즘에 비해 성능이 뛰어나다^[2].
본 논문에서 제안한 합성체 S-Box 기반의 CCTV 영상 시스템은 Visual Studio 2010을 사용하여 C# 언어로 구현하였다. 또한, 시스템 구성 환경은 윈도우7 OS 상에서 RAM 8G를 사용하였다.
개선된 S-Box의 구조를 설계한다. 제안한 방 _법은 ^^^_{상에서 보다 빠른 연산을 위해}^ _과_{를 1개 모듈로 통합한다}. 또한, 체 역변환^_및 아핀연산 모듈도 1개로 통합하여 간략화시킨다.
CCTV 영상보안 시스템 구현을 제안한다. 제안한 방법에서는 AES 알고리즘의 라운드 과정에서 가장 큰 시간을 소모하는 S-Box의 개선된 구조를 설계하고 제안한다.
구현에 관하여 기술하였다. 제안한 방법에서는 시스템의 효율적인 구현을 위해 AES 알고리듬의 각 라운드 과정에서 요구되는 지연시간의 최소화방안을 제안하였다.

이론/모형

AES 알고리듬에서의 S-Box 구현은 Galois Field _(GF) 상에서 연산을 수행한다. 1-바이트를 ^_)의 _{다항식으로 표현하고, 이때 각 원소들은}^_{의 형태} 로 변환시켜 사용한다.

성능/효과

그림 10과 11에서 알 수 있듯이 암호화와 복호화의 경우 메모리 사용량 비교시, 기존의 LUT 기반의 S-Box^[3]를 사용하는 방법 보다 본 논문에서 제안한 합성체 S-Box를 사용하여 구현한 방법이 보다 효율적임을 알 수 있다. 표 1은 기존의 S-Box 와 개선된 S-Box에 대한 암·복호화의 속도향상 비율을 나타낸다.
구현결과를 보여준다. 시스템의 실험 및 구현 결과를 통하여 차이값 추출, 블록화, 블록 정렬, 암호화, 복호화 과정이 정확하게 동작됨을 확인하였다.
사용하였다. 실험 결과를 통하여 기존의 LUT기반의 S-Box와 비교하여 개선된 방법은 메모리 사용량은 약 3% 정도 절약되었고, 속도는 약 8% 정도 향상되었다.
보인다. 암호문의 검증을 위해 동일한 암호화키로 암호문을 복호화한 결과 입력된 평문과 동일한 결과 값을 얻을 수 있음을 확인하였다.
함수 mul_gf2_40는 체 변환 행렬에 의해 ^^ _{로 변환한 후에 곱셈역원을 수행한다.} 제안한 방법을 사용하면 S-Box 출력값을 LUT와 같은 테이블로 저장하지 않고 입력값에 대한 출력값을 S-Box를 이용하여 연산함으로써 메모리 절약과 속도 향상의 효과를 얻을 수 있다.
표 1에서 알 수 있듯이 제안한 방법은 암·복호화 시간 비교 시 평균 8% 정도의 속도가 향상됨을 확인할 수 있다.

참고문헌 (9)

Min-seok Kang, Ji-su Bae, Tae-min Jang,Min-sup Kang, Design of Digital Image Security System Using AES Algorithm, Journal of Security Engineering, (2011)Vol.8, No.2, pp.277-288.
FIPS 197, "Advanced Encryption Standard (AES)", November 26, 2001.
M. McLoone and J. V. McCanny, "Rijndael FPGA implementation utilizing look-up tables," in IEEEWorkshop on Signal Processing Systems, pp. 349-360, Sept. 2001.
Edwin NC Mui, "Practical Implementation of Rijndael S-Box Using Combinational Logic", Custom R&D Engineer Texco Enterprise Pvt.Ltd, 2007.
Saurabh Kumar, V.K. Sharma and K. K. Mahapatra, "Low Latency VLSI Architecture of S-Box for AES Encryption" IEEE International Conference on Circuits, Power and Computing Technologies (ICCPCT), March 2013. https://doi.org/10.1109/ICCPCT.2013.6528906
Su-Bong Ryu, Min-Sup Kang, "Implementation of Image Security System for CCTV Using Analysis Technique of Color Informations", The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol. 12, No. 5, pp. 219-227, Oct. 2021. https://doi.org/10.7236/JIWIT.2012.12.5.219

원문보기 상세보기
Prathiba, A., Kanchana Bhaaskaran, V.S.: Lightweight S-Box architecture for the secure internet of things. Information 9(1), pp. 1-14, 2018.

상세보기
Min-Sup Kang, "Design of AES-Based Encryption Chip for IoT Security", The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol. 21, No. 1, pp. 1-6, Feb. 2021. https://doi.org/10.7236/JIIBC.2021.21.1.1

원문보기 상세보기
Se-Hwan Park, Jong-Kyu Park, "IoT Industry & Security Technology Trends", International journal of advanced smart convergence(IJASC), Vol. 5, No. 3 pp. 27-3, 2016. https://doi.org/10.7236/IJASC.2016.5.3.27

원문보기 상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

CCTV 영상보안 위한 AES 암호 알고리듬의 효율적인 구현
An Efficient Implementation of AES Encryption Algorithm for CCTV Image Security 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (13)

표/그림 (13)

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

CCTV 영상보안 위한 AES 암호 알고리듬의 효율적인 구현 An Efficient Implementation of AES Encryption Algorithm for CCTV Image Security 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (13) 모든 표/그림 보기

표/그림 (13) 슬라이드로 보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

강민섭 (10)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

CCTV 영상보안 위한 AES 암호 알고리듬의 효율적인 구현
An Efficient Implementation of AES Encryption Algorithm for CCTV Image Security 원문보기

초록
AI-Helper

표/그림 (13)

표/그림 (13)

AI 본문요약
AI-Helper