웨이블릿 변환과 LEA를 이용한 고속 이미지 암호화 시스템 설계 및 구현

Abstract

최근 해킹으로 인한 기업이나 관공서의 설계도면이나 민감 의료 정보를 포함한 영상 등 보안이 필요한 이미지의 유출로 인한 피해가 발생하고 있다. 이렇듯 민감 영상에 대한 보안은 기존에 비해 고속 네트워크 시대인 요즘 더욱 필요성이 커지고 있으며 이를 해결하기 위해서는 기존의 텍스트 기반의 암호화가 아닌 이미지 전용 암호화 기술이 필요하다. 이미지를 암호화하는데 가장 큰 이슈는 여러 장의 이미지를 얼마만큼의 시간 안에 암호화가 가능한지 하는 성능 이슈다. 그래서 본 논문은 이미지 암호화의 속도를 높이기 위한 해결책을 제시한다. 해당 방법은 이미지를 분석하고 이미지의 일부만 경량 암호화 알고리즘을 사용하여 암호화하여 속도의 향상을 얻을 수 있다. 이미지 분석을 위해서는 Wavelet을 이용한 다해상도 분석을 사용하고, 경량 암호화 알고리즘으로는 국내 TTA표준으로 지정 된 LEA를 사용하여 빠른 이미지 암호화를 할 수 있는 방법을 제안 한다. 제안하는 방법은 이미지를 웨이블릿의 다해상도 분석을 이용하여 2레벨 분해 한 뒤 LL2영역에 대해 LEA경량 암호화 알고리즘을 사용하여 암호화 하고 LL2영역을 제외한 나머지 영역들인 LH2, HL2, HH2, LH, HL, HH영역들은 각 레벨에 속한 영역의 위치를 교환하지만 교환 이후에도 복호화하면 외곽선이 보이게 되므로 일정 수치로 픽셀 값을 나누어 경계를 희미하게 함으로써 암호화를 완성할 수 있게 한다. 그렇게 되면 전체 이미지 크기의 1/8에 대해서만 암호화를 진행하기 때문에 속도의 향상을 가져올 수 있고 추가적으로 경량 암호화 알고리즘을 사용해서 더욱 고성능의 속도를 얻을 수 있게 된다. 위 내용을 토대로 한 성능 평가에서는 암호화 강도 측정을 하기 위해 시행한 NPCR수치와 UACI를 이용했고 암호화 강도 측정 결과 차분 공격이나 알려진 평문 공격 등에 강성을 가짐을 볼 수 있다. 히스토그램으로 원본과 암호화 된 이미지를 살펴보면 암호화 된 이후 밝기가 고르게 분포 됨을 알 수 있으며 이는 곧 암호화 성능과 직결됨을 알 수 있다. PSNR과 SSIM의 수치로 확인했을 때 암호화 시 원본과의 차이를 확인 할 수 있고, 복호화 시에는 어느정도 픽셀의 손실이 있지만 원본과 거의 같은 수치를 유지함을 볼 수 있다. 그러므로 본 논문에서 제안하는 방법을 이용하면 빠르고 안정된 이미지 암호화를 할 수 있다.