KR100526411B1 - 영상 데이터의 암호화 및/또는 복호화 장치 및 그 방법 - Google Patents

영상 데이터의 암호화 및/또는 복호화 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 영상 데이터의 암호화 및/또는 복호화 장치 및 그 방법과 상기 방법들을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 영상 데이터를 압축한 후에 영상 데이터만을 이용하여 암호화 과정을 수행하는 종래의 방식과 달리, 영상 데이터와 데이터의 위치정보를 이용하는 퍼즐식 암호화 방식을 이용하여 영상 데이터를 암호화한 후에 손실 또는 혼성 압축을 하여 복호화 과정에서 추론이 불가능하도록 함으로써, 전용 해독장치를 이용하지 않고는 해독이 불가능한 영상 데이터 암호화 및/또는 복호화 장치 및 그 방법과 상기 방법들을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 영상 데이터 암복호화 장치에 있어서, 암호화를 위한 영상 데이터를 입력받기 위한 영상 입력 수단; 상기 입력받은 영상 데이터를 퍼즐화하여 암호화하기 위한 암호화 수단; 상기 암호화한 영상 데이터 중 일부의 손실을 감수하고서 고비율로 압축하기 위한 영상 압축 수단; 상기 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 전달받아 압축을 해제하기 위한 압축 해제 수단; 상기 압축을 해제한 영상 데이터를 역퍼즐화하여 복호화하기 위한 복호화 수단; 및 상기 복호화한 영상 데이터를 출력하기 위한 영상 출력 수단을 포함한다.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 영상 데이터의 보안 등에 이용됨.

Description

영상 데이터의 암호화 및/또는 복호화 장치 및 그 방법{Encryption and/or decryption apparatus and method for pictures data}
본 발명은 영상 데이터의 암호화 및/또는 복호화 장치 및 그 방법과 상기 방법들을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 퍼즐식 암호화 방식을 이용하여 영상 데이터를 암호화한 후에 손실 또는 혼성 압축을 함으로써 전용 해독장치를 이용하지 않고는 해독이 불가능한 영상 데이터 암호화 및/또는 복호화 장치 및 그 방법과 상기 방법들을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 "손실 압축", "무손실 압축", 및 "혼성 압축"이라는 용어에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
손실 압축은 내용을 인식하는데 별로 영향을 주지 않는 범위 내에서 정보들을 삭제함으로써 압축률을 높이고자 하는 기법이다. 손실 압축으로는 크게 변화기법, 예측기법, 양자화 기법, 보간기법 등이 있다.
무손실 압축은 말 그대로 데이터를 압축할 때 손실이 없이 압축을 하는 기법을 말한다. 가장 기본적인 무손실 압축으로는 런 렝쓰 코드화, 허프만 코드화 등이 있다.
그런데, 실제로 멀티미디어 데이터들을 압축하는데 쓰이는 많은 압축 방법들은 손실 압축과 무손실 압축을 함께 사용하는 혼성 압축(Hybrid Compression)을 이용한다. 일반적으로 혼성 압축은 4과정으로 이루어진다. 즉, 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾸는 등의 데이터 준비 과정, 준비된 데이터를 구성하는 단위 정보들의 개수와 크기를 변환 기법 등을 이용하여 줄이는 과정, 양자화 기법을 이용하여 중요도가 낮은 정보들을 정리하는 과정, 그리고 마지막으로 허프만 코드화나 런 랭쓰 코드화와 같은 무손실 압축 기법을 이용하는 과정 등의 네 과정으로 이루어진다. 그 일예로는 제이펙(JPEG), 엠펙(MPEG) 등이 있다.
한편, 현재 정보 산업이 발달하고 사람들의 생활에 보안의 개념이 중요시 됨에 따라, 보안 관련 산업이 급속도로 발달하여 개개인뿐만 아니라 많은 기업들이 생활에 필요한 보안 관련 장비를 구비하여 생활 정보를 감시하고 보호하고자 하고 있다. 특히, 카메라나 스캐너 등과 같은 영상 입력 장치를 이용한 감시 시스템이 급속도로 증가하여 현재는 대부분의 중요 시설물의 감시에 사용되고 있을 뿐만 아니라, 인터넷의 보급으로 정지 영상이나 동영상 정보를 전송하여 언제 어디에서나 쉽게 감시할 수 있게 되었다.
그러나, 이러한 정보 기술의 발달에 따라 정보를 제3자가 쉽게 입수할 수 있게 됨으로써, 보안에 치명적인 허점이 생기게 되었다. 따라서, 기존의 대부분의 디지털 영상과 관련된 보안 시스템은 영상을 암호화하는데 초점이 맞추어져 있어서 영상의 존재 자체를 무시하고 보안에만 치중하고 있다. 이러한 기존 방법은 사용자가 영상을 이용하여 관리하는 편리를 무시하고 있다.
또한, 카메라나 스캐너 등과 같은 영상 입력 장치로 입력받은 영상은 누출되는 경우에 손쉽게 판독되거나 위조될 수 있다. 그러므로, 개인이나 공공기관 또는 기업에서 보안을 목적으로 관리되는 영상은 누구나 손쉽게 접근해서 열람해서는 안되며, 설사 누출되더라도 판독이 불가능하여야 한다. 또한, 공중 탈의실과 같은 장소에 도난사고 방지를 목적으로 설치된 감시 카메라는 개인의 사생활이 보호되어야 함으로 필요한 경우를 제외하고는 제3자가 내용을 확인할 수 없어야 하며, 공공장소라고 할지라도 개인의 사생활이 보호되어야 하는 내용은 반드시 누출과 같은 사고에도 그 내용이 보호되어야 한다. 이와 같이 사회 전반적으로 영상과 관련된 정보를 보호해야 하는 경우는 무수히 많으며, 정보화 사회가 날로 발달함에 따라 중요성도 함께 커지고 있다.
도 1 은 종래의 암호화 및/또는 복호화 장치에 대한 일예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 영상 입력부(110)는 아날로그 형태의 영상 데이터가 디지털 형태로 변환된 영상 데이터를 입력받거나, 아날로그 형태의 영상 데이터를 입력받아 디지털 형태의 영상 데이터로 변환하는 기능을 수행한다.
그리고, 영상 압축부(120)는 상기 영상 입력부(110)를 통하여 입력된 영상 데이터를 손실 압축, 무손실 압축 또는 혼성 압축 중의 어느 한 방식을 사용하여 압축한다.
그리고, 영상 암호화부(130)는 상기 영상 압축부(120)에서 압축된 영상 데이터를 보안을 위하여 비밀키 등을 이용하여 암호화하여 암호화된 영상 데이터를 출력한다. 이때, 암호화된 영상 데이터는 통신망을 통하여 복호화 장치(해독화 장치) 측으로 전송되거나, 기록매체 등에 저장되어 있다가 복호화 장치(해독화 장치)로 읽혀져 복호화된다.
즉, 영상 복호화부(140)는 상기 암호화 장치 측에서 암호화된 영상 데이터를 전달받아 상기 영상 암호화부(130)의 역동작으로 상기 비밀키 등을 이용하여 복호화한다.
그리고, 압축 해제부(150)는 상기 영상 복호화부(140)에서 복호화된 영상 데이터의 압축을 상기 영상 압축부(120)의 역동작으로 해제한다.
그리고, 영상 출력부(160)는 상기 압축 해제부(150)에서 압축이 해제된 영상 데이터를 디지털 형태로 출력하거나, 아날로그 형태로 변환하여 출력한다. 이때, 출력의 형태는 디스플레이 장치를 통하여 출력되거나, 저장매체 등에 저장되거나, 인쇄장치를 통하여 인쇄되는 등의 다양한 형태가 될 수 있다.
대부분의 종래의 암호화는 복호화하여 평문을 결정하기까지 소요되는 계산량이 현실적인 수준을 벗어날 수가 있다는 가정 하에, 무조건적으로 안전한 암호가 중요한 것이 아니라 암호를 분석하는데 소요되는 계산량이 비현실적으로 너무 많다는 측면을 고려하여 계산복잡도에 근거한 안전한 암호화에 맞추어져 있다. 그러나, 이러한 가정은 계산복잡도를 줄일 수 있다면 의미없는 가정이 된다. 결국, 종래의 암호화 방식은 고성능의 슈퍼컴퓨터로 많은 시간에 걸려 계산하면 해독된다는 단점이 있으며, 또한 암호화 체계를 잘 아는 전문가들에 의하여 쉽게 해독되어 사회적 문제를 야기하기도 하였다.
따라서, 근본적으로 암호화 전의 평문과 복호화 후의 평문이 일치하지 않게 하여 슈퍼컴퓨터라고 할지라도 추론을 불가능하게 함으로써, 해독의 가능성을 완전히 배제한 영상 데이터의 보안 방식이 필요하다.
한편, 상기와 같은 종래 기술에서는 압축률을 높이기 위하여 특별한 데이터가 아닌 경우에는 손실 압축이나 혼성 압축 방식을 사용한다. 따라서, 종래에는 반드시 영상 데이터를 압축한 후에 암호화 과정을 수행해야만 하였다.
만약, 반대로 영상 데이터를 암호화한 후에 손실 압축이나 혼성 압축 방식으로 압축을 수행하게 되면 원본 영상 데이터가 손실되기 때문에 암호화 전의 평문과 복호화 후의 평문이 일치하지 않으므로 원래의 영상 데이터를 복원하는 것이 어렵게 된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 추론에 의한 해독의 가능성을 근본적으로 배제할 수 있는 영상 데이터 암호화 및/또는 복호화 장치 및 그 방법과 상기 방법들을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은, 영상 데이터를 압축한 후에 영상 데이터만을 이용하여 암호화 과정을 수행하는 종래의 방식과 달리, 영상 데이터와 데이터의 위치정보를 이용하는 퍼즐식 암호화 방식을 이용하여 영상 데이터를 암호화한 후에 손실 또는 혼성 압축을 하여 복호화 과정에서 추론이 불가능하도록 함으로써, 전용 해독장치를 이용하지 않고는 해독이 불가능한 영상 데이터 암호화 및/또는 복호화 장치 및 그 방법과 상기 방법들을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상 데이터 암호화 장치는, 영상 데이터 암호화 장치에 있어서, 암호화를 위한 영상 데이터를 입력받기 위한 영상 입력 수단; 상기 입력받은 영상 데이터를, 암호화된 영상 데이터 중 일부가 훼손되어도 복호화 과정에서 나머지 부분에 대한 복원이 가능한 암호화 방식을 사용하여 암호화하기 위한 암호화 수단; 및 상기 암호화한 영상 데이터 중 일부의 손실을 감수하고서 고비율로 압축하기 위한 영상 압축 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 영상 데이터 복호화 장치는, 영상 데이터 복호화 장치에 있어서, 암호화 장치 측에서 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 전달받아 압축을 해제하기 위한 압축 해제 수단; 상기 압축을 해제한 영상 데이터를, 영상 데이터 중 일부가 훼손되었어도 나머지 부분에 대한 복원이 가능한 복호화 방식을 사용하여 복호화하기 위한 복호화 수단; 및 상기 복호화한 영상 데이터를 출력하기 위한 영상 출력 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 영상 데이터 암복호화 장치는, 영상 데이터 암복호화 장치에 있어서, 암호화를 위한 영상 데이터를 입력받기 위한 영상 입력 수단; 상기 입력받은 영상 데이터를 퍼즐화하여 암호화하기 위한 암호화 수단; 상기 암호화한 영상 데이터 중 일부의 손실을 감수하고서 고비율로 압축하기 위한 영상 압축 수단; 상기 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 전달받아 압축을 해제하기 위한 압축 해제 수단; 상기 압축을 해제한 영상 데이터를 역퍼즐화하여 복호화하기 위한 복호화 수단; 및 상기 복호화한 영상 데이터를 출력하기 위한 영상 출력 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 영상 데이터 암호화 방법은, 영상 데이터 암호화 장치에 적용되는 영상 데이터 암호화 방법에 있어서, 암호화를 위한 영상 데이터를 입력받는 영상 입력 단계; 암호화된 영상 데이터 중 일부가 훼손되어도 복호화 과정에서 나머지 부분에 대한 복원이 가능하도록 하기 위하여, 상기 입력받은 영상 데이터를 퍼즐화하여 암호화하는 암호화 단계; 및 상기 암호화한 영상 데이터 중 일부의 손실을 감수하고서 고비율로 압축하는 영상 압축 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 영상 데이터 복호화 방법은, 영상 데이터 복호화 장치에 적용되는 영상 데이터 복호화 방법에 있어서, 암호화 장치 측에서 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 전달받아 압축을 해제하는 압축 해제 단계; 상기 압축을 해제한 영상 데이터를 역퍼즐화하여 복호화하는 복호화 단계; 및 상기 복호화한 영상 데이터를 출력하는 영상 출력 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 영상 데이터 암복호화 방법은, 영상 데이터 암복호화 장치에 적용되는 영상 데이터 암복호화 방법에 있어서, 암호화를 위한 영상 데이터를 입력받는 제 1 단계; 상기 입력된 영상 데이터를 퍼즐화하여 암호화하는 제 2 단계; 상기 암호화된 영상 데이터 중 일부의 손실을 감수하고서 고비율로 압축하는 제 3 단계; 상기 암호화되어 압축된 영상 데이터를 전달받아 압축을 해제하는 제 4 단계; 상기 압축이 해제된 영상 데이터를 역퍼즐화하여 복호화하는 제 5 단계; 및 상기 복호화된 영상 데이터를 출력하는 제 6 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은, 프로세서를 구비한 영상 데이터 암호화 장치에, 암호화를 위한 영상 데이터를 입력받는 영상 입력 기능; 암호화된 영상 데이터 중 일부가 훼손되어도 복호화 과정에서 나머지 부분에 대한 복원이 가능하도록 하기 위하여, 상기 입력받은 영상 데이터를 퍼즐화하여 암호화하는 암호화 기능; 및 상기 암호화한 영상 데이터 중 일부의 손실을 감수하고서 고비율로 압축하는 영상 압축 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 영상 데이터 복호화 장치에, 암호화 장치 측에서 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 전달받아 압축을 해제하는 압축 해제 기능; 상기 압축을 해제한 영상 데이터를 역퍼즐화하여 복호화하는 복호화 기능; 및 상기 복호화한 영상 데이터를 출력하는 영상 출력 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 영상 데이터 암복호화 장치에, 암호화를 위한 영상 데이터를 입력받는 영상 입력 기능; 상기 입력받은 영상 데이터를 퍼즐화하여 암호화하는 암호화 기능; 상기 암호화한 영상 데이터 중 일부의 손실을 감수하고서 고비율로 압축하는 영상 압축 기능; 상기 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 전달받아 압축을 해제하는 압축 해제 기능; 상기 압축을 해제한 영상 데이터를 역퍼즐화하여 복호화하는 복호화 기능; 및 상기 복호화한 영상 데이터를 출력하는 영상 출력 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
이처럼, 본 발명은 영상 데이터를 암호화/복호화함에 있어서 기존의 해독 가능성을 근본적으로 배제하였으며, 영상 관리를 무시한 기존의 암호화/복호화 방식과 달리 손쉬운 영상 관리까지도 고려하고 있다. 그리고, 본 발명에서는 추론 기법 등에 의한 해독의 가능성을 방지하기 위해서 영상 데이터를 분해한 후에 난수알고리즘에 따라 불규칙적으로 퍼즐화하는 방식으로 암호화한다.
상기 본 발명의 원리를 좀 더 상세히 살펴보면, 암호화에 사용되는 영상 데이터는 평문을 의미하며, 기존의 방법들은 이러한 평문이 손실되면 복호화가 어렵다. 그 이유는 평문은 영상을 이루는 색상 데이터를 기반으로 하기 때문에 압축에 의하여 데이터의 손실이 발생하거나, 화상을 축소 또는 확대하거나, 임의로 화상을 훼손하면 암호화 전의 평문으로 복호화가 어렵다. 그러므로, 평문의 의미를 색상 데이터에만 의존하는 데이터기반이 아니라 색상 데이터와 데이터의 위치정보를 기반으로 하는 방법을 사용함으로써 상기의 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 기존 암호시스템의 안전성이 암호화 전의 평문과 복호화 후의 평문을 일치한다고 가정하고 계산복잡도를 계산하는 것을 고려한다면, 본 발명에서 제시하는 방법은 손실 압축과 화상변환과 같은 경우에 암호화 전의 평문과 복호화 후의 평문이 일치하지 않으며 이 경우는 추론이 어렵게 됨으로써 계산복잡도는 계산이 어려울 정도로 커지게 된다.
기존의 영상에 사용되는 보안기법의 분류는 영상이 단순히 진위를 확인하기 위한 기법(예 : 워터마크 등)이나 영상을 완전히 암호화하는 기법으로 나눌 수 있다. 전자는 영상이 외부에 유출되는 경우에 단순히 진위여부만을 확인하기 위한 기법이므로 영상내용의 공개 자체를 막을 수 있는 암호화기법은 아니며, 후자의 경우는 영상의 공개 자체를 막을 수는 있으나 복호화를 하지 않고서는 영상이 존재하는지를 화면에 디스플레이할 수 없는 관계로 영상 데이터를 관리하는데 어려움이 있다. 본 발명은 영상의 공개 자체를 막으면서도 기존의 영상이나 동영상을 관리하는 기법(예 : JPEG, GIF, MPEG 등)을 그대로 적용할 수 있기 때문에 영상 데이터를 관리하는데 어려움이 없다. 또한, 영상을 전부 또는 일부분을 선택적으로 암호화를 할 수 있기 때문에 영상을 보다 편리하게 관리할 수 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2 는 본 발명에 따른 퍼즐식 암호화 및/또는 역퍼즐식 복호화를 이용한 암호화 및/또는 복호화 장치 및 그 방법에 대한 일예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 영상 입력부(210)는 아날로그 형태의 영상 데이터가 디지털 형태로 변환된 영상 데이터를 입력받거나, 아날로그 형태의 영상 데이터를 입력받아 디지털 형태의 영상 데이터로 변환하는 기능을 수행한다. 특히, 일예로 감시 카메라(DVR : Digital Video Recoder) 등으로부터 영상 데이터를 입력받을 수 있다.
그리고, 퍼즐식 암호화부(220)는 상기 영상 입력부(210)를 통하여 입력된 영상 데이터를 보안을 위하여 암호키, 보안키, 난수알고리즘 등을 이용하여 퍼즐화하여 암호화한다. 이에 대한 구체적인 실시예는 도 3 및 도 4 에서 상세히 후술하기로 한다.
그리고, 영상 압축부(230)는 상기 퍼즐식 암호화부(220)에서 암호화된 영상 데이터를 손실 압축, 무손실 압축 또는 혼성 압축 중의 어느 한 방식을 사용하여 압축한다. 이때, 암호화되어 압축된 영상 데이터는 유선 또는 무선 통신망을 통하여 복호화 장치(해독화 장치) 측으로 전송되거나, 기록매체 등에 저장되어 있다가 복호화 장치(해독화 장치)로 읽혀져 복호화된다. 특히, 일예로 상기 암호화 장치가 이동통신 단말기나 개인휴대단말기 등과 같은 무선통신 단말기에 실장되는 경우에, 암호화되어 압축된 영상 데이터는 이동통신망 등과 같은 무선통신망을 통하여 복호화 장치가 실장된 이동통신 단말기나 개인휴대단말기 등과 같은 해당 무선통신 단말기로 전송된다.
그에 따라, 압축 해제부(240)는 상기 암호화 장치 측에서 암호화되어 압축된 영상 데이터를 전달받아 상기 영상 압축부(230)의 역동작으로 압축을 해제한다.
그리고, 역퍼즐식 복호화부(250)는 상기 압축 해제부(240)에서 압축이 해제된 영상 데이터를 상기 퍼즐식 암호화부(220)의 역동작으로 상기 암호키, 보안키, 난수알고리즘 등을 이용하여 역퍼즐화하여 복호화한다. 이에 대한 구체적인 실시예는 도 5 및 도 6 에서 상세히 후술하기로 한다.
그리고, 영상 출력부(260)는 상기 역퍼즐식 복호화부(250)에서 복호화된 영상 데이터를 디지털 형태로 출력하거나, 아날로그 형태로 변환하여 출력한다. 이때, 출력의 형태는 디스플레이 장치를 통하여 출력되거나, 저장매체 등에 저장되거나, 인쇄장치를 통하여 인쇄되는 등의 다양한 형태가 될 수 있다.
이처럼 본 발명에서는, 영상 데이터를 압축한 후에 영상 데이터만을 이용하여 암호화 과정을 수행하는 종래의 방식과 달리, 영상 데이터와 데이터의 위치정보를 이용하여 암호화하는 퍼즐식 암호화 방식을 이용하여 영상 데이터를 암호화한 후에 손실 또는 혼성 압축을 하여 복호화 과정에서 추론이 불가능하도록 함으로써, 전용 해독장치를 이용하지 않고는 해독이 불가능하도록 하였다. 이를 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
상기와 같은 암호화 장치를 사용할 경우에, 암호화된 영상은 그 위치가 바뀌거나, 그 위치와 색상이 동시에 바뀌므로 정확한 수치를 비교하여 추론해야 하는 컴퓨터의 특성상 암호알고리즘의 역추정이 불가능하다. 그리고, 암호화된 영상 데이터를 읽은 다음에 복호화알고리즘에 따라 원래의 화상으로 복원시킬 때, 암호화된 영상 데이터 중 일부가 훼손되어도 전용 해독장치에서는 나머지 부분에 대하여 다단계 영상처리기법을 사용하여 영상 데이터의 보정과 복원이 가능하므로, 상기와 같이 암호화 과정을 먼저 수행한 후에 손실 압축이나 혼성 압축을 하는 것이 가능하다.
다음으로, 퍼즐식 암호화 과정 및 역퍼즐식 복호화 과정의 실시예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 첫번째 실시예가 본 출원인에 의해 기출원된 "대한민국 특허출원 제1999-2625호"에 공개되어 있다. 여기서는 영상 데이터를 미세한 조각으로 나눈 후에, 주어진 보안 코드에 따라 위치를 퍼즐화(재배열)하는 방식으로 재배열의 경우의 수를 증가시켜 암호화하고 그 역방식으로 복호화한다.
다음으로, 두번째 실시예가 본 출원인에 의해 기출원된 "화상데이터 암호화방법 및 지원장치(대한민국 특허출원 제2000-66708호)"에 공개되어 있다. 여기서는 역추정을 어렵게 하기 위해서 영상 데이터를 화소 단위로 세분화하여 퍼즐화하고 화소의 색을 반전시키는 방식으로 암호화하고, 그 역방식으로 복호화한다.
다음으로, 세번째 실시예가 본 출원인에 의해 "화소의 기본요소를 이용한 암호화/복호화 장치 및 그 방법과 그를 이용한 암복호화 시스템 및 그 방법(대한민국 특허출원 제2001-28787호)"으로 기출원되었으나, 아직 공개가 되지 않았으므로 그에 대한 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
도 3 은 본 발명에 이용되는 화소의 기본요소를 이용한 암호화 방식에 대한 일예시도이다.
먼저, 영상 입력부로부터 디지털 영상 데이터를 입력받는다(301). 그리고, 보안코드 입력부를 통하여 보안코드를 입력받는다(302).
이후, 난수 발생기를 이용하거나, 난수 발생기와 난수맵 발생기를 이용하여 난수맵을 생성한다(303). 이때, 난수 발생기는 다양한 알고리즘들(예 : DES, SEED 등)을 사용할 수 있다.
이후, 상기 입력받은 영상의 색상 및 크기를 조정하여 정규화한다(304). 상기 정규화 과정(304)은 디지털 정보를 입력받은 경우에는 수행하지 않아도 암호화 과정에 큰 영향을 미치지 않는 부가요소이다.
상기 과정들에서, 정보 입력 과정(301)과 보안코드 입력 과정(302)은 그 순서를 뒤바꾸어 실행해도 된다. 또한, 난수맵 생성 과정(303)과 정규화 과정(304)도 그 순서를 뒤바꾸어 실행해도 된다. 단지, 정보 입력 과정(301)은 정규화 과정(304)보다 먼저 수행되어야 하고, 보안코드 입력 과정(302)은 난수맵 생성 과정(303)보다 먼저 수행되어야 동작이 원활하게 구현된다.
이후, 상기 정규화된 영상을 화소의 기본요소로 나누어 화소를 분해한다(305). 이처럼 화소를 화소의 기본요소로 분해하는 방식은 이미 알려진 다양한 방식들을 사용할 수 있다.
이후, 상기 분해된 화소의 기본요소를 다단계 암호화한다(306). 상기 다단계 암호화 과정(306)에서는 화소의 기본요소를 난수맵과 계조맵을 이용하여 다단계 암호화하는데, 그 상세 동작은 도 4 를 참조하여 후술하기로 한다.
이후, 상기 입력받은 보안코드를 암호화하여 암호키를 생성한 후에(307) 상기 암호화된 암호 영상에 상기 생성된 암호키를 삽입한다(308). 그러나, 본 발명의 암호화 방법에서 상기 암호키 생성 및 삽입 과정(307,308)은 부가요소로서, 암호화 과정에서 수행하지 않아도 된다. 이에 따라, 후술되는 복호화 방법에서도 암호키를 암호 화상에서 추출한 후에 암호키를 복호화하여 보안코드를 복원하여 사용하거나, 또는 보안코드를 입력받아 복호화 과정에 사용한다.
이후, 상기 암호화된 암호 영상을 영상 압축부로 전달한다(309).
도 4 는 도 3 의 다단계 암호화 과정에 대한 일예시도이다.
먼저, 상기 분해된 화소의 기본요소를 상기 생성된 난수맵을 이용하여 각 단위별로 퍼즐화하여 1차 암호화한다(401).
이후, 상기 화소의 기본요소 단위로 단계조맵을 생성한 후에(402) 상기 생성된 단계조맵에 화소의 기본요소를 사상시켜 색변환하여 2차 암호화한다(403). 여기서, 상기 단계조맵 대신에 이계조맵 또는 다계조맵 등을 사용할 수도 있다.
이후, 상기 단계조맵에 사상된 화소의 기본요소를 배치한 후에 난수맵을 이용하여 재퍼즐화하여 3차 암호화한다(404). 여기서, 상기 배치 과정은 화소의 기본요소들을 각각 연결하여 놓는 과정을 의미하며, 그 순서는 상관이 없다.
이후, 상기 재퍼즐화된 각 기본요소를 하나의 화소 단위로 변환한다(405). 이때, 상기 변환 과정(405)은 본 발명의 필수 구성요소가 아니며, 이를 더 수행함으로써 이후의 처리 과정에서의 데이터량을 1/3로 줄일 수 있다.
도 5 는 본 발명에 이용되는 화소의 기본요소를 이용한 복호화 방식에 대한 일예시도이다.
먼저, 압축 해제부로부터 암호화된 암호 영상을 입력받는다(501). 그리고, 상기 입력받은 암호 영상의 기울기 및 크기를 보정하여 정규화한다(502). 상기 정규화 과정(502)은 디지털 정보를 입력받은 경우에는 수행하지 않아도 복호화 과정에 큰 영향을 미치지 않는다.
이후, 상기 입력받은 암호 영상에서 암호키를 추출한 후에(503) 상기 추출된 암호키를 복호화하여 보안코드를 복원한다(504). 한편, 상기 암호키 추출 및 보안코드 복원 과정(503,504)은, 암호화 과정에서 암호키를 생성하여 암호 영상에 삽입하지 않고 복호화 장치 측의 보안코드 입력부를 통하여 보안코드를 직접 입력받도록 구현하는 경우에는 수행하지 않아도 된다.
여기서, 상기 암호 영상 입력 과정(501)과 보안코드 입력 과정은 그 순서가 뒤바뀌어도 되며, 또한 상기 정규화 과정(502)은 암호 영상 입력 과정(501) 후부터 다단계 복호화 과정(506) 이전까지의 어느 과정에서 수행되어도 상관이 없다.
이후, 난수 발생기를 이용하거나, 난수 발생기와 난수맵 발생기를 이용하여 난수맵을 생성한다(505).
이후, 상기 암호 영상을 화소의 기본요소 단위로 처리하여 다단계 복호화한다(506). 상기 다단계 복호화 과정(506)에서는 화소의 기본요소를 난수맵과 계조맵을 이용하여 다단계 복호화하는데, 그 상세 동작은 도 6 을 참조하여 후술하기로 한다.
이후, 상기 복호화된 화소의 기본요소를 결합하여 원영상을 복원한다(507). 이는 상기 암호화 방법에서의 화소 분해 과정(305)의 역동작이다.
이후, 상기 복원된 영상에서 잡영을 제거하여 영상을 보정한다(508). 이때, 상기 보정 과정(508)은 상기 복호화된 영상에 잡영이 있는 경우에 이웃화소의 정보를 이용한 최적유사도를 갖는 공간여파기법을 사용하여 1차 보정하는 과정, 및 이웃화소가 모두 잡영인 경우에 이웃의 이웃하는 화소의 복원치를 이용하여 역추정하여 2차 보정하는 과정을 포함한다. 그리고, 상기 보정 과정(508)은 본 발명의 필수 구성요소는 아니고, 복호화된 영상의 화질을 향상시키기 위하여 부가적으로 수행되는 과정이다.
이후, 상기 보정된 영상을 영상 출력부로 전달한다(509).
도 6 은 도 5 의 다단계 복호화 과정에 대한 일예시도이다.
먼저, 화소 단위의 암호 영상을 각 기본요소 단위로 변환한다(601). 만약, 암호화된 암호 영상이 화소의 기본요소 단위로 입력된 경우에는 상기 변환 과정(601)을 수행하지 않아도 된다.
이후, 상기 기본요소 단위로 변환된 암호 영상을 상기 생성된 난수맵을 이용하여 역퍼즐화한 후에 각 기본요소 단위로 분리하여 1차 복호화한다(602).
이후, 상기 화소의 기본요소 단위로 단계조맵을 생성한 후에(603) 상기 생성된 단계조맵에 화소의 기본요소를 역사상시켜 색복원하여 2차 복호화한다(604). 이때, 암호화 과정에서 단계조맵을 사용한 경우에는 복호화 과정에서도 단계조맵을 사용하지만, 암호화 과정에서 이계조맵 또는 다계조맵 등을 사용한 경우에는 복호화 과정에서도 이계조맵 또는 다계조맵 등을 사용한다.
이후, 상기 단계조맵에 사상된 화소의 기본요소를 상기 생성된 난수맵을 이용하여 재역퍼즐화하여 3차 복호화한다(605).
한편, 본 발명은 상기 암호화 장치 및 그 방법과 복호화 장치 및 그 방법을 각각 구현할 수도 있고, 서로 연동시켜 암복호화 시스템 및 그 방법으로 구현할 수 있다. 이는 당해 기술 분야의 전문가라면 당연히 구현할 수 있는 부분이므로 여기서는 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
한편, 본 발명에서는 상기 실시예에서 예를 들어 설명한 퍼즐식 암복호화 방식 외에도 앞으로 출현될 이와 유사한 방식들, 즉 암호화된 영상 데이터 중 일부가 훼손되어도 나머지 부분에 대한 보정과 복원이 가능한 암복호화 방식을 사용하여도 된다. 그리고, 텍스트 등과 같은 다른 다양한 정보들도 영상화하여 처리하는 경우에 본 발명의 적용이 가능하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명은, 영상 데이터를 압축한 후에 영상 데이터만을 이용하여 암호화 과정을 수행하는 종래의 방식과 달리, 영상 데이터와 데이터의 위치정보를 이용한 퍼즐식 암호화 방식을 이용하여 영상 데이터를 암호화한 후에 손실 또는 혼성 압축을 하여 복호화 과정에서 추론이 불가능하도록 함으로써, 전용 해독장치를 이용하지 않고는 해독이 불가능하다.
또한, 본 발명은, 영상 데이터를 암호화/복호화함에 있어서 기존의 해독 가능성을 근본적으로 배제하였으며, 영상 관리를 무시한 기존의 암호화/복호화 방식과 달리 손쉬운 영상 관리가 가능하다.
삭제
도 1 은 종래의 암호화 및/또는 복호화 장치에 대한 일예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 퍼즐식 암호화 및/또는 역퍼즐식 복호화를 이용한 암호화 및/또는 복호화 장치 및 그 방법에 대한 일예시도.
도 3 은 본 발명에 이용되는 화소의 기본요소를 이용한 암호화 방식에 대한 일예시도.
도 4 는 도 3 의 다단계 암호화 과정에 대한 일예시도.
도 5 는 본 발명에 이용되는 화소의 기본요소를 이용한 복호화 방식에 대한 일예시도.
도 6 은 도 5 의 다단계 복호화 과정에 대한 일예시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
210 : 영상 입력부 220 : 퍼즐식 암호화부
230 : 영상 압축부 240 : 압축 해제부
250 : 역퍼즐식 복호화부 260 : 영상 출력부

Claims (24)

  1. 영상 데이터 암호화 장치에 있어서,
    암호화를 위한 영상 데이터를 입력받기 위한 영상 입력 수단;
    상기 입력받은 영상 데이터를, 암호화된 영상 데이터 중 일부가 훼손되어도 복호화 과정에서 나머지 부분에 대한 복원이 가능한 암호화 방식을 사용하여 암호화하기 위한 암호화 수단; 및
    상기 암호화한 영상 데이터 중 일부의 손실을 감수하고서 고비율로 압축하기 위한 영상 압축 수단
    을 포함하는 영상 데이터 암호화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 암호화 수단은,
    상기 입력받은 영상 데이터를 분해한 후에 난수알고리즘에 따라 불규칙적으로 퍼즐화하여 암호화하기 위한 퍼즐식 암호화 수단인 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 영상 압축 수단은,
    복호화 과정에서 추론이 불가능하도록 하기 위하여, 상기 암호화한 영상 데이터를 손실 압축 방식으로 압축하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 영상 압축 수단은,
    복호화 과정에서 추론이 불가능하도록 하기 위하여, 상기 암호화한 영상 데이터를 혼성 압축 방식으로 압축하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 영상 데이터 암호화 장치는,
    상기 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 통신망을 통하여 영상 데이터 복호화 장치 측으로 전송하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 영상 입력 수단은,
    상기 암호화를 위한 영상 데이터를 감시 카메라(DVR)로부터 입력받는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 장치.
  7. 영상 데이터 복호화 장치에 있어서,
    암호화 장치 측에서 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 전달받아 압축을 해제하기 위한 압축 해제 수단;
    상기 압축을 해제한 영상 데이터를, 영상 데이터 중 일부가 훼손되었어도 나머지 부분에 대한 복원이 가능한 복호화 방식을 사용하여 복호화하기 위한 복호화 수단; 및
    상기 복호화한 영상 데이터를 출력하기 위한 영상 출력 수단
    을 포함하는 영상 데이터 복호화 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복호화 수단은,
    상기 압축을 해제한 영상 데이터를 역퍼즐화하여 복호화하기 위한 역퍼즐식 복호화 수단인 것을 특징으로 하는 영상 데이터 복호화 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 압축 해제 수단은,
    상기 암호화 장치 측에서 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 통신망을 통하여 전달받아 압축을 해제하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 복호화 장치.
  10. 영상 데이터 암호화 장치에 적용되는 영상 데이터 암호화 방법에 있어서,
    암호화를 위한 영상 데이터를 입력받는 영상 입력 단계;
    암호화된 영상 데이터 중 일부가 훼손되어도 복호화 과정에서 나머지 부분에 대한 복원이 가능하도록 하기 위하여, 상기 입력받은 영상 데이터를 퍼즐화하여 암호화하는 암호화 단계; 및
    상기 암호화한 영상 데이터 중 일부의 손실을 감수하고서 고비율로 압축하는 영상 압축 단계
    를 포함하는 영상 데이터 암호화 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 영상 압축 단계는,
    복호화 과정에서 추론이 불가능하도록 하기 위하여, 상기 암호화한 영상 데이터를 손실 압축 방식으로 압축하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 영상 압축 단계는,
    복호화 과정에서 추론이 불가능하도록 하기 위하여, 상기 암호화한 영상 데이터를 혼성 압축 방식으로 압축하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암호화 방법.
  13. 영상 데이터 복호화 장치에 적용되는 영상 데이터 복호화 방법에 있어서,
    암호화 장치 측에서 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 전달받아 압축을 해제하는 압축 해제 단계;
    상기 압축을 해제한 영상 데이터를 역퍼즐화하여 복호화하는 복호화 단계; 및
    상기 복호화한 영상 데이터를 출력하는 영상 출력 단계
    를 포함하는 영상 데이터 복호화 방법.
  14. 영상 데이터 암복호화 장치에 있어서,
    암호화를 위한 영상 데이터를 입력받기 위한 영상 입력 수단;
    상기 입력받은 영상 데이터를 퍼즐화하여 암호화하기 위한 암호화 수단;
    상기 암호화한 영상 데이터 중 일부의 손실을 감수하고서 고비율로 압축하기 위한 영상 압축 수단;
    상기 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 전달받아 압축을 해제하기 위한 압축 해제 수단;
    상기 압축을 해제한 영상 데이터를 역퍼즐화하여 복호화하기 위한 복호화 수단; 및
    상기 복호화한 영상 데이터를 출력하기 위한 영상 출력 수단
    을 포함하는 영상 데이터 암복호화 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 영상 압축 수단은,
    복호화 과정에서 추론이 불가능하도록 하기 위하여, 상기 암호화한 영상 데이터를 손실 압축 방식으로 압축하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암복호화 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 영상 압축 수단은,
    복호화 과정에서 추론이 불가능하도록 하기 위하여, 상기 암호화한 영상 데이터를 혼성 압축 방식으로 압축하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암복호화 장치.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 해제 수단은,
    상기 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 통신망을 통하여 전달받는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암복호화 장치.
  18. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 입력 수단은,
    상기 암호화를 위한 영상 데이터를 감시 카메라(DVR)로부터 입력받는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암복호화 장치.
  19. 영상 데이터 암복호화 장치에 적용되는 영상 데이터 암복호화 방법에 있어서,
    암호화를 위한 영상 데이터를 입력받는 영상 입력 단계;
    상기 입력받은 영상 데이터를 퍼즐화하여 암호화하는 암호화 단계;
    상기 암호화한 영상 데이터 중 일부의 손실을 감수하고서 고비율로 압축하는 영상 압축 단계;
    상기 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 전달받아 압축을 해제하는 압축 해제 단계;
    상기 압축을 해제한 영상 데이터를 역퍼즐화하여 복호화하는 복호화 단계; 및
    상기 복호화한 영상 데이터를 출력하는 영상 출력 단계
    를 포함하는 영상 데이터 암복호화 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 영상 압축 단계는,
    복호화 과정에서 추론이 불가능하도록 하기 위하여, 상기 암호화한 영상 데이터를 손실 압축 방식으로 압축하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암복호화 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 영상 압축 단계는,
    복호화 과정에서 추론이 불가능하도록 하기 위하여, 상기 암호화한 영상 데이터를 혼성 압축 방식으로 압축하는 것을 특징으로 하는 영상 데이터 암복호화 방법.
  22. 프로세서를 구비한 영상 데이터 암호화 장치에,
    암호화를 위한 영상 데이터를 입력받는 영상 입력 기능;
    암호화된 영상 데이터 중 일부가 훼손되어도 복호화 과정에서 나머지 부분에 대한 복원이 가능하도록 하기 위하여, 상기 입력받은 영상 데이터를 퍼즐화하여 암호화하는 암호화 기능; 및
    상기 암호화한 영상 데이터 중 일부의 손실을 감수하고서 고비율로 압축하는 영상 압축 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  23. 프로세서를 구비한 영상 데이터 복호화 장치에,
    암호화 장치 측에서 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 전달받아 압축을 해제하는 압축 해제 기능;
    상기 압축을 해제한 영상 데이터를 역퍼즐화하여 복호화하는 복호화 기능; 및
    상기 복호화한 영상 데이터를 출력하는 영상 출력 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  24. 프로세서를 구비한 영상 데이터 암복호화 장치에,
    암호화를 위한 영상 데이터를 입력받는 영상 입력 기능;
    상기 입력받은 영상 데이터를 퍼즐화하여 암호화하는 암호화 기능;
    상기 암호화한 영상 데이터 중 일부의 손실을 감수하고서 고비율로 압축하는 영상 압축 기능;
    상기 암호화한 후에 압축한 영상 데이터를 전달받아 압축을 해제하는 압축 해제 기능;
    상기 압축을 해제한 영상 데이터를 역퍼즐화하여 복호화하는 복호화 기능; 및
    상기 복호화한 영상 데이터를 출력하는 영상 출력 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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