KR101286649B1 - 워터마크를 이용한 키 분배 및 변경 방법 - Google Patents

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Abstract

영상의 불법복제 및 위변조 방지를 위해 사용되는 워터마크를 활용하여 네트워크 카메라와 보안 정책 서버 혹은 네트워크 카메라간에 키 분배 및 변경 기능을 구현함으로써 안전하고 효율적으로 키를 분배하거나 변경할 수 있다.
본 발명에 따르면 영상의 불법복제 및 위변조 방지를 위해 영상에 삽입되는 워터마크 값을 네트워크 카메라와 보안 정책 서버 혹은 네트워크 카메라 간에 공유해야 하는 마스터 키 값으로 정의하고, 키 변경이 필요한 경우 부호화된 비트 스트림에 키 분배 및 변경과 관련된 정보를 추가하여 전송하고 수신측에서는 이를 이용하여 새로운 키를 생성할 수 있다.
Figure R1020090123463
키 분배, 키 변경, 워터마크, 영상 불법 복제, 영상 위변조

Description

워터마크를 이용한 키 분배 및 변경 방법{Method for implementing Key Sharing and Update mechanism utilizing Watermark}
본 발명은 키 분배 및 변경 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 영상의 불법복제 및 위변조 방지를 위해 영상에 삽입되는 워터마크를 이용하여 안전하고 효율적으로 키를 분배 및 변경할 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2009-S-040-01, 과제명: 개인신변 안전보장을 위한 영상보안 기술개발].
네트워크 통신은 통신 채널의 노출로 인해 침입자의 공격에 대해 안전하지 않다. 따라서 안전한 통신을 위해 암호화 기법을 사용하며, 이를 위해 키 분배 및 변경이 필요하게 된다.
일반적으로 단말과 서버, 혹은 단말 간에 키 분배 및 변경 기능을 제공하기 위해서는 키 관리 모듈을 별도로 운영해야 하고, 키 분배 및 변경시 상호 간에 안전한 채널을 형성하여 키 값을 전달해야 한다. 즉 키 분배 및 변경 기능 구현을 위해 여러 가지 구성요소가 추가로 요구된다.
한편, 워터마크는 영상의 불법복제 및 위변조 방지를 위해 영상에 삽입되는 것으로서, 저작권 정보, 컨텐츠 정보, 사용자 ID 등 다양한 정보를 워터마크로 이용할 수 있다.
도 1은 영상에 워터마크를 삽입하고 추출하는 일반적인 과정을 보여준다.
도 1에 도시된 바와 같이, 카메라(110)를 통해 영상이 입력되면 송신측(120)에서 영상을 부호화하는 과정에서 워터마크 값 W(130)를 입력된 영상에 삽입한다. 이 때 워터마크 값 W(130)는 입력된 영상의 부호화 과정에서 특정 파라미터에 삽입하거나, 혹은 부호화가 끝난 후 영상의 특정 파라미터를 추출하여 삽입한다. 후자의 경우는 코덱을 변경하지 않고 영상을 암호화하거나 영상에 워터마크를 삽입하고자 할 때 주로 사용하는 방법이다.
부호화가 끝난 영상은 비트 스트림 형태로 수신측(140)으로 전송되고, 수신측(140)은 부호화된 영상을 복호화하는 과정 중 워터마크 값 W'(150)을 추출하여 이를 부호화 과정 중에 삽입된 워터마크 값 W와 비교한다. 비교 결과 동일한 값으로 판단되면 영상을 출력하고(160) 그렇지 않을 경우 영상이 위조 또는 변조되었음을 관리자 혹은 사용자에게 알려준다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 영상의 불법복제 및 위변조 방지를 위해 사용되는 워터마크를 활용하여 새로운 키 분배 및 변경 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 또한 안전하고 효율적인 키 분배 및 변경 방법을 제공하고자 하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 키 분배 및 변경 방법은, 영상 입력 장치로부터 부호화할 영상을 입력받는 단계와, 상기 영상을 부호화하는 단계와, 상기 영상에 키 유도 함수의 입력으로 사용될 마스터 키 값을 워터마크로 삽입하는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기에서, 상기 부호화 단계와 상기 워터마크 삽입 단계를 거쳐 생성된 비트 스트림의 사용자 정의 필드에 키 관련 정보를 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 키 관련 정보는 키 변경 요청 플래그 및 마스터 키 해쉬 값을 포함한다.
본 발명의 키 분배 및 변경 방법은, 상기 비트 스트림을 복호화하는 단계와, 상기 비트 스트림에 워터마크로 삽입된 마스터 키 값을 추출하는 단계와, 상기 사용자 정의 필드에 포함된 상기 마스터 키 해쉬 값을 추출하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 워터마크로 삽입된 마스터 키 값의 해쉬 값을 계산하는 단계와, 상기 워터마크로 삽입된 마스터 키 값의 해쉬 값과 상기 사용자 정의 필드에 포함된 상기 마스터 키 해쉬 값을 비교하여 두 값이 다를 경우, 입력 영상이 위조 또는 변조되었음을 알려주는 단계를 더 포함할 수도 있고, 상기 키 변경 요청 플래그를 확인하는 단계와, 상기 워터마크로 삽입된 마스터 키 값의 해쉬 값을 계산하는 단계와, 상기 확인 결과 상기 키 변경 요청 플래그가 "1"로 세팅되어 있고, 상기 워터마크로 삽입된 마스터 키 값의 해쉬 값과 상기 사용자 정의 필드에 포함된 상기 마스터 키 해쉬 값을 비교하여 두 값이 같을 경우, 상기 마스터 키 값을 키 유도 함수의 입력으로 넣어 새로운 키 값을 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
여기에서, 상기 마스터 키는 랜덤 변수 생성기를 이용하여 생성되거나, 생체 정보 또는 인증 정보를 포함하는 특정 데이터를 이용하여 생성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 관점에 따른 키 분배 및 변경 방법은, 마스터 키 값이 워터마크로 삽입된 비트 스트림을 복호화하는 단계와, 상기 마스터 키 값을 추출하는 단계와, 상기 마스터 키 값을 키 유도 함수의 입력으로 넣어 새로운 키 값을 생성하는 단계를 포함한다.
여기에서, 상기 비트 스트림의 사용자 정의 필드에는 키 변경 요청 플래그가 포함되어 있으며, 상기 키 변경 요청 플래그가 "1"로 세팅되어 있는 경우 새로운 키 값을 생성하거나, 상기 비트 스트림의 사용자 정의 필드에는 마스터 키 해쉬 값이 포함되어 있으며, 상기 워터마크로 삽입된 마스터 키 값의 해쉬 값과 상기 사용자 정의 필드에 포함된 상기 마스터 키 해쉬 값을 비교하여 두 값이 같을 경우 새로운 키 값을 생성한다.
상기한 바와 같이 본 발명은 영상의 불법복제 및 위변조 방지를 위해 영상에 삽입되는 워터마크 값을 네트워크 카메라와 보안 정책 서버 혹은 네트워크 카메라 간에 공유해야 하는 마스터 키 값으로 정의함으로써 워터마크가 제공하는 영상의 불법복제 및 위변조 방지 기능은 물론 네트워크 카메라와 보안 정책 서버, 네트워크 카메라와 네트워크 카메라간의 키 분배 및 변경 기능을 안전하고 효율적으로 제공할 수 있다. 또한, 추가적인 구성요소의 도움 없이 키 분배 및 변경 기능을 제공할 수 있기 때문에 구현 시간 및 비용을 절약할 수 있게 된다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 워터마크를 이용한 키 분배 및 변경 과정을 나타내는 도면이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 카메라(210)를 통해 영상이 입력되면 송신측(220)에서 영상을 부호화하는 과정에서 워터마크를 입력 영상에 삽입한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 이 때 워터마크로 마스터 키 값 MK(230)을 사용하게 되며, 마스터 키 MK를 영상의 특정 파라미터에 삽입한다.
입력 영상의 부호화 과정 중 워터마크로 삽입되는 마스터 키는 랜덤 변수 생성기(RNG)를 이용하여 생성하거나 특정 데이터(생체 정보 혹은 인증 정보 등)를 활용하여 생성할 수 있다.
한편, 이전에 사용하던 키 값을 마스터 키로 새롭게 변경하고자 할 경우, 부호화가 끝난 후 생성되는 비트 스트림에 키 변경 요청 플래그 및 마스터 키 해쉬 값을 삽입하여(280), 복호화 시 워터마크 추출을 통해 새롭게 변경해야 할 MK 값의 무결성을 검증하도록 한다.
이를 위하여 비트 스트림 구조에 정의된 사용자 정의 필드에 도 2와 같이 키 변경 요청 플래그 값을 "1"로 설정하고, 이후에 마스터 키 해쉬 값(H(MK))을 저장한다. 일례로 H.264 영상의 경우, 키 변경 요청 플래그 및 마스터 키 해쉬 값은 부가 정보(Supplemental enhancement information: SEI) 필드에 삽입된다.
수신측(240)에서 영상을 복호화하기 위해서는 복호화 과정을 진행하기 전에 우선 부호화된 영상의 비트 스트림에 부가 정보 필드가 존재하는지를 확인해야 한다. 확인 결과 부가 정보 필드가 존재하면, 키 변경 요청 플래그의 값이 "1"인지 검사한 후, 키 변경 요청 플래그의 값이 "1"일 경우 마스터 키의 해쉬 값을 임의의 변수에 저장해놓는다.
이후, 복호화 과정을 통해 워터마크를 추출하고 추출된 값(MK')(250)의 해쉬 값을 계산하여 이전에 저장한 마스터 키 MK의 해쉬 값과 동일한 지를 검사한다.
만일 두 값이 일치하지 않을 경우, 영상이 전송되는 중에 위조 또는 변조되었음을 관리자 혹은 사용자에게 알려주고 더 이상의 복호화 과정을 수행하지 않는다. 반면, 두 값이 일치할 경우 영상을 정상적으로 출력하거나 DVR(NVR)에 저장하고, 워터마크 추출을 통해 얻은 마스터 키 값 MK을 키 유도 함수(270)의 입력으로 넣어 새로운 키 값(K1, K2,.., KN)을 생성하여 저장한다. 새롭게 생성된 K1, K2,.., KN 값은 이후 프레임의 영상 암호화 혹은 워터마킹 시 해당 기능을 수행하기 위해 필요한 키 값으로 이용된다.
도 3과 도 4는 각각 영상을 부호화하여 전송하는 측(도 2:220)과 부호화된 영상을 수신하여 복호화하는 측(도 2: 240)에서 수행하는 처리 동작을 나타내는 흐름도이다.
영상을 부호화하여 전송하는 측은 영상을 수신하여 복호화하는 측에서 워터마크 추출을 통해 얻은 마스터 키 값을 이용하여 키 유도 함수를 통해 새로운 키 값들을 생성하여 저장하는 과정을 동일하게 수행한다. 또한, 새롭게 생성된 키 값들은 해당 프레임 이후 프레임부터 사용 가능하다. 즉, 키 값 변경을 위해 마스터 키를 워터마크로 삽입하여 전송할 때는 이전에 생성된 키 값들을 사용함을 의미한 다.
즉, 도 3에 나타난 바와 같이, 영상이 입력되면(S310), 키 변경을 할 것인지를 확인한다(S320). 키 변경을 하지 않을 경우에는 미리 저장되어 있는 기존의 키 값(330)을 사용하여 영상을 인코딩한다(S330).
키 변경을 하여야 할 경우에는 영상을 인코딩할 때 변경하고자 하는 새로운 마스터 키 값(340)을 워터마크로 삽입한다(S340).
새로운 마스터 키 값(340)은 랜덤 변수 생성기(RNG)(320)를 통해 생성될 수 있으며, 새로운 마스터 키 값(340)이 생성되면, 이 값을 키 유도 함수(350)의 입력으로 하여 새로운 키(360)를 생성한다. 일단 새로운 키가 생성되면, 해당 프레임 이후의 입력 영상에 대하여 새로운 입력 키를 사용할 수 있다.
다음, 인코딩된 비트 스트림의 사용자 정의 필드에 키 변경 요청 플래그를 "1"로 설정하고, 마스터 키의 해쉬 값을 삽입한다(S350). 인코딩이 완료되면 인코딩된 영상을 수신측으로 전송한다(S360).
이제 영상을 수신하여 복호화하는 측의 동작을 도 4를 참고로 설명한다.
도 4에 나타난 바와 같이, 인코딩된 비트 스트림을 수신하면(S410), 인코딩된 비트 스트림의 사용자 정의 필드의 키 변경 요청 플래그를 확인한다(S420). 키 변경 요청 플래그가 "0"으로 설정되어 있으면 키를 변경할 필요가 없으므로 기존의 키를 이용하여 영상을 디코딩한다(S430). 반대로, 키 변경 요청 플래그가 "1"로 설정되어 있으면, 영상을 디코딩할 때 워터마크 추출 과정을 통해 마스터 키 값을 획득한다(S440).
획득된 마스터 키 값(MK')의 해쉬 값을 부호화 과정에서 삽입된 마스터 키 값(MK)의 해쉬 값과 비교하여(S450), 두 값이 동일한 경우에는 영상의 위변조가 없는 것이므로 복호화 과정을 진행한다. 복호화를 위해서는 먼저, 획득된 마스터 키 값을 키 유도 함수의 입력으로 넣어 해당 프레임의 다음 프레임부터 사용할 새로운 보안 키 값(460)을 생성하고 이를 저장한다(S460). 다음 디코딩된 영상을 영상 저장 장치 DVR(digital video recorder)/NVR(network video recorder)에 저장하거나 화면에 출력한다(S470).
획득된 마스터 키 값(MK')의 해쉬 값과 부호화 과정에서 삽입된 마스터 키 값(MK)의 해쉬 값을 비교한 결과(S450), 두 값이 일치하지 않는 경우에는 영상의 위조 또는 변조가 발생한 것으로 볼 수 있으므로 이를 보고하고(S480), 종료한다.
본 발명의 실시예에 따른 키 분배 및 변경 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들면 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 키 분배 및 변경 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1은 종래기술의 워터마크 삽입 방법을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 키 분배 방법을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 키 분배 및 변경 방법에 따른 송신측의 동작을 나타내는 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 키 분배 및 변경 방법에 따른 수신측의 동작을 나타내는 흐름도이다.

Claims (13)

  1. 영상 입력 장치로부터 부호화할 영상을 입력받는 단계와,
    상기 영상을 부호화하는 단계와,
    상기 영상에 키 유도 함수의 입력으로 사용될 마스터 키 값을 워터마크로 삽입하는 단계를 포함하며,
    상기 마스터 키는 랜덤 변수 생성기를 이용하여 생성되는 것인 키 분배 및 변경 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부호화 단계와 상기 워터마크 삽입 단계를 거쳐 생성된 비트 스트림의 사용자 정의 필드에 키 관련 정보를 삽입하는 단계를 더 포함하는 키 분배 및 변경 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 키 관련 정보는,
    키 변경 요청 플래그 및 마스터 키 해쉬 값을 포함하는 키 분배 및 변경 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비트 스트림을 복호화하는 단계와,
    상기 비트 스트림에 워터마크로 삽입된 마스터 키 값을 추출하는 단계와,
    상기 사용자 정의 필드에 포함된 상기 마스터 키 해쉬 값을 추출하는 단계를 더 포함하는 키 분배 및 변경 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 워터마크로 삽입된 마스터 키 값의 해쉬 값을 계산하는 단계와,
    상기 워터마크로 삽입된 마스터 키 값의 해쉬 값과 상기 사용자 정의 필드에 포함된 상기 마스터 키 해쉬 값을 비교하여 두 값이 다를 경우, 입력 영상이 위조 또는 변조되었음을 알려주는 단계를 더 포함하는 키 분배 및 변경 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 키 변경 요청 플래그를 확인하는 단계와,
    상기 워터마크로 삽입된 마스터 키 값의 해쉬 값을 계산하는 단계와,
    상기 확인 결과 상기 키 변경 요청 플래그가 "1"로 세팅되어 있고, 상기 워터마크로 삽입된 마스터 키 값의 해쉬 값과 상기 사용자 정의 필드에 포함된 상기 마스터 키 해쉬 값을 비교하여 두 값이 같을 경우, 상기 마스터 키 값을 키 유도 함수의 입력으로 넣어 새로운 키 값을 생성하는 단계를 더 포함하는 키 분배 및 변경 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 키는 생체 정보 또는 인증 정보를 포함하는 특정 데이터를 이용하여 생성되는 키 분배 및 변경 방법.
  9. 랜덤 변수 생성기를 이용하여 생성된 마스터 키 값이 워터마크로 삽입된 비트 스트림을 복호화하는 단계와,
    상기 마스터 키 값을 추출하는 단계와,
    상기 마스터 키 값을 키 유도 함수의 입력으로 넣어 새로운 키 값을 생성하는 단계를 포함하는 키 분배 및 변경 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비트 스트림의 사용자 정의 필드에는 키 변경 요청 플래그가 포함되어 있으며,
    상기 키 변경 요청 플래그가 "1"로 세팅되어 있는 경우, 상기 마스터 키 값을 키 유도 함수의 입력으로 넣어 새로운 키 값을 생성하는 키 분배 및 변경 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 비트 스트림의 사용자 정의 필드에는 마스터 키 해쉬 값이 포함되어 있으며,
    상기 워터마크로 삽입된 마스터 키 값의 해쉬 값과 상기 사용자 정의 필드에 포함된 상기 마스터 키 해쉬 값을 비교하여 두 값이 같을 경우, 상기 마스터 키 값을 키 유도 함수의 입력으로 넣어 새로운 키 값을 생성하는 키 분배 및 변경 방법.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 마스터 키는 생체 정보 또는 인증 정보를 포함하는 특정 데이터를 이용하여 생성되는 키 분배 및 변경 방법.
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