최창렬 실트로닉테크놀로지 부설연구소 워터마킹팀장
<최창렬>
◇한양대학교 전파공학과 졸업
◇한양대학교 대학원 전자통신공학과 석사
◇한양대학교 대학원 전자통신공학과 박사
◇현 실트로닉테크놀로지 부설연구소 워터마킹팀 팀장
멀티미디어 산업이 팽창하고 인터넷과 같은 네트워크 기술이 발전하면서 문서·음성·사진·동영상 데이터와 같은 다양한 콘텐츠들이 디지털화돼 효율적으로 저장, 접근 및 이용할 수 있게 됐다. 이들 디지털 매체에 대한 수요가 증가하는 이유는 웹에서 제공되는 데이터를 원본과 똑같은 형태로 개인용 컴퓨터에 저장할 수 있다는 장점 때문이다.
하지만 역설적으로 바로 이점이 사용자가 정보를 이용하는데 필요한 허가, 보상 및 제한 문제, 정보 소유권에 관한 권리에 이르기까지 다양한 문제를 발생시켰다. 이 때문에 저작권과 연관된 것에 대한 보호의 필요성이 절실히 요구되고 있다.
현재 사용되는 암호화 기법의 콘텐츠 보호는 디지털 콘텐츠에 대한 접근이 극히 제한된다는 단점과 한번 암호가 풀린 콘텐츠는 더이상 보호할 수 없다는 한계를 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 하나의 수단으로 디지털 워터마크(digital watermark) 기법이 제안되고 있다.
디지털 워터마크는 정지 영상, 동영상, 오디오, 컴퓨터 프로그램과 같은 데이터에 인간이 인지할 수 없도록 삽입한 디지털 코드를 말한다.
◇디지털 워터마킹의 종류=일반적으로 워터마크는 공격에 대한 내성에 따라서 크게 세 가지로 구분된다.
첫째 로버스트(robust·저작권 증명) 워터마크다. 이는 가장 일반적인 형태의 워터마크로 일반적인 공격에 강인하게 제작됐다. 로버스트 워터마크는 주로 소유권 주장이나 저작권 문제를 해결하기 위해 사용된다.
두번째는 프래절(fragile·원본증명) 워터마크로 대부분 인증이나 무결성에 관련된 목적에 적합하다. 이 워터마크의 경우 공격을 받으면 쉽게 손상돼서 공격받은 위치나 공격의 형태 등에 대한 정보를 준다.
마지막으로 로버스트 워터마크와 프래절 워터마크의 중간 형태인 세미프래절 워터마크가 있다. 세미프래절 워터마크는 비의도적으로 공격했거나 코드를 변경하는 경우에는 살아남고, 삭제하거나 가공하는식의 의도적인 공격에 대해서는 공격한 위치를 확인할 수 있다.
또 원본 및 키의 사용 여부에 따라서도 크게 두 가지로 구분된다.
하나는 워터마크 검출시 원본을 사용하는 경우로 이를 논어블리비어스(non oblivious) 워터마크라고 부른다. 원본을 사용해 워터마크된 데이터와 원 데이터간의 관계를 활용해 워터마크를 검출하게 된다. 이 방법의 경우 워터마크된 영상과 원본 영상을 일일이 대조해야 하는 등 여러 가지 문제점이 있다.
또 하나는 검출시 원본 없이 워터마크된 데이터만을 사용해 워터마크를 검출하는 방법이 있는데 이를 어블리비어스 워터마크라고 부른다. 거의 대부분의 워터마크 방법은 이 기법을 사용하고 있다. 논어블리비어스 워터마크나 어블리비어스 워터마크 역시 키가 없으면 워터마크를 검출할 수 없다.
워터마크 알고리듬들을 스터마크(stirmark)라고 불리는 공격툴을 사용해서 공격자의 영상에 대한 의도적인 공격에 어느 정도의 강인성을 갖는지 테스트하는 것이 일반적이다. 이 툴은 영상을 압축(compression), 절삭(cropping), 회전(rotation), 확대 및 축소(scaling), 가로 대 세로 비율 변화(aspect ratio change) 등의 공격을 가한다. 그림1 참조
이러한 알고리듬들의 강인성 증가로 인해 최근에는 영상 자체 내의 공격보다는 워터마크 알고리듬을 사용하는 환경의 취약점을 공격하는 기법들이 나오고 있다.
◇디지털 워터마킹의 활용방안 =이러한 워터마크의 활용방안은 대단히 광범위하다.
△저작권보호:우선적으로 생각할 수 있는 활용방안은 저작권보호다. 지적재산권을 보호하기 위해서 콘텐츠 소유자가 자신의 콘텐츠에 저작권 정보를 나타내는 워터마크를 삽입하고 누가 자신의 저작권을 침해하거나 불법으로 사용했을 때 법정에서 자신의 소유권임을 증명할 수 있는 정보로 사용 가능하다.
△저작권제어:디지털 콘텐츠에 삽입하는 워터마크에 복제와 관련된 정보를 삽입하게 되면 복사 회수의 제한 및 복사의 권한, 복제 방지 등으로 활용이 가능하고, 재생 회수 역시 제한할 수 있다. 예를 들면 MP3플레이어·PDA·모바일폰 등 휴대형 기기나 DVD플레이어에 워터마크 디코더를 장착해 오디오·비디오 등의 불법 사용을 방지할 수 있다.
△방송모니터링:상업광고 속에 워터마크를 삽입한 후 자동화된 모니터링 시스템에 의해 광고가 계약대로 방송되고 있는지를 확인할 수 있다. 광고뿐 아니라 TV 프로그램도 이러한 방법으로 보호될 수 있다. 방송감시시스템은 모든 방송 채널을 체크할 수 있고, 발견 여부에 따라서 TV 방송국에서 과금을 할 수 있다. 또한 시청률과 관련된 정보 역시 워터마크를 사용해 자동적으로 안정적인 조사가 가능하다.
△불법복제 추적(finger printing):인터넷상에서 불법으로 유통되고 있는 디지털 콘텐츠를 발견했을 때 디지털 워터마킹 기법이 적용된 콘텐츠라면 그 콘텐츠의 원래 저작권자가 누구인지는 알아낼 수 있지만 불법적으로 배포한 사람은 확인할 수 없다. 이를 해결하기 위해 워터마크로 삽입하는 정보를 저작권자나 판매자가 아닌 구매자의 정보를 삽입하게 되는데 이를 핑거 프린트라고 부른다.
만약 불법으로 유통되고 있는 콘텐츠에서 핑거 프린트 정보를 추출하면 그 콘텐츠가 어떤 구매자에게 판매된 콘텐츠인지 식별이 가능해 법적인 조치를 가할 수 있다.
이처럼 지적재산권 보호를 위해서 콘텐츠 소유자가 핑거 프린팅 기술을 이용해 콘텐츠를 공급받는 사용자마다 ID나 일련번호와 같은 다른 워터마크를 삽입함으로써 라이선스 계약을 위반하고 불법 배포한 사용자를 찾아내는데 사용할 수 있다. 또한 소비자의 소비행태와 유통경로에 대한 정보 역시 획득할 수 있다.
△위·변조 방지:각종 계약서류, 사진이나 그림 작품, 동영상 등이 디지털화돼 있다면 디지털의 특성상 여러 가지 프로그램을 사용해 누구나 쉽게 위조나 변조를 가할 수 있다. 이런 일들을 방지하기 위해 디지털 콘텐츠에 아주 작은 공격에도 쉽게 깨지는 워터마크를 삽입, 위·변조를 시도하면 원본이 아니라는 것을 증명해줌과 동시에 변조된 위치 파악이 가능하다.
대표적으로 DVR(Digital Video Recorder) 및 감시시스템에서 위·변조 방지를 위한 워터마크의 수요가 급격히 증가하고 있다. 암호기법과 차이가 있다면 워터마크의 특성상 부가적인 데이터가 필요하지 않고 위치파악이 가능하다는 점이다.
또 의료영상과 같이 특수한 목적에 따라서는 인증된 콘텐츠의 경우 워터마크가 삽입되기 이전의 콘텐츠를 다시 만들 수도 있다. 최근에는 깨진 부분을 복구할 수 있는 워터마크 기법과 압축이나 보통의 처리에는 반응하지 않고 의도적인 공격에만 반응하는 기법이 활발히 연구되고 있으며 일부 상용제품이 출시됐다. 그림2·3 참조
△비밀통신:워터마크의 특성상 일반 사용자는 콘텐츠에 워터마크가 들어있는지 여부를 확인할 수 없다. 이 때문에 군대에서 통신이나 키 전송과 같은 안전한 채널 환경을 요구하는 경우에도 활용이 가능하다. 대표적으로 알카에다 같은 비밀조직이 통신을 위해 워터마크를 사용했다는 의혹이 최근에 제기되기도 했다.
이외에 워터마크를 통해 채널의 현재 상태를 측정하거나 다중화 통신환경에서 워터마크를 사용해 다수 사용자간의 간섭을 줄이는 방법에 대한 연구들도 진행중이다.
◇디지털 워터마킹 기술의 전망=이상으로 간단하게 워터마크의 각종 활용방안과 워터마크 기술의 현수준에 대해서 알아보았다.
워터마크의 발전상황을 살펴보면 암호학의 발전과 대단히 유사한 점이 많다. 초창기 암호학이 많은 공격을 받아 유용성이나 안전성에 의구심을 남기기도 했으나 관련 분야 종사자들의 노력에 의해 지금은 암호학이 인정받고 있다. 이렇듯 워터마크 역시 초창기에는 해결되지 못한 문제들이 연구가 계속되면서 유용성과 안전성에 대해 인정을 받아가고 있다.
특히 워터마크는 초기의 수동적인 보안형태를 벗어나 위·변조 방지 및 위치추적, 불법복제 추적 등 여러 분야로 응용범위를 넓혀 나가고 있다. 연구가 더욱 진행되면 훨씬 더 많은 응용 분야가 생길 것으로 기대된다.
나아가 학문적인 체계에서도 초창기의 단순한 워터마크의 삽입·검출에 대한 나열식 접근이 아니라 통신분야, 특히 정보이론을 이용해 워터마크에 대한 학문체계를 갖춰가고 있다. 또 초기에는 타 분야에 전적으로 의지해서 연구가 이뤄졌으나 이제는 다른 연구분야에도 충분히 공헌할 만한 이론적인 성과들을 이루고 있으며, 현재까지의 발전속도로 볼 때 이같은 움직임은 더욱 가속화될 것이다.
<정은아기자 eajung@etnews.co.kr>
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