블록체인 기반의 CCTV 영상 위·변조 검증 메커니즘

Ⅰ. 서 론

최근 범죄 예방을 위해 설치되고 있는 CCTV는 매년 증가하고 있으며, 국가지표체계에 공개된 내용에 따르면, 대한민국 공공기관의 CCTV 설치대수는 16년도부터 10만대 이상씩 설치되고 있음을 소개하고 있다[1]. 이처럼 증가하고 있는 CCTV에 비례하여 수집되고 있는 영상 또한 늘어나고 있으며, 영상을 관리하는 기관은 촬영된 영상에 대해 위·변조 사실을 파악하고, 영상의 신뢰성을 확보해야할 필요성이 존재한다[2].

실례의 하나로 쇼단(Shodan)이나 인세캠(Insecam)에 의해 여러 국가의 CCTV에서 촬영된 영상이 유출되는 사건이 크게 화제가 되었다[3]. 화제가 된 두 사이트는 IoT 장치의 보안취약점 분석을 통한 보안성 강화를 목적으로 개설된 것으로, 보안취약점을 통해 영상장치에 접근하였다. 이는 해당 보안취약점을 이용하여 영상장치에 접근하고, 영상의 무결성을 훼손할 위험성이 존재함을 시사한다[4][5]. 그러므로 본 논문에서는 촬영된 영상의 메타데이터와 접근한 사용자의 기록을 블록체인에 기록함으로서 신뢰할 수 있는 기록을 생성하고, 이후 영상의 위·변조 사실을 확인해야 하는 경우, 기록된 내용과 대치함으로서 영상의 위·변조 사실과 시점을 확인할 수 있도록 하는 메커니즘을 제안하였다.

Ⅱ. 관련 연구

Ⅲ. 블록체인 기반 CCTV 영상 위·변조 감지 메커니즘

제안된 메커니즘은 기존의 영상감시 시스템에서 수집한 영상에 대해 추가적으로 발생한 시점과 이후 영상이 변경될 경우 해당 내용과 사용자를 블록에 기록함으로서 이후 위·변조가 발생할 경우, 발생한 시점과 사용자의 정보를 통해 영상의 무결성을 검증하는 것을 목적으로 한다[14][15]. 본 메커니즘은 카메라로부터 수집된 영상이 수집되는 서버에서 일정 시간 간격으로 촬영된 영상을 저장하고, 저장된 영상에 대한 사용자의 정보와 영상에 대한 정보를 블록데이터로 변환하여 블록네트워크에 전송함으로서 저장된 정보에 대한 위·변조 방지를 통해 신뢰할 수 있는 검증 데이터를 저장한다[17][18].

그림 1은 제안된 메커니즘의 개념도를 보이는 것으로 각 영상장치에 의해 촬영된 영상이 영상 서버로 전송되면, 해당 영상을 관리하는 관리자의 ID(Identity)와 영상이 수정되거나, 접근된 일자, 영상을 관리하는 장치의 IP(Internet Protocol) 주소, 영상의 저장된 이름과 영상의 용량, 영상의 해시값을 하나의 블록데이터로 생성하여 블록네트워크로 전송하는 과정을 보이는 것이다[19][20].

Fig. 1.

Concept of mechanism

그림 2는 제안된 메커니즘의 진행 순서에 대해 순서도를 이용하여 보이는 것이다.

Fig. 2.

Flowchart of the mechanism

3.1 용어

표 1은 제안된 메커니즘에서 블록데이터를 생성하는 과정에서 사용되는 용어를 보이는 것이다.

Table 1.

Notation

3.3 블록데이터 해시 생성 단계

블록데이터 해시 생성 단계에서는 블록네트워크에 추가하기 위해 블록데이터의 해시값을 구하고, 공개키 기반의 암호화 방식을 통해 암호화된 블록데이터를 해시값을 이용하여 블록네트워크에 게시한다. 먼저 생성된 블록데이터는 RSA 공개키 암호화 방식에 기반하여 영상을 암호화하여 암호문과 두 쌍의 키를 생성한다. 생성된 공개키는 블록데이터에 추가함으로서 이후 정당한 관리자의 복원 요청이 발생할 경우, 관리자가 가진 공개키에 의해 복원될 수 있도록 한다. 식 (3)은 RSA 암호화에 의해 암호문과 키가 생성됨을 보이는 것이다.

$\[ RSA Encryption\left(B_D\right)=\left\{\begin{array}{c}Cryptogram\\ \left\{\begin{array}{c}\mathrm{P}\mathrm{r}ivate Key\\ Public Key\end{array}\right.\end{array}\right. \]$

(3)

RSA 암호화에 의해 암호화된 블록데이터 BD는 다시 한 번 SHA 연산에 의해 해시값을 생성한다. 식 (4)는 SHA 연산을 수행하여 블록네트워크에 추가하기 위한 블록 해시를 연산하는 과정을 보이는 것이다.

$\[ B_H=SHA256\left(B_D\right) \]$

(4)

식 (4)에 의해 연산된 블록 해시는 이후 블록네트워크의 변조를 어렵게 하기 위해 이후 생성되는 블록데이터에 대한 이전 주소의 역할로서 사용된다. 블록네트워크에 추가되는 두 번째 블록데이터부터는 이전에 연산된 블록 해시를 헤더에 추가한다.

생성된 블록네트워크는 내용의 변경을 위해서 이후 추가되는 모든 해시값을 재연산해야하기 때문에 해당 데이터에 대한 변조가 어려워지게 된다. 그림 3은 생성된 블록의 구조에 대한 예시를 보이는 것이다.

Fig. 3.

Block structure

Ⅳ. 제안된 메커니즘 구현

제안된 메커니즘은 사용자의 ID, 영상 접근 일자, 영상의 이름, 영상의 용량, 영상의 해시값을 블록데이터로서 생성하였으며[21]-[24], 이와 같은 블록데이터를 생성하고, 블록데이터의 해시값을 기반으로 한 블록체인을 구현하였다. 그림 4는 구현 결과를 보이는 것이다.

Fig. 4.

Mechanism implementation result

구현된 메커니즘에서 영상정보는 1차적으로 블록데이터를 생성하는 과정에서 데이터 안에 포함되는 내용과 영상의 접근이 발생할 때 마다 블록이 발생되는 차수와 해당 블록데이터의 이전 해시값과 현재 해시값을 헤더에 기록하고[25]-[30], 최종적으로 해당 블록에 기록되어 있는 블록데이터를 확인하였다.

Ⅴ. 결론 및 향후 과제

영상감시 시스템에 의해 촬영된 영상은 이후 촬영된 장소에서 발생한 사건이나 사고 등에 대한 증거물로서 사용될 수 있으며, 이 경우 제출되는 영상은 위·변조가 없음이 증명되어야만 한다. 영상의 위·변조가 되었을 가능성이 있는 영상은 증거물로서 사용할 수 없으며, 영상의 위·변조를 방지하는 기술 적용을 통해 영상의 신뢰성을 확보할 수 있는 방안이 요구된다. 이에 대해 블록체인은 블록데이터간의 연결이 바로 이전에 저장되어있는 블록데이터의 해시값을 헤더에 포함한다는 점을 이용한다. 모든 블록데이터는 바로 전 블록데이터의 해시값을 가지고 있으며, 어떤 블록데이터를 변경하기 위해서는 블록데이터를 변경하고 생성된 해시값을 이후에 생성된 블록데이터에 적용하여야하며, 이후에 생성된 모든 블록데이터는 새로운 해시값을 연산하여 적용하여야하기 때문에 블록데이터에 대한 위·변조가 어렵다는 장점을 가진다.

본 논문에서 제안한 블록체인 기반의 영상 위·변조 검증 메커니즘은 블록데이터에 영상의 정보를 저장함으로서 이후 영상의 제출이 요구될 경우, 해당 영상에 대해 신뢰성을 증명할 수 있는 비교검증 데이터를 생성하는 것을 목적으로 한다. 영상감시 시스템에 의해 촬영된 영상은 그 사용용도에 의해 위·변조에 민감하며, 영상의 위·변조를 증명하거나 혹은 위·변조 자체를 방지할 수 있는 메커니즘의 지속적인 연구가 필요하다.

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