한국저작권위원회

1. UHD시대 보이지 않는 워터마크와 그 기능

□ 배경

○ ‘워터마크’는 잘 알려진 복제 방지기술이다. 일반적으로 워터마크는 복제방지 기술로 알려져 있으며, 불법복제물 유포자를 찾아내고 추적하는 기능까지 가지고 있다고 알려져 있다. 이러한 워터마크의 기능이 UHD 시대에 더욱 그 중요성을 더하고 있다.

○ 기존의 HD나 풀HD의 경우에는 캠코더나 아날로그 동영상 촬영 장비를 활용하여 촬영하면 영상의 화질이 크게 떨어지는 문제가 발생해서 이러한 행위가 크게 문제가 되지는 않았다. 화질 자체의 차이로 인해 불법적인 촬영을 해도 활용도가 낮았기 때문이다. 그러나 UHD 시대가 되면서 눈에 띄게 선명해진 화질은 UHD 콘텐츠를 UHD 아날로그 카메라로 촬영하면 풀 HD 급 화면이 생성되는 문제를 야기하고 있다. 따라서 캠코더 등을 활용한 아날로그 복제 행위로 인한 피해가 빈번하게 발생할 것으로 예상된다. 헐리우드 영화 제작사들이 공동 설립한 무비랩스가 추산한 바에 따르면 이를 막지 못할 경우 블록버스터 작품 기준으로 한 편당 2억~3억 달러 가량의 손실이 발생할 것으로 예상하고 있다.

○ 이러한 이유로 워터마크를 활용한 영상 복제 여부 파악 및 추적 기능이 그 중요성을 더해 가고 있다. 워터마크를 사용할 때에는 그 기능뿐만 아니라 콘텐츠에 영향을 줘서는 안 된다는 점도 고려를 해야 한다. 이러한 내용을 고려해 현재 개발된 워터마킹 기법은 '보이지 않는 워터마크(Invisible Watermark)' 솔루션이다. 이 솔루션은 일부 화소(픽셀) 값을 미세하게 바꿔 IPTV 등 콘텐츠 공급 업체의 각 가입자별 코드를 부여하는 방식이다. 이러한 워터마크의 기능이 어디부터 어디까지 실제로 가능한지 이러한 기능들이 어떻게 가능해 지는지 살펴보도록 하겠다.

□ 주요 내용

○ 2015년 11월 17일 UHD 시대의 불법복제에 대한 내용의 뉴스가 디지털 타임즈에 발표되었다. UHD 시대의 불법복제를 막기 위해 효과적인 방안으로 알려져 있는 워터마크의 기능과 이를 무력화 시키고자 하는 노력, 무력화 시키고자 하는 공격을 방어하는 노력등을 알아보도록 하자.

○ 워터마크(WaterMark)란 각종 데이터에 저작권 정보와 같은 비밀 정보를 삽입하여 관리하는 기술을 말한다. 그림이나 문자를 데이터에 삽입하며 원본 출처 및 정보를 추적할 수 있으며, 삽입된 워터마크는 재생이 어려운 형태로 보관된다. 이러한 워터마크의 주요 기능을 살펴보면 아래와 같다.

▶ 저작권 보호 : 저작권자를 규정하고 소유관계를 주장할 수 있다.

▶ 위조나 변조 판별 : ‘연성 워터마크’를 이용하게 되면 해당 데이터 수정 시 워터마킹 된 부분이 깨지므로 이를 통해 문서의 진위여부를 판별할 수 있게 된다.

▶ 불법 복제 추적 : 콘텐츠에 공급받은 사용자의 ID를 넣어 불법 복제자를 추적할 수 있다.

▶ 무단 복사의 방지 : 복사할 수 있는 횟수를 제한할 수 있다.

▶ 사용자 제어 : 콘텐츠에 추가정보를 삽입 하여 특정한 사용자를 지정할 수 있다.

▶ 내용 보호 : 영상 등의 내용을 상업적으로 재사용할 수 없도록 보호할 수 있다.

▶ 내용 라벨링 : 콘텐츠에 포함된 워터마크가 콘텐츠에 대한 정보를 포함 하도록 할 수 있다.

○ 워터마크가 삽입되어 있는 디지털 콘텐츠를 어떠한 형태로든 변형을 가해서 기록된 워터마크의 기능을 무력화 시키는 것을 워터마킹 공격이라고 한다. 워터마킹 공격은 크게 4 가지로 구분된다.

▶ 첫 번째는 제거 공격(removal attack)이다. 두 개의 그림 영역을 평균으로 만들어 뭉개버리는 형태로 워터마크를 제거하는 방법이다. 가우시안 (gaussian)/미디안(median)/평균(mean) 필터링(filtering)과 같이 중간 값을 선택하는 다양한 방법을 사용할 수도 있고, JPEG 또는 JPEG2000에서 사용하는 손실 압축(lossy compression) 같은 방법으로 그림 정보를 일부러 손실시키는 방법도 있다. 히스토그램 평준화(histogram equalization)와 같이 차이가 나는 몇 몇 부분을 동일한 값으로 처리해서 제거하는 방법도 있다. 이들 모두 몇 개의 그림 영역을 하나의 평균값으로 처리해서 해결하는 방법으로 화질 자체의 저하가 생긴다는 단점을 지니고 있는 방법이다.

▶ 두 번째는 비동기화 공격(desynchronization attack)으로 워터마크가 삽입되어있는 이미지/동영상에 변형을 가하여 워터마크를 검출하지 못하게 하는 방법이 있다. 워터마킹 된 이미지/동영상을 기하학적 변형(geometric transform)에 의해서 다양한 형태로 약간씩 변형하여 워터마크를 없는 것처럼 보이게 하는 방법이다. 기하학적 방법에는 이동(translation), 회전(rotation), 반전(mirroring), 비례 축소(scaling), 이미지 열/행 제거, 자름(cropping), 모자이크(mosaic:모자이크처럼 만들기)등이 있다. 기하학적 변형 공격을 RST(회전(Rotation), 크기변환(Scaling), 평행이동(Translation)) 공격이라고도 하고 현재 가장 힘든 공격 중에 하나로 대응책이 가장 많이 연구되고 있다.

▶ 세 번째는 암호 공격(cryptographic attack)으로 워터마킹 과정에서 사용되는 암호 값을 알아내 워터마크를 근본적으로 제거하는 방법이다. 워터마크를 만들어낸 키를 찾아내서 그 키를 이용해서 풀어내는 형태의 공격방법이다.

▶ 네 번째는 프로토콜 공격(protocol attack)으로 이 공격은 워터마크가 삽입된 영상을 분석한 후 워터마크를 추정하거나 워터마크가 삽입되기 전의 영상을 추정하여 워터마크를 제거하는 방법이다.

○ 여러 가지 공격 방법들을 해결할 수 있는 강력한 알고리즘은 아직 개발되지 못했다. 하지만 최근 몇 가지 새로운 방법들이 제안되었고, 특히 가장 대응하기 어려운 공격 방법으로 알려진 RST 공격에도 잘 대응할 수 있는 방법들이 제안되고 있다. 주요 방어 방법들은 아래와 같다.

▶ 영상을 로그(log)좌표와 극(polar)좌표계로 변환(LPM : Log-Polar Mapping)하는 방법이다. 이는 로그-극 좌표 변환 영상은 회전 및 비례 축소 공격에 불변하다는 성질을 이용한 방법이다. 이 방법을 활용하면 다양한 제거 공격에 대처 할 수 있다는 장점이 있지만, 이동 공격에는 대처하기 어렵다는 단점이 존재한다.

▶ 다른 방법은 템플릿(template)을 이용한 방법이다. 워터마크를 삽입할 때부터 워터마크 신호이외의 다양한 템플릿 (규칙적인 모양)을 삽입하는 방법이다. 템플릿을 활용하면 다양한 변환 공격을 받았을 때 어떤 변환 공격을 받았는지 확인 할 수 있다는 장점이 있다.

▶ 마지막 방법은 워터마크 자체가 템플릿 형태를 가질 수 있도록 주기적으로 워터마크를 삽입하는 방법이다. 이를 자기참조 (self-reference) 방법이라고 한다. 현재까지 알려진 바에 의하면 템플릿 기법보다 확실하게 워터마크 기능을 유지할 수 있도록 도와주는 것으로 알려져 있다.

○ 지금까지 워터마크의 기능과 이 워터마크의 기능을 무력화 시키려는 노력, 무력화 노력을 극복하려는 노력에 대해서 알아봤다. 현재에도 이 세 가지 주제에 대한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 강력한 워터마크가 개발되길 많은 이들이 기대하고 있다.

□ 평가

○ 워터마크의 가장 중요한 기능은 잘 알려진 바와 같이 원본과 복사본을 구분해 내는 일이다. 콘텐츠의 고급화는 콘텐츠 생산을 위한 비용을 증가시키고 있는데 이는 보다 강력한 워터마크의 필요성을 증가시키고 있다.

○ 워터마크는 단순히 위변조를 판별하는 기능에서 이제는 추적 검출 기능 등 다양한 기능을 가지고 있다. 간단하지만 강력한 워터마크의 필요성이 어느 때보다도 중요해지고 있는 시점이다.

□ 참고자료

○ 디지털 워터마킹 기술, KBS 기술연구소

○ 디지털 워터마킹 개요, 최용락

○ http://www.dt.co.kr/contents.html?article_no=2015111702101560813003

○ http://opinion.inews24.com/php/news_view.php?g_menu=049003&g_serial=1484

○ 효과적인 3D ahepf 시각화를 위한 ProductView 워터마크 기능의 소개, Mechanical