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한국통신학회논문지

저밀도 패리티 검사부호에서 오류마루 감소를 위한 수정 합-곱 알고리즘

유석근, 강석근, 주언경

Published May 1, 2010• 0 citations
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Abstract

본 논문에서는 저밀도 패리티 검사부호의 복호에서 발생하는 트랩핑 세트에 갇힌 오류를 정정할 수 있는 수정합-곱 알고리즘을 제안한다. 원래 합-곱 알고리즘과는 달리 제안된 방법은 반복복호의 실패 원인이 트랩핑 세트인지를 판단하는 과정과 트랩핑 세트에 갇힌 오류를 정정하는 2단계 복호과정으로 구성된다. 수정 합-곱 알고리즘에서는 트랩핑 세트에 포함된 변수노드를 검색하기 위하여 실패 검사노드 집합과 경판정 비트들의 천이패턴을 이용한다. 그리고 검색된 변수노드의 정보를 반전시킨 다음 합-곱 알고리즘을 수행함으로써 트랩핑 세트에 갇힌 오류를 정정한다. 모의실험 결과 제안된 복호알고리즘은 신호 대 잡음비의 증가에 따라 지속적으로 향상되는 오류성능을 보인다. 따라서 수정 합-곱 알고리즘은 저밀도 패리티 검사부호에서 발생하는 오류마루 현상을 현저히 감소시키거나 거의 제거할 수 있는 것으로 사료된다.

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최근 엄청난 계산 능력을 보여주는 양자 컴퓨터와 정보 접근성이 높고 비용이 낮은 클라우드 컴퓨팅에 대한 개발이 활발하 게 이루어지고 있다. 이러한 양자 컴퓨터의 경우 양자오류정정부호가 필수적이며, 클라우드 컴퓨팅의 경우 보안성 및 계산성 을 확보하기 위해 동형암호가 사용될 수 있다. 각각 다른 목적을 위해 사용되는 이 두 기법은 서로 비슷한 가정을 바탕으로 하고 있어, 양자오류정정부호를 기반으로 동형암호를 구성하는 연구들이 진행되어왔다. 따라서 본 논문에서는 일반적인 양자 오류정정부호를 변형하여 동형암호적 양자정보처리가 가능한 기법을 제시한다. 기존의 양자오류정정부호를 이용한 동형암호 기법의 경우 부호를 사용하였지만 오류정정 능력이 전혀 없는데 반해, 제시한 양자오류정정부호 기법을 사용하면 동형암호적 양자정보처리가 가능하면서도, 동시에 양자오류정정부호 본연의 기능인 양자정보의 연산, 저장 중의 오류를 정정할 수 있는 장점이 존재한다.
본 논문에서 위상변조와 푸리에 변환을 이용하여 이진 영상을 위한 새로운 암호화 방법을 제안한다. 복호를 위해서 제곱칙 특성을 이용한다. 키 영상은 랜덤 패턴의 위상변조와 그의 푸리에 변환으로 구해지며 입력 영상은 위상 변조된 랜덤 패턴과 위상 변조된 입력의 곱을 푸리에 변환함으로서 암호화된다. 암호화된 영상과 키 영상은 위상 정보만을 가지므로 일반 세기 검출기로는 복사나 위조가 불가능하며 복호는 키 영상에 의해서만 가능하다. 원 영상을 재생하기 위해, 키 영상과 암호화된 영상의 위상 마스크는 푸리에 변환 렌즈와 함께 각각 마흐-젠더 간섭계 경로에 따로 두며 출력 영상은 CCD 카메라에 세기 형태로 나타난다. 제안한 방법은 위상 변조기로 LCD를 사용하고 CCD 카메라의 특성을 이용하여 재생하므로 실시간 처리가 가능하다. 제안된 방법이 컴퓨터 모의 실험과 광학적 실험 결과 암호화 구조로서 우수한 성능을 갖음을 보여준다.
물리계층보안은 신호의 물리적 특성을 이용하여 정보를 보호하는 보안 기법이다. 현재 이에 대한 연구가 활발히 진행 중이지만 해결해야할 다음과 같은 문제점들이 존재한다. 도청자는 자신의 존재를 숨기기 위해서 자신의 채널상태정보를 다른 합법적인 노드와 공유하지는 않는다. 그리고 노드가 신호를 전송할 때 하드웨어 왜곡이 발생하지만 많은 연구들은 노드 모델들이 이상적인 것으로 가정을 하고, 하드웨어 왜곡문제를 고려하지 않고 있다. 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 논문의 주요한 특징 및 기여도는 다음과 같다. 첫째, 도청자의 채널상태정보를 얻기 위해서 조력자노드를 합법적인 노드주변에 설치하고, 조력자노드의 채널상태정보를 이용하여 노드모델에서 하드웨어 왜곡을 고려한다. 둘째, 제안된 시스템 모델의 인터셉트 확률에 대한 Closed-Form Expression을 제시한다. 제안된 시스템의 성능평가를 위해서 다양한 시뮬레이션를 통하여 제안된 시스템 모델의 물리계층보안에 미치는 영향을 알아본 결과, 불완전한 채널상태정보는 인터셉트 확률에는 영향을 미치지 못한 반면에, 불완전한 노드모델의 경우, 인터셉트 확률, 에르고딕 시크리스 용량과 보안채널용량에 영향을 준다는 것을 보여준다.
불확정 전송은 암호화 프로토콜을 설계하기 위한 기본적인 도구로서 유용하게 쓰이는 서브 프로토콜이다. 서로간에 믿을 수 없는 두 상대 사이에 비밀 교환을 위한 프로토콜을 설계하는데 있어서 강력한 도구로 일반적인 암호화 프로토콜에서 비밀을 보장하면서 그것에 관련된 임의의 정보를 보내야 되는 경우 OT 프로토콜은 유용하게 쓰일 수 있다. 본 연구에서는 검증가능한 비대화형 불확정 전송을 제안한다.
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