양자 게이트키퍼: VQC 기반 키 도출을 활용한 다중 요소 컨텍스트-바운드 이미지 스테가노그래피

본 논문은 양자 게이트키퍼(Quantum Gatekeeper)를 소개합니다. 이는 성공적인 페이로드 복구에 암호학적 복호화뿐만 아니라 정밀한 추출 경로의 재구성이 필요한 컨텍스트-바운드(image steganography) 프레임워크입니다. 시스템은 손실 없는 최소 중요 비트(LSB, lossless least significant bit) 임베딩과 결정론적 변분 양자 회로(VQC, deterministic variational quantum circuit)에서 파생된 게이트 키, 다중 요소 컨텍스트 바인딩, 인증 암호화를 통합합니다. 페이로드 추출은 네 가지 필수 요소에 의존합니다: 비밀번호, 공유 비밀키, 사용자 제공 컨텍스트 문자열, 그리고 참조 이미지 서명입니다. 이러한 요소 중 하나라도 편차가 발생하면 시스템은 잘못된 픽셀 시퀀스를 읽거나 인증에 실패하여 부분적인 공개 대신 침묵스러운 거부(silent rejection)를 일으킵니다.

제안된 방법은 시드 조건부 변분 회로에서 게이트 제어 추출 키를 도출하며, 매개변수는 암호학적 해시 확장 및 컨텍스트 의존적 이미지 특징을 통해 생성됩니다. 인코딩/디코딩 일관성을 보장하기 위해 암호학적 키 경로는 정확한 상태 벡터(statevector) 시뮬레이션을 통해 생성되고, 동시에 IBM 초전도 양자 하드웨어는 물리적 노이즈 하에서 회로 계열의 통계적 행동을 평가하는 데 활용됩니다. 우리는 비스 nonce 부트스트래핑 의존성을 해결하기 위해 헤더 복구를 페이로드 복구와 분리하는 듀얼-리전 이미지 레이아웃(dual-region image layout)을 도입합니다.

실험 결과는 PNG 이미지에서 성공적인 엔드투엔드 메시지 임베딩 및 복구를 확인했으며, 올바른 조건 하에서는 결정론적 성공을, 그렇지 않은 경우 실패를 보여주었습니다. 이 프레임워크는 텍스트와 이미지 페이로드 모두를 지원합니다. 이미지-인-이미지(image-in-image) 구성에서는 비밀 이미지가 임베딩 전에 고정 해상도로 리사이즈되므로 컨텍스트 재구성이 올바를 때 정확한 픽셀 레벨 복구가 가능합니다.