دانلود مقاله الگوریتم جدید رمزگذاری تصویر RGB بر اساس کدبندی DNA و رمزنگاری خم بیضوی دیفی هلمن
چکیده
با افزایش استفاده از رسانه‌ها در ارتباطات، نیاز به رمزگذاری تصویر برای امنیت در برابر حملات وجود دارد. ما در این مقاله الگوریتمی جدید برای امنیت تصویر با استفاده از رمزنگاری خم بیضوی (ECC) پیشنهاد می‌دهیم که این الگوریتم با کدبندی DNA تغییر یافته است. این الگوریتم ابتدا تصاویر RGB (قرمز، سبز، آبی) را با استفاده از کدبندی DNA رمزنگاری می‌کند که در پی آن رمزگذاری نامتقارن بر اساس رمزنگاری خم بیضوی دیفی هلمن (ECDHE) است. الگوریتم پیشنهادی بر روی تصاویر آزمایشی استاندارد برای تجزیه و تحلیل اعمال می‌شود. تجزیه و تحلیل بر روی فضاهای کلیدی، حساسیت کلیدی و تجزیه و تحلیل آماری انجام شده است. از نتایج تجزیه و تحلیل اینگونه استنتاج می‌شود که الگوریتم پیشنهادی می‌تواند در مقابل حملاتی جامع مقاومت کند و برای برنامه‌های کاربردی عملی مناسب است.
1. مقدمه
در سالیان اخیر، به دلیل افزایش دیجیتالی‌سازی رسانه‌ها، امنیت تصویر تبدیل به برنامه کاری اصلی برای انتقال امن تصاویر بر فراز کانال‌های غیرامن شده است. تصاویر اغلب در زمینه‌های مختلفی مانند تصویربرداری پزشکی، آموزش آنلاین و تبلیغات و غیره استفاده می‌شوند. در سناریوهای بلادرنگ انتقال تصاویر از طریق اینترنت است و ذخیره‌سازی آن‌ها بر روی پلفت‌فرم‌های مختلفی (سرور ابر ، دیسک سخت و غیره) صورت می‌گیرد، مسائل اساسی که در این بین به عنوان دغدغه‌های اصلی مطرح هستند محافظت از محرمانگی ، تمامیت و صحت اعتبار هستند. از آنجایی که اکثر داده‌ها بین احزابی ناشناس رد و بدل می‌شود بنابراین نیاز به روش‌های رمزگذاری نامتقارن وجود دارد.
خم‌های بیضوی با هدف رمزنگاری نخستین بار به شکلی جداگانه در منابع [1,2] پیشنهاد شدند. ECDHE سطح مشابهی از امنیت را با اندازه کلید کوچکتر در قیاس با الگوریتم RSA و DES ارائه می‌کند. با پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌های DNA، محاسبات DNA در حوزه رمزنگاری (به ویژه در زمینه رمزگذاری تصویر) وارد شده است. طرح‌های رمزنگاری مختلف تصویر بر اساس کدبندی DNA مانند نویسندگان [3-13] پیشنهاد شده است. قوانین کامل تعریفی از DNA برای رمزگذاری تصاویر استفاده شده است [3،6]. با استفاده از محاسبات DNA در [7] یک الگوریتم رمزگذاری از رمزنگاری پد یکبار مصرف با استانداردهای DNA ارائه شده است که نمی‌توان برای استفاده‌های مکرر آن را پیاده‌سازی کرد (علت آن هم پد یکبار مصرف است). یک شبکه نقشه همبستگی در [8] برای رمزگذاری تصاویر استفاده شده است که این شبکه با استفاده از نقشه آشفتگی طراحی شده است (برای شبیه‌سازی، نقشه لجستیک مورد استفاده قرار گرفته است). اخیرا، ژانگ و همکاران [9] الگوریتمی جدید برای رمزنگاری تصاویر بر اساس نقشه‌های چندتایی آشفتگی با استفاده از قوانین عملیاتی شبه DNA به منظور افزایش پیچیدگی و غیرقابل پیش‌بینی بودن متن رمزنگاری شده پیشنهاد شده است. در [10] از سیستم آشفتگی لورنز به همراه محاسبات DNA برای رمزگذاری تصاویر رنگی ارائه شده است. در [11] الگوریتم رمزگذاری همجوشی جدیدی بر اساس دنباله‌های DNA و سیستم فرای آشفتگی ارائه شده است و [12] الگوریتم رمزنگاری تصاویر دوبعدی مبتنی بر DNA با استفاده از سیستم آشفتگی پیشنهاد شده است و دنباله‌های DNA بر اساس الگوریتم رمزگذاری تصاویر دوتایی با استفاده از سیستم آشفتگی در [12] پیشنهاد شده است. به همین ترتیب، نویسندگان در [14] و [15] یک کدبندی DNA جدید با استفاده از نقشه‌های آشفتگی را ارائه داده‌اند. الگوریتم رمزگذاری تصویر با استفاده از سیستم‌های آشفتگی و فرای آشفتگی توسط چندین محقق دیگر از جمله نویسندگان [16-20] مورد بررسی و گزارش قرار گرفته است.
7. نتیجه‌گیری
ما در این مقاله یک الگوریتم رمزگذاری تصویر RGB جدید و مطمئن با استفاده از محاسبه DNA و ECDHE پیشنهاد دادیم. یک تصویر با استفاده از قانون تکمیلی DNA کدبندی شد و با عملیات جایگذاری و تغییر مکانی درهم‌سازی شد و بنابراین با استفاده از ECDHE رمزگذاری شده بود. تصویر در نهایت تحت یک دور دیگر از جایگذاری قرار گرفت تا تصویر رمزگذاری شده نهایی بدست آید. استفاده از رمزگذاری DNA و ECDHE یک لایه دوگانه امنیتی است فضای کلیدی الگوریتم بزرگ است و می تواند متناسب با نیازهای مختلف باشد. رمزگشایی تنها زمانی موفق است که کلیدها در یک نظم خاص اعمال شوند، بنابراین داشتن آگاهی و دانش فقط در مورد کلیدها برای رمزگشایی کافی نیست. تجزیه و تحلیل آماری نشان می‌دهد که الگوریتم امنیت خوبی را فراهم می‌کند و می‌تواند در برابر حملات رایج به خوبی محافظت کند. بنابراین این الگوریتم پیشنهادی را می‌توان برای انتقال امن تصویر مورد استفاده قرار داد.
Abstract
With the increasing use of media in communications, there is a need for image encryption for security against attacks. In this paper, we have proposed a new algorithm for image security using Elliptic Curve Cryptography (ECC) diversified with DNA encoding. The algorithm first encodes the RGB image using DNA encoding followed by asymmetric encryption based on Elliptic Curve Diffie–Hellman Encryption (ECDHE). The proposed algorithm is applied on standard test images for analysis. The analysis is performed on key spaces, key sensitivity, and statistical analysis. The results of the analysis conclude that the proposed algorithm can resist exhaustive attacks and is apt for practical applications.
1. Introduction
In the recent years, due to the increase in digitalization of media, image security has become a prime agenda for secure transmission over unsecured channels. Images are frequently used in diverse areas such as medical imaging, online teaching and advertising, etc. In real-time scenario, transmitting images through internet and storing it on various platforms (cloud server, hard-drive, etc.), the fundamental issue of protecting for confidentiality, integrity, and authenticity is a major concern. Since most of the data is exchanged between anonymous parties. Therefore, there is a need for asymmetric encryption methods.
Elliptic curves for the purpose of cryptography were first proposed individually in [1,2]. ECDHE provides similar level of security with a smaller key size as compared to RSA and DES algorithms. With the recent advanced in DNA technologies, DNA computing has entered in the domain of cryptography (particularly, in the field of image encryption). Various image encryption schemes have been proposed based on DNA encoding such as authors [3–13]. The complimentary rule of DNA has been used to encrypt images [3,6]. Using DNA computation [7] have presented an image encryption algorithm of one-time pad cryptography with DNA strands, which cannot be implemented for frequent use (due to the use of one time pad). A coupled map lattice was used to encrypt images [8], it has been designed by using chaotic map (for simulation purpose, logistic map was used). Recently, Zhang et al. [9] have proposed a new algorithm for image encryption based on multi-chaotic maps using pseudo DNA operation rules to increase complexity and ciphertext unpredictability of the algorithm; [10] have used Lorenz chaotic system along with DNA computing to encrypt color image; [11] have presented a novel image fusion encryption algorithm based on DNA sequence and hyper-chaotic system; and DNA subsequence based couple images encryption algorithm using chaotic system has been proposed in [12]. Likewise, the authors [14] and [15] have proposed a new DNA encoding using chaos maps. Image encryption algorithm using chaotic and hyper-chaotic systems have been researched and reported by several authors, such as [16–20].
7. Conclusion
In this paper, we have proposed a new and secure RGB image encryption algorithm using DNA computing and ECDHE. An image is encoded using the DNA compliment rule and is scrambled by shifting and interleaving operations, thereafter encrypted using ECDHE. The image finally undergoes another round of interleaving giving the final encrypted image. The use of DNA encoding and ECDHE provide a dual layer of security. The key space of the algorithm is large and can be varied according to need. The decryption is successful only when the keys are applied in a particular order hence the knowledge of just the keys are insufficient for decryption. The statistical analysis shows that the algorithm provides good security and can protect against common attacks. Therefore, this proposed algorithm can be used for secure image transmission.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. مقدمات
1. 2 کدبندی DNA
2 .1 .1 دنباله‌های DNA: جمع و تفریق
2 .2 رمزنگاری خم بیضوی
2 .2. 1 خم بیضوی بر روی میدان متناهی
2. 2. 2 رمزنگاری خم بیضوی دیفی هلمن
3. الگوریتم پیشنهادی
4. نتایج شبیه‌سازی شده
5. تجزیه و تحلیل امنیتی
1. 5 تجزیه و تحلیل فضای کلید
3 .5 تجزیه و تحلیل حساسیت کلیدی
3 .5حملات آماری
1. 3 .5 تجزیه و تحلیل هیستوگرام تصویر رمزگذاری شده
4. 5 همبستگی دو پیکسل مجاور
5. 5 خطای میانگین مربعات
6. 5 نسبت پیک سیگنال به نویز
7 .5 استحکام در برابر حمله متن آشکار و حمله با متن رمز منتخب
8 .5 تجزیه و تحلیل حمله برشی
9. 5تجزیه و تحلیل نویز انتقالی
10. 5تجزیه و تحلیل پیچیدگی محاسباتی
6. مقایسه
7. نتیجه‌گیری
منابع
Abstract
1. Introduction
2. Preliminaries
2.1. DNA encoding
2.1.1. DNA sequences: addition and subtraction
2.2. Elliptic curve cryptography
2.2.1. Elliptic curve over finite field
2.2.2. Elliptic curve Diffie–Hellman encryption
3. Proposed algorithm
4. Simulated results
Security analysis
5.1. Key space analysis
5.2. Key sensitivity analysis
5.3. Statistical attacks
5.3.1. Histogram analysis of encrypted image
5.4. Correlation of two adjacent pixels
5.5. Mean square error
5.6. Peak signal to noise ratio
5.7. Robustness against known-plaintext attack and chosenciphertext attack
5.8. Cropped attack analysis
5.9. Transmission noise analysis
5.10. Computational complexity analysis
6. Comparison
7. Conclusion
References
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه