19476

۱۹۴۷۶

تحليل روش‌هاي رمزنگاري تصوير با ساختار جايگشت-جانشيني به‌منظور طراحي الگوريتم مقاوم

دكتري تخصصي

الكترونيك

۱۳۹۲

۱۳۹۷/۰۴/۰۹

دكتر ستار ميرزاكوچكي

برق

رمزنگاري تصوير به دليل برخي ويژگيهاي ذاتي آن همچون هم بستگي زياد ميان پيكسلها متفاوت از رمزنگاري متن مي باشد، به همين دليل روشهاي كلاسيك رمزنگاريِ متن براي اين منظور چندان كارآمد نيستند. در ساليان اخير الگوريتم هاي متنوعي پيشنهادشده كه متأسفانه بسياري از اين الگوريتم ها بدليل ضعف در توليد رشته كليد، تابع انتشار ضعيف و حساست پايين تصوير رمزشده به تغييرات در كليد رمز و تصوير اصلي در برابر حملاتي مانند حمله متن ساده انتخابي و متن رمزشده انتخابي مقاوم نيستند. از اين رو در اين رساله سعي شد، نقاط ضعف و قوّت الگوريتم‌هايي با ساختار جايگشت و جانشيني مبتني بر توابع آشوب، شبكه عصبي، انتگرال فازي و تبديل هاي فركانسي با انجام شبيه سازي ها و تحليل هاي رياضي مورد بررسي قرارگيرد كه منجر به بازيابي تصاوير اصلي از روي تصاوير رمزشده مربوط به اين الگوريتمها بدون در دست داشتن كليد رمز شد. علاوه براين، چندين مولّد اعداد شبه تصادفي براساس توابع آشوب، درهمريز، لوجستيك دوبعدي و كوانتومي تزويج شده، انتگرال فازي و يك تابع آشوب جديد معرفي شدند و از آنها براي طراحي الگوريتم هاي رمز مقاوم تصاوير سطح خاكستري و رنگي در حوزه زمان و تبديل استفاده شد. وابسته كردن رشته كليدها به داده هاي تصوير اصلي در الگوريتم ها باعث تغيير رشته كليد از يك تصوير به تصوير ديگر شده و حساسيت الگوريتم را به متن بالا مي برد و مانع هرگونه حمله تفاضلي و حمله متن اصلي معلوم مي شود. فضاي كليد بزرگ، هيستوگرام يكنواخت، هم بستگي پايين و تقريبا صفر ميان پيكسل هاي مجاور، PSNR پايين، MSE بالا، بي نظمي نزديك به عدد 8، آناليزهاي تفاضلي (با 99.61% < NPCR و 33.45% < UACI)، همگي تأييدكننده تفاوت قابل ملاحظه بين تصوير اصلي و رمزشده و درنتيجه مقاومت در برابر انواع حملات مي باشد. مقايسه ها نيز نشان مي دهد كه الگوريتم هاي پيشنهادي نسبت به مراجع ديگر، داراي پارامترهاي مناسب تري بوده و تصاوير كاملاً شبه تصادفي توليد كرده كه در نهايت اين الگوريتم ها بسيار مناسب براي كاربردهاي رمزنگاري مي باشند.

1397/07/21

Analysis of Image Encryption Algorithms with Permutation-Diffusion Structure for Designing Robust Algorithm

10/13/2018 12:00:00 AM

Due to some inherent features of image such as high correlation among pixels, image encryption is somehow different from text encryption; so, traditional algorithms are not suitable for image encryption.During the last few years, several image encryption algorithms have been proposed. Unfortunately, because of weakness in the keystream generation, poor diffusion function, insensitivity to changes in plaintext and keystream, many of the schemes are insecure against various conventional attacks, especially on chosen-plaintext chosen-ciphertext attack. Therefore, in this thesis, we tried to study the strengths and weaknesses of algorithms with permutation and succession structures based on chaos, neural network, fuzzy integral and frequency transformations. By applying chosen-plaintext chosen-ciphertext attack which is described in the thesis, we show that the cryptosystems are not robust to resist attacks. Both mathematical analysis and experimental results confirm the feasibility of these attack. Moreover, several pseudo-random number generators were introduced based on chaos, hash function, 2D logistic and coupling quantum chaotic map, choquet fuzzy integral, and a new chaos function. They were used to design algorithms for encrypting grayl-level and colour imagein in time and transform domains. The algorithms employ the image data in order to increase the resistance of the cryptosystems against differential attacks. The experimental results reveal that the new image encryption algorithms have the advantages of large key space (2128), low Peak Signal-to-Noise Ratio, high mean square error, high entropy, and high sensitivity (NPCR > 99.6%, UACI > 33.4%). Also, the distribution of gray level values of the encrypted image has a semi-random behavior. Also, it is shown that this algorithm yields better security performance in comparison to the results obtained from other algorithms. Overall, it seems that the proposed algorithm can be a good candidate for image encryption.