TransformCrypt: Transform-Based Chaotic Image Encryption. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Master's Thesis) Mahmoud Yassin -Master Thesis final version.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 9 November 2024. Download (4MB)

Arabic Abstract

حماية سرية البيانات المتعددة الوسائط تظل قضية في غاية الاهمية ضمن مجال أمان المعلومات، وتتزايد أهميتها مع استمرار تطور التطبيقات المتعددة الوسائط. تتعمق هذه الرسالة في عالم التشفير الفوضوي للصور كحلاً محتملاً لهذه المشكلة الملحة. قامت الأبحاث السابقة باستكشاف التشفير الفوضوي للصور في مجموعة متنوعة من المجالات التحولية، مثل المجال المكاني وتحويل فورييه المتقطع وتحويل الموجات. على الرغم من الخصائص الإرباكية المواتية لأنظمة التشفير القائمة على التردد، إلا أنها تظهر عيوبًا في الخصائص التوزيعية وتفشل في بعض الاختبارات الإحصائية، مما يجعلها عرضة للهجمات المتنوعة. ردًا على هذه التحديات، تقدم هذه الرسالة حلين مبتكرين. يقدم العمل الأول نظام تشفير صور معزز بنظام تشفير الكتل، حيث يتضمن مفهوم عكس البت، نظام بيكر الفوضوي ثنائي الأبعاد، وتحويل فورييه المتقطع. تظهر النتائج التجريبية تفوق هذا التحسين عبر مقاييس جودة متنوعة، بما في ذلك تحقيق توزيعات تكرارية موحدة وزيادة مقاومته ضد الهجمات التفاضلية. العمل الثاني يقدم نظام تشفير صور ثنائي المجال، حيث يجمع بين مجالي الموجات والمجال المكاني، مع عملية انتشار جديدة في مجال الموجات. يعالج هذا النظام مشكلة القدرة الضعيفة على التحمل ضد الهجمات الإحصائية والتحليلية والتفاضلية. ومن الملحوظ أن عملية الانتشار المقترحة تعمل بكفاءة على 1/ 16 فقط من بكسل الصورة الأصلية في مجال الموجات. بالإضافة إلى ذلك، يحل هذا النظام مشكلة التوزيع التكراري الذي على شكل جرس المتعلق بأنظمة التشفير القائمة على التردد، كما يتم تأكيده من خلال مقاييس الأداء الشاملة في نتائج المحاكاة. بالإضافة إلى ذلك، تم تقديم مُولِّد متغير فوضوي يعتمد على المفتاح يُيسِّر إنشاء الظروف الابتدائية الضرورية ومعلمات التحكم انظام فوضوي محسن. تقوم نتائج البحث بمقارنة النظام الثنائي المقترح في مجالي الموجات والمكاني بأحدث الطرق الموجودة، حيث تظهر بثبات تفوقه عبر مجموعة متنوعة من مقاييس الأداء. تُؤكد هذه النتائج فعالية ومرونة النهج المقترح في تعزيز أمان وسرية البيانات المتعددة الوسائط.

English Abstract

Preserving the confidentiality of multimedia data remains a critical concern within the cybersecurity domain, growing in significance with the continuous evolution of multimedia applications. This thesis delves into the realm of chaotic image ciphers as a probable solution to this pressing problem. Previous research has explored chaotic image encryption in various transformation domains, such as spatial, Discrete Fourier Transform (DFT), and Wavelet Transform. Despite the favorable confusion properties of the frequency-based cryptosystems, they exhibit deficiencies in diffusion characteristics and susceptibility to some statistical tests, rendering them susceptible to various attacks.In response to these challenges, this thesis introduces two innovative solutions. The first work presents an enhanced block cipher image cryptosystem, incorporating the concept of bit reversal, a 2D chaotic baker map, and DFT. Experimental results demonstrate the superiority of this enhancement across various quality metrics, including the achievement of uniform histograms in the two modes of operations and enhanced resistance against differential attacks. The second work introduces a dual-domain image cryptosystem, merging the wavelet and spatial domains, along with a novel diffusion process in the wavelet domain. This addresses the issue of weak resilience against statistical, analytical, and differential attacks. Remarkably, the proposed diffusion process operates efficiently. The suggested operation requires only 1/16 of the plain image pixels in the wavelet domain. Furthermore, this cryptosystem resolves the bell-shaped histogram problem associated with frequency-based cryptosystems, as substantiated through comprehensive performance metrics in simulation results. Additionally, a novel key-dependent chaotic variable generator, which facilitates the generation of essential initial conditions and control parameters for an enhanced chaotic map, is introduced. The simulation results evaluate the proposed dual-domain cryptosystem against state-of-the-art methods, consistently demonstrating its superiority across a spectrum of performance metrics. These findings underscore the effectiveness and resilience of the suggested approach in strengthening the secrecy and confidentiality of multimedia data.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Computer Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Nasir, Ali
Committee Members:	Zidouri, Abdelmalek and Masood, Mudassir and Iqbal, Naveed and Rahman, Md Mahfuzur
Depositing User:	MAHMOUD YASSIN (g202113650)
Date Deposited:	10 Dec 2023 07:47
Last Modified:	10 Dec 2023 07:47
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142635