Китайские исследователи предложили новый метод шифрования цветных изображений, основанный на хаотическом генераторе псевдослучайных чисел дробного порядка и операциях на уровне ДНК. Разработанная криптосистема решает проблему больших объемов данных и высокой межпиксельной корреляции, характерных для графической информации.
Проблема шифрования
Исследователи отмечают, что шифрование цветных изображений являются сложной задачей. Основные трудности вызваны большими объемами данных, высокой межпиксельной корреляцией и сильной избыточностью. Традиционные методы для текстовой информации в таких условиях недостаточно эффективны.

Ранее активно изучались подходы, основанные на хаосе. Однако многие из них имеют серьезные недостатки, подчеркнули специалисты. К ним относятся необоснованные ключевые пространства, зависимость ключевых потоков от открытого текста, слабая оценка их случайности и отсутствие надежной поддержки при проектировании правил ДНК-кодирования.
Предложенная криптосистема
Авторы исследования решили создать защищенную криптосистему для цветных изображений. Она интегрирует генератор псевдослучайных чисел хаотического порядка дробного порядка с криптографической структурой на уровне ДНК. Генератор построен на основе трехмерной системы Лю дробного порядка в рамках численной схемы с неравномерной сеткой. Его допустимое совместное пространство параметров и порядка систематически определено для ограничения генерации ключевого потока областями устойчивого ограниченного хаоса. Ученые опубликовали результаты исследования в журнале Scientific Reports.
На основе этого генератора авторы построили независимую от открытого текста структуру шифрования. В ней генерация ключевого потока отделена от обработки открытого текста. Это повышает криптографическую стойкость системы.
Архитектура ДНК-шифрования
Исследователи разработали архитектуру шифрования на уровне чисто ДНК. Исходное изображение подвергается совместной перестановке RGB-каналов. Затем проводится преобразование значений пикселей с помощью межслойного механизма кодирования ДНК, зависящего от значений пикселей. После этого следуют операции смешения и диффузии в доменах ДНК. Такой подход обеспечивает многоуровневую защиту графических данных.

Результаты экспериментальной проверки
Экспериментальные результаты подтвердили эффективность предложенной схемы. Полученные ключевые потоки являются статистически подходящими. Зашифрованный текст демонстрирует высокую случайность.


