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.
VK
OK
Telegram
Дзен