تسریع و افزایش امنیت رمزنگاری تصویر با استفاده از بلوک بندی و استفاده از توابع آشوبی

در این تحقیق، دو سیستم رمزنگاری تصویر با استفاده از توابع آشوبناک طراحی شده است و یکی از سیستم های رمزنگاری بر روی پردازنده گرافیکی پیاده سازی شده است. گزارش این تحقیق در سه قسمت تهیه شده است. ابتدا یکی از سیستم های رمزنگاری ارائه شده توسط patidar و همکارانش مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و روش جدید برای برطرف کردن نقایص آن پیشنهاد شد و کارایی روش جدید مورد تحلیل و ارزیابی قرار گرفت. الگوریتم پیشنهادی توسط patidar و همکارانش که در آن از ساختار جایگشت- جانشینی و نگاشت استاندارد برای تولید ماتریس شبه تصادفی استفاده شده است دارای دو ایراد مهم است. 1- ماتریس جایگشت یک به یک نیست. 2- تاثیر تصویر اصلی در کلید رمزنگاری دیده نمی شود. به همین دلیل در این پایان نامه و در فصل سوم روش جدیدی ارائه خواهد شد که قسمت جدیدی به نام تولید کلید به ساختار جایگشت – جانشینی اضافه می کند. در قسمت دوم یک سیستم رمزنگاری جدید با استفاده از نگاشت خیمه طراحی خواهد شد. نگاشت خیمه برای تولید تصاویر شبه تصادفی کمک گرفته شده است. تفاوت سیستم رمزنگاری پیشنهادی با سیستم قبلی در نوع جایگشت سطری – ستونی و استفاده از جمع مدولار در قسمت جانشینی است. سیستم های فوق پس از شبیه سازی کامل مورد ارزیابی و تحلیل قرار گرفتند. تاثیر تصویر اصلی بر روی کلید و نوع جایگشت و جانشینی پیکسل های تصویر باعث شد که سیستم رمزنگاری در برابر حملاتی چون حمله به متن رمزشده، حمله به متن اصلی شناخته شده، حمله به متن رمزنگاری شده انتخابی، حمله به متن اصلی انتخاب شده و جستجوی جامع کد مقاومت کند. معیار هایی مانند هیستوگرام، فضای کلید، ضرایب همبستگی پیکسل های مجاور و میزان تفاوت تصویر رمز با تصویر اصلی در این سیستم نیز محاسبه شده اند. نتایج حاصله، کیفیت بالای روش ارائه شده را تایید می کند و نشان می دهد هرکدام از روش های پیشنهادی، قادر به رساندن سیستم به سطح امنیتی مناسب در یک دور رمزنگاری هستند که به دلیل اضافه کردن بخش تولید کلید به ساختار جایگشت جانشینی می باشد. می توان با بررسی سیستم در سطح پایین تری مثل سطح معماری افزایش سرعت در واحد ثانیه را چندبرابر کرد. از این رو ادامه تحقیقات به پیاده سازی در سطح معماری سوق داده شد. با توجه به اینکه پردازش گر های گرافیکی بستر مناسبی برای الگوریتم های موازی ایجاد کرده اند، ما سیستم رمزنگاری پیشنهادی اول را بر روی gpu پیاده سازی کردیم. پس از پیاده سازی سیستم رمزنگاری بوسیله ابزار برنامه نویسی cuda، و اعمال بر روی تصاویر مختلف، نشان داده شد که زمان اجرای gpu چند برابر اجرا بر روی cpu می باشد. تمامی نتایج حاصله نشان می دهند که امنیت و سرعت که دو پارامتر مهم سیستم رمزنگاری می باشند در روش های پیشنهادی لحاظ و به سطح مناسب رسیده اند.