Design and Enhancing Security Performance of Image Cryptography System Based on Fixed Point Chaotic Maps Stream Ciphers in FPGA

Abstract

تقترح هذه الورقة البحثية نظامًا جديدًا لتصميم تشفير الصور باستخدام الخرائط الفوضوية ذات النقطة الثابتة ومولدات التشفير المتسلسل (PN). يتكون النظام من خرائط فوضوية ثابتة مدمجة برقم إفتراضي (PN) مكون من 32 بت، يتم تنفيذها جميعًا باستخدام مصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة ميدانيًا (FPGA) من خلال بيئة مولد النظام (XSG) . خرائط التشفير المعتادة المستخدمة في هذا العمل هي خرائط (Logistic) و (Lozi) وTent . تحدد متغيرات كل نوع من الخرائط حجم المفتاح المطلوبة لفك تشفير البكسل الأصلي للصورة الأصلية، حيث تحتوي خريطة (Logistic) على متغير واحد  (r)، وتحتوي خريطة (Lozi) على متغيرين α و β، وتحتوي خريطة (Tent) على متغير واحد µ كانت الفكرة الرئيسية هي دمج متغير أخر وهو الرقم الإفتراضي (PN) لزيادة مساحة المفتاح، والتي تعد المقياس الرئيسي لتحسين الأمن ضد هجمات القوة القاهرة. تم اقتراح مولد بت عشوائي زائف (PRBG) مبتكر يعتمد على عملية XOR بين الخرائط الفوضوية هذه وأطلق عليه اسم FPCCM-PRBG (مولد بت عشوائي زائف بخرائط فوضوية متتالية ذات نقطة ثابتة). كما تم اقتراح طريقة أخرى تعتمد على أقل 8 بتات ذات دلالة من مولد الرقم الإفتراضي 32 بت وأطلق عليها اسم FPCCM-PRNBG (مولد بت عشوائي غير ثابتة بخرائط فوضوية متتالية ذات نقطة ثابتة). تم إختبار عشوائية المفاتيح المتولدة باستخدام اختبارات المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST)، بما في ذلك اختبارات التردد والتردد أحادي البت والاختبار التنفيذي. كما تم تقييم أداء الأمن من خلال تحليل الهستوغرام، وتحليل معامل الارتباط، وإنتروبيا المعلومات، ومعدل تغيير البكسل، والتشابه البنيوي. يعتبر مولد النظام (XSG) أداة فعالة مضمنة في بيئة MATLAB/SIMULINK وتم استخدامها لتنفيذ العمل. تم تنفيذ النظام باستخدام طريقة المحاكاة المشتركة على لوحة  ZYNQ 7000 SoC ZC702، مع مساحة مفتاح تبلغ (2^288) وسرعة تبلغ 269.32 ميجابايت/ثانية..