Published June 1, 2023 | Version v1
Publication Open

An efficient and secure compression technique for data protection using burrows-wheeler transform algorithm

  • 1. Pondicherry University
  • 2. Qatar Science and Technology Park
  • 3. Vellore Institute of Technology University
  • 4. Princess Nourah bint Abdulrahman University
  • 5. Saudi Electronic University

Description

Data stored on physical storage devices and transmitted over communication channels often have a lot of redundant information, which can be reduced through compression techniques to conserve space and reduce the time it takes to transmit the data. The need for adequate security measures, such as secret key control in specific techniques, raises concerns about data exposure to potential attacks. Encryption plays a vital role in safeguarding information and maintaining its confidentiality by utilizing a secret key to make the data unreadable and unalterable. The focus of this paper is to tackle the challenge of simultaneously compressing and encrypting data without affecting the efficacy of either process. The authors propose an efficient and secure compression method incorporating a secret key to accomplish this goal. Encoding input data involves scrambling it with a generated key and then transforming it through the Burrows-Wheeler Transform (BWT). Subsequently, the output from the BWT is compressed through both Move-To-Front Transform and Run-Length Encoding. This method blends the cryptographic principles of confusion and diffusion into the compression process, enhancing its performance. The proposed technique is geared towards providing robust encryption and sufficient compression. Experimentation results show that it outperforms other techniques in terms of compression ratio. A security analysis of the technique has determined that it is susceptible to the secret key and plaintext, as measured by the unicity distance. Additionally, the results of the proposed technique showed a significant improvement with a compression ratio close to 90% after passing all the test text files.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

غالبًا ما تحتوي البيانات المخزنة على أجهزة التخزين المادية والمرسلة عبر قنوات الاتصال على الكثير من المعلومات الزائدة، والتي يمكن تقليلها من خلال تقنيات الضغط للحفاظ على المساحة وتقليل الوقت الذي يستغرقه نقل البيانات. تثير الحاجة إلى تدابير أمنية كافية، مثل التحكم في المفتاح السري في تقنيات محددة، مخاوف بشأن تعرض البيانات للهجمات المحتملة. يلعب التشفير دورًا حيويًا في حماية المعلومات والحفاظ على سريتها من خلال استخدام مفتاح سري لجعل البيانات غير قابلة للقراءة وغير قابلة للتغيير. تركز هذه الورقة على مواجهة التحدي المتمثل في ضغط البيانات وتشفيرها في وقت واحد دون التأثير على فعالية أي من العمليتين. يقترح المؤلفون طريقة ضغط فعالة وآمنة تتضمن مفتاحًا سريًا لتحقيق هذا الهدف. يتضمن ترميز بيانات الإدخال تشفيرها بمفتاح تم إنشاؤه ثم تحويلها من خلال تحويل عجلات الجحور (BWT). بعد ذلك، يتم ضغط الإخراج من BWT من خلال كل من ترميز الانتقال إلى الأمام وترميز طول التشغيل. تمزج هذه الطريقة مبادئ التشفير المتمثلة في الارتباك والانتشار في عملية الضغط، مما يعزز أدائها. تهدف التقنية المقترحة إلى توفير تشفير قوي وضغط كافٍ. تظهر نتائج التجريب أنه يتفوق على التقنيات الأخرى من حيث نسبة الانضغاط. حدد التحليل الأمني للتقنية أنها عرضة للمفتاح السري والنص العادي، كما تم قياسه بمسافة الوحدة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت نتائج التقنية المقترحة تحسنًا كبيرًا مع نسبة ضغط قريبة من 90 ٪ بعد اجتياز جميع ملفات نص الاختبار.

Translated Description (French)

Les données stockées sur des dispositifs de stockage physiques et transmises sur des canaux de communication contiennent souvent beaucoup d'informations redondantes, qui peuvent être réduites grâce à des techniques de compression pour économiser de l'espace et réduire le temps nécessaire à la transmission des données. La nécessité de mesures de sécurité adéquates, telles que le contrôle des clés secrètes dans des techniques spécifiques, soulève des préoccupations quant à l'exposition des données à des attaques potentielles. Le cryptage joue un rôle essentiel dans la protection des informations et le maintien de leur confidentialité en utilisant une clé secrète pour rendre les données illisibles et inaltérables. L'objectif de cet article est de relever le défi de la compression et du cryptage simultanés des données sans affecter l'efficacité de l'un ou l'autre processus. Les auteurs proposent une méthode de compression efficace et sécurisée intégrant une clé secrète pour atteindre cet objectif. Le codage des données d'entrée implique de les brouiller avec une clé générée, puis de les transformer via la transformation Burrows-Wheeler (BWT). Par la suite, la sortie du BWT est compressée à la fois par la transformation Move-To-Front et l'encodage Run-Length. Cette méthode mélange les principes cryptographiques de confusion et de diffusion dans le processus de compression, améliorant ses performances. La technique proposée vise à fournir un cryptage robuste et une compression suffisante. Les résultats d'expérimentation montrent qu'il surpasse les autres techniques en termes de taux de compression. Une analyse de sécurité de la technique a déterminé qu'elle est sensible à la clé secrète et au texte en clair, tels que mesurés par la distance d'unicité. De plus, les résultats de la technique proposée ont montré une amélioration significative avec un taux de compression proche de 90 % après avoir réussi tous les fichiers texte de test.

Translated Description (Spanish)

Los datos almacenados en dispositivos de almacenamiento físico y transmitidos a través de canales de comunicación a menudo tienen mucha información redundante, que se puede reducir mediante técnicas de compresión para ahorrar espacio y reducir el tiempo que lleva transmitir los datos. La necesidad de medidas de seguridad adecuadas, como el control de claves secretas en técnicas específicas, plantea preocupaciones sobre la exposición de los datos a posibles ataques. El cifrado desempeña un papel vital en la protección de la información y el mantenimiento de su confidencialidad mediante la utilización de una clave secreta para hacer que los datos sean ilegibles e inalterables. El objetivo de este documento es abordar el desafío de comprimir y cifrar datos simultáneamente sin afectar la eficacia de ninguno de los procesos. Los autores proponen un método de compresión eficiente y seguro que incorpora una clave secreta para lograr este objetivo. Codificar los datos de entrada implica codificarlos con una clave generada y luego transformarlos a través de la Transformada Burrows-Wheeler (BWT). Posteriormente, la salida del BWT se comprime a través de la Transformación Move-To-Front y la Codificación Run-Length. Este método combina los principios criptográficos de confusión y difusión en el proceso de compresión, mejorando su rendimiento. La técnica propuesta está orientada a proporcionar un cifrado robusto y una compresión suficiente. Los resultados de la experimentación muestran que supera a otras técnicas en términos de relación de compresión. Un análisis de seguridad de la técnica ha determinado que es susceptible a la clave secreta y al texto plano, según lo medido por la distancia de unicidad. Además, los resultados de la técnica propuesta mostraron una mejora significativa con una relación de compresión cercana al 90% después de pasar todos los archivos de texto de prueba.

Files

pdf.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:e24a262591a5d1b10d2827e0b7ed332d
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقنية ضغط فعالة وآمنة لحماية البيانات باستخدام خوارزمية تحويل عجلات الجحور
Translated title (French)
Une technique de compression efficace et sécurisée pour la protection des données à l'aide de l'algorithme de transformation burrows-wheeler
Translated title (Spanish)
Una técnica de compresión eficiente y segura para la protección de datos utilizando el algoritmo de transformación Burrows-Wheeler

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4381847863
DOI
10.1016/j.heliyon.2023.e17602

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1608607819
  • https://openalex.org/W2040203824
  • https://openalex.org/W2102541785
  • https://openalex.org/W2118404059
  • https://openalex.org/W2151126710
  • https://openalex.org/W2313890087
  • https://openalex.org/W2790033804
  • https://openalex.org/W2804876790
  • https://openalex.org/W2884555954
  • https://openalex.org/W2897664099
  • https://openalex.org/W2900684459
  • https://openalex.org/W2998912266
  • https://openalex.org/W3007156934
  • https://openalex.org/W3014663963
  • https://openalex.org/W3038270335
  • https://openalex.org/W3039945285
  • https://openalex.org/W3041245763
  • https://openalex.org/W3084953801
  • https://openalex.org/W3130473649
  • https://openalex.org/W3138874907
  • https://openalex.org/W3166245994
  • https://openalex.org/W3168064778
  • https://openalex.org/W3179649659
  • https://openalex.org/W3183313386
  • https://openalex.org/W4200557536
  • https://openalex.org/W4283123598
  • https://openalex.org/W4293723031
  • https://openalex.org/W4296229496
  • https://openalex.org/W4316813696
  • https://openalex.org/W4323059284