A Novel and Efficient 3D Multiple Images Encryption Scheme Based on Chaotic Systems and Swapping Operations
- 1. National College of Business Administration and Economics
- 2. Bahria University
- 3. Sejong University
- 4. Lahore Garrison University
- 5. Imperial College of Business Studies
Description
Single image encryption schemes are not efficient enough when a bunch of images is to be encrypted in some real-world setting. To overcome this problem, an efficient and secured multiple images encryption scheme is proposed in this study using two chaotic maps and simple row and column swapping operations in a 3D image space. The N input images are piled to make a 3D image. To confuse the given pixel data, two images are chosen randomly from this pile. The randomly chosen two rows from the two randomly chosen images are swapped with each other. In the same way, two randomly chosen columns are swapped with each other. The operation of randomly chosen two images, two rows, and two columns have been iterated an arbitrary number of times to throw the confusion effects in the pixels data. Intertwining Logistic Map (ILM) and Improved Piecewise Linear Chaotic Map (MPWLCM) have been used to get the four streams of random numbers. The three streams of the former map have been used to create the confusion effects, whereas the fourth stream of random numbers given by the latter map has been used for the diffusion effects. SHA-256 hash codes have been used to throw the plaintext sensitivity in the proposed cipher. Besides, a 256-bit user key has been employed to increase the key space. Both the simulation and the exhaustive security analyses carried out at the end vividly prove the security, resistance to the varied attacks, and the real-world applicability of the proposed cipher.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
لا تكون أنظمة تشفير الصور الفردية فعالة بما فيه الكفاية عندما يتم تشفير مجموعة من الصور في بعض إعدادات العالم الحقيقي. للتغلب على هذه المشكلة، يُقترح في هذه الدراسة مخطط تشفير صور متعدد فعال وآمن باستخدام خريطتين فوضويتين وعمليات بسيطة لمبادلة الصفوف والأعمدة في مساحة صور ثلاثية الأبعاد. يتم تكديس صور الإدخال N لإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد. للخلط بين بيانات البكسل المعطاة، يتم اختيار صورتين عشوائيًا من هذه الكومة. يتم تبديل الصفين المختارين عشوائيًا من الصورتين المختارتين عشوائيًا مع بعضهما البعض. وبنفس الطريقة، يتم تبديل عمودين تم اختيارهما عشوائيًا مع بعضهما البعض. تم تكرار عملية اختيار صورتين وصفين وعمودين بشكل عشوائي لعدد عشوائي من المرات لإلقاء تأثيرات الارتباك في بيانات البكسل. تم استخدام الخريطة اللوجستية المتشابكة (ILM) والخريطة الفوضوية الخطية المحسنة (MPWLCM) للحصول على التدفقات الأربعة للأرقام العشوائية. تم استخدام التدفقات الثلاثة للخريطة السابقة لإنشاء تأثيرات الارتباك، في حين تم استخدام التدفق الرابع للأرقام العشوائية التي قدمتها الخريطة الأخيرة لتأثيرات الانتشار. تم استخدام رموز التجزئة SHA -256 لرمي حساسية النص العادي في التشفير المقترح. إلى جانب ذلك، تم استخدام مفتاح مستخدم 256 بت لزيادة مساحة المفتاح. تثبت كل من المحاكاة والتحليلات الأمنية الشاملة التي أجريت في النهاية بوضوح الأمن ومقاومة الهجمات المتنوعة وإمكانية تطبيق الشفرة المقترحة في العالم الحقيقي.Translated Description (French)
Les schémas de cryptage d'une seule image ne sont pas assez efficaces lorsqu'un groupe d'images doit être crypté dans un contexte réel. Pour surmonter ce problème, un schéma de cryptage d'images multiples efficace et sécurisé est proposé dans cette étude en utilisant deux cartes chaotiques et des opérations simples d'échange de lignes et de colonnes dans un espace d'image 3D. Les N images d'entrée sont empilées pour créer une image 3D. Pour confondre les données de pixels données, deux images sont choisies au hasard dans cette pile. Les deux lignes choisies au hasard parmi les deux images choisies au hasard sont échangées entre elles. De la même manière, deux colonnes choisies au hasard sont échangées entre elles. L'opération de deux images, deux lignes et deux colonnes choisies au hasard ont été itérées un nombre arbitraire de fois pour projeter les effets de confusion dans les données de pixels. La carte logistique entrelacée (ILM) et la carte chaotique linéaire par morceaux améliorée (MPWLCM) ont été utilisées pour obtenir les quatre flux de nombres aléatoires. Les trois flux de la première carte ont été utilisés pour créer les effets de confusion, tandis que le quatrième flux de nombres aléatoires donné par la dernière carte a été utilisé pour les effets de diffusion. Les codes de hachage SHA-256 ont été utilisés pour lancer la sensibilité du texte en clair dans le chiffrement proposé. En outre, une clé utilisateur 256 bits a été utilisée pour augmenter l'espace de la clé. La simulation et les analyses de sécurité exhaustives réalisées à la fin prouvent clairement la sécurité, la résistance aux attaques variées et l'applicabilité réelle du chiffrement proposé.Translated Description (Spanish)
Los esquemas de cifrado de una sola imagen no son lo suficientemente eficientes cuando se va a cifrar un montón de imágenes en algún entorno del mundo real. Para superar este problema, en este estudio se propone un esquema de cifrado de múltiples imágenes eficiente y seguro utilizando dos mapas caóticos y operaciones simples de intercambio de filas y columnas en un espacio de imagen 3D. Las N imágenes de entrada se apilan para hacer una imagen 3D. Para confundir los datos de píxeles dados, se eligen dos imágenes al azar de esta pila. Las dos filas elegidas al azar de las dos imágenes elegidas al azar se intercambian entre sí. De la misma manera, dos columnas elegidas al azar se intercambian entre sí. La operación de dos imágenes, dos filas y dos columnas elegidas al azar se ha iterado un número arbitrario de veces para generar los efectos de confusión en los datos de píxeles. El mapa logístico entrelazado (ILM) y el mapa caótico lineal por partes mejorado (MPWLCM) se han utilizado para obtener los cuatro flujos de números aleatorios. Las tres corrientes del primer mapa se han utilizado para crear los efectos de confusión, mientras que la cuarta corriente de números aleatorios dada por el último mapa se ha utilizado para los efectos de difusión. Se han utilizado códigos hash SHA-256 para incluir la sensibilidad del texto sin formato en el cifrado propuesto. Además, se ha empleado una clave de usuario de 256 bits para aumentar el espacio de la clave. Tanto la simulación como los exhaustivos análisis de seguridad realizados al final demuestran vívidamente la seguridad, la resistencia a los variados ataques y la aplicabilidad en el mundo real del cifrado propuesto.Files
09123356.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:e00eeed968b34972a4653a1aa1e7b2a1
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- مخطط تشفير صور متعددة ثلاثية الأبعاد جديد وفعال يعتمد على الأنظمة الفوضوية وعمليات المبادلة
- Translated title (French)
- Un schéma de cryptage d'images multiples 3D novateur et efficace basé sur des systèmes chaotiques et des opérations d'échange
- Translated title (Spanish)
- Un novedoso y eficiente esquema de cifrado de múltiples imágenes en 3D basado en sistemas caóticos y operaciones de intercambio
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3037826251
- DOI
- 10.1109/access.2020.3004536
References
- https://openalex.org/W1165029773
- https://openalex.org/W1787484557
- https://openalex.org/W1966804955
- https://openalex.org/W1968811685
- https://openalex.org/W1971678065
- https://openalex.org/W1982774018
- https://openalex.org/W1992053929
- https://openalex.org/W1994339084
- https://openalex.org/W1995321201
- https://openalex.org/W2000795099
- https://openalex.org/W2010065947
- https://openalex.org/W2020039621
- https://openalex.org/W2021490158
- https://openalex.org/W2025389097
- https://openalex.org/W2034064249
- https://openalex.org/W2053480568
- https://openalex.org/W2056666783
- https://openalex.org/W2063685463
- https://openalex.org/W2066705753
- https://openalex.org/W2068684969
- https://openalex.org/W2073251945
- https://openalex.org/W2093810930
- https://openalex.org/W2109394932
- https://openalex.org/W2150382319
- https://openalex.org/W2216598976
- https://openalex.org/W2217927510
- https://openalex.org/W2293929197
- https://openalex.org/W2336401120
- https://openalex.org/W2509294166
- https://openalex.org/W2510844895
- https://openalex.org/W2523079709
- https://openalex.org/W2529878522
- https://openalex.org/W2561049263
- https://openalex.org/W2561696003
- https://openalex.org/W2565691256
- https://openalex.org/W2601221357
- https://openalex.org/W2726720000
- https://openalex.org/W2758328613
- https://openalex.org/W2790755211
- https://openalex.org/W2805013403
- https://openalex.org/W2887477933
- https://openalex.org/W2889887095
- https://openalex.org/W2895929913
- https://openalex.org/W2896770083
- https://openalex.org/W2902871491
- https://openalex.org/W2914945329
- https://openalex.org/W2924674406
- https://openalex.org/W2924833998
- https://openalex.org/W2935804727
- https://openalex.org/W2976698643
- https://openalex.org/W2979781733
- https://openalex.org/W2987884598
- https://openalex.org/W2990655023
- https://openalex.org/W2995433015
- https://openalex.org/W3001010821
- https://openalex.org/W3004257937
- https://openalex.org/W3008319366
- https://openalex.org/W4252343056