Published January 1, 2020 | Version v1
Publication Open

Investigation of Chaotic Image Encryption in Spatial and FrFT Domains for Cybersecurity Applications

Creators

  • 1. Menoufia University
  • 2. Taif University

Description

The need for cybersecurity increases to protect the exchange of information for improving the data privacy.This paper presents an investigation of the encryption efficiency of the chaotic-based image block ciphering in the spatial and Fractional Fourier Transform (FrFT) domains.The main aim of this investigation is to examine the efficiency of different chaotic maps, while considering the parameters of the FrFT as additional keys for encryption and achieving reliable cybersecurity for robust image communication.In this paper, Cat, Baker, and Logistic map confusion approaches are applied in the spatial and FrFT domains to study and analyze the cybersecurity and ciphering efficiency of chaos-based image cryptosystems.The confusion features of the chaotic maps in spatial and FrFT domains are investigated using information entropy, differential analysis, histograms, visual observation, attack analysis, impact of noise, and encryption quality tests.Simulation results prove that the chaotic-based image encryption in the FrFT domain increases the efficiency of the confusion process and achieves a high nonlinear relation between the plainimage and the cipherimage in a symmetric ciphering approach.Moreover, the results demonstrate that the Cat-FrFT scheme is more susceptible to channel noise attacks than the Baker-FrFT and the Logistic-FrFT schemes.Hence, they can be implemented efficiently in the scenarios of noisy channels due to their high robustness to channel noise.

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

Translated Description (Arabic)

تزداد الحاجة إلى الأمن السيبراني لحماية تبادل المعلومات لتحسين خصوصية البيانات. تقدم هذه الورقة بحثًا حول كفاءة تشفير كتلة الصور القائمة على الفوضى في مجالات تحويل فورييه المكاني والكسري (FrFT). الهدف الرئيسي من هذا التحقيق هو فحص كفاءة الخرائط الفوضوية المختلفة، مع مراعاة معلمات FrFT كمفاتيح إضافية للتشفير وتحقيق الأمن السيبراني الموثوق به لاتصال الصور القوي. في هذه الورقة، كات، بيكر، ويتم تطبيق مناهج ارتباك الخريطة اللوجستية في المجالات المكانية و FrFT لدراسة وتحليل الأمن السيبراني وكفاءة التشفير لأنظمة تشفير الصور القائمة على الفوضى. يتم التحقيق في ميزات الارتباك للخرائط الفوضوية في المجالات المكانية و FrFT باستخدام إنتروبيا المعلومات، والتحليل التفاضلي، والمخططات التكرارية، والمراقبة البصرية، وتحليل الهجوم، وتأثير الضوضاء، واختبارات جودة التشفير. تثبت نتائج المحاكاة أن تشفير الصور القائم على الفوضى في مجال FrFT يزيد من كفاءة عملية الارتباك ويحقق علاقة غير خطية عالية بين الصورة البسيطة والتشفير في نهج تشفير متماثل. علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن مخطط Cat - FRFT أكثر عرضة لهجمات ضوضاء القنوات من مخططات Baker - FRFT و Logistic - FRFT. ومع ذلك، يمكن تنفيذها بكفاءة في سيناريوهات القنوات الصاخبة بسبب قوتها العالية لضوضاء القنوات.

Translated Description (French)

Le besoin de cybersécurité augmente pour protéger l'échange d'informations afin d'améliorer la confidentialité des données. Cet article présente une enquête sur l'efficacité du cryptage du cryptage par blocs d'images chaotique dans les domaines de la transformation de Fourier spatiale et fractionnaire (FrFT). L'objectif principal de cette enquête est d'examiner l'efficacité de différentes cartes chaotiques, tout en considérant les paramètres de la FrFT comme des clés supplémentaires pour le cryptage et la réalisation d'une cybersécurité fiable pour une communication d'images robuste. Dans cet article, Cat, Baker, et les approches de confusion de cartes logistiques sont appliquées dans les domaines spatial et FrFT pour étudier et analyser la cybersécurité et l'efficacité de chiffrement des cryptosystèmes d'image basés sur le chaos. Les caractéristiques de confusion des cartes chaotiques dans les domaines spatial et FrFT sont étudiées à l'aide de l'entropie de l'information, de l'analyse différentielle, des histogrammes, de l'observation visuelle, de l'analyse d'attaque, de l'impact du bruit et des tests de qualité de chiffrement. Les résultats de la simulation prouvent que le chiffrement d'image basé sur le chaos dans le domaine FrFT augmente l'efficacité du processus de confusion et atteint une relation non linéaire élevée entre l'image simple et l'image chiffrée dans une approche de chiffrement symétrique. De plus, les résultats démontrent que le schéma Cat-FrFT est plus sensible aux attaques de bruit de canal que les schémas Baker-FrFT et Logistic-FrFT. Par conséquent, ils peuvent être mis en œuvre efficacement dans les scénarios de canaux bruyants en raison de leur grande robustesse au bruit de canal.

Translated Description (Spanish)

La necesidad de ciberseguridad aumenta para proteger el intercambio de información para mejorar la privacidad de los datos. Este documento presenta una investigación de la eficiencia de cifrado del cifrado de bloques de imágenes de base caótica en los dominios espacial y de Transformada de Fourier Fraccionaria (FrFT). El objetivo principal de esta investigación es examinar la eficiencia de diferentes mapas caóticos, al tiempo que considera los parámetros de la FrFT como claves adicionales para el cifrado y lograr una ciberseguridad confiable para una comunicación de imágenes robusta. En este documento, Cat, Baker, y los enfoques de confusión de mapas logísticos se aplican en los dominios espacial y FrFT para estudiar y analizar la ciberseguridad y la eficiencia de cifrado de los criptosistemas de imágenes basados en el caos. Las características de confusión de los mapas caóticos en los dominios espacial y FrFT se investigan utilizando entropía de información, análisis diferencial, histogramas, observación visual, análisis de ataques, impacto del ruido y pruebas de calidad de cifrado. Los resultados de la simulación demuestran que el cifrado de imágenes basado en el caos en el dominio FrFT aumenta la eficiencia del proceso de confusión y logra una alta relación no lineal entre la imagen plana y el cifrado en un enfoque de cifrado simétrico. Además, los resultados demuestran que el esquema Cat-FrFT es más susceptible a los ataques de ruido de canal que los esquemas Baker-FrFT y Logistic-FrFT. Por lo tanto, pueden implementarse de manera eficiente en los escenarios de canales ruidosos debido a su alta robustez al ruido de canal.

Files

09000590.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ 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:c9a46f29f32fd3207af61346686603f7
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحقيق في تشفير الصور الفوضوية في المجالات المكانية و FrFT لتطبيقات الأمن السيبراني
Translated title (French)
Étude du chiffrement chaotique des images dans les domaines spatial et FrFT pour les applications de cybersécurité
Translated title (Spanish)
Investigación del cifrado de imágenes caóticas en dominios espaciales y FrFT para aplicaciones de ciberseguridad

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3006968668
DOI
10.1109/access.2020.2974226

Is supplement to
https://openalex.org/W2994758972 (Other)
https://openalex.org/W2903140093 (Other)
https://openalex.org/W2538527336 (Other)
https://openalex.org/W2393587766 (Other)
https://openalex.org/W2388148802 (Other)
https://openalex.org/W2376048186 (Other)
https://openalex.org/W2347952448 (Other)
https://openalex.org/W2018914863 (Other)
https://openalex.org/W1987248656 (Other)
https://openalex.org/W1567811277 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1973782209
  • https://openalex.org/W1977520231
  • https://openalex.org/W1993294505
  • https://openalex.org/W2000339837
  • https://openalex.org/W2010668061
  • https://openalex.org/W2056666783
  • https://openalex.org/W2058358215
  • https://openalex.org/W2060783459
  • https://openalex.org/W2060791695
  • https://openalex.org/W2068684969
  • https://openalex.org/W2075987396
  • https://openalex.org/W2079174845
  • https://openalex.org/W2080294346
  • https://openalex.org/W2081388274
  • https://openalex.org/W2094449439
  • https://openalex.org/W2145929995
  • https://openalex.org/W2239443241
  • https://openalex.org/W2333154813
  • https://openalex.org/W2342618427
  • https://openalex.org/W2510931963
  • https://openalex.org/W2556748780
  • https://openalex.org/W2571909441
  • https://openalex.org/W2573618068
  • https://openalex.org/W2601688398
  • https://openalex.org/W2604466980
  • https://openalex.org/W2607256305
  • https://openalex.org/W2611421990
  • https://openalex.org/W2735882736
  • https://openalex.org/W2790404016
  • https://openalex.org/W2792054008
  • https://openalex.org/W2805013403
  • https://openalex.org/W2884201190
  • https://openalex.org/W2896770083
  • https://openalex.org/W2913535829
  • https://openalex.org/W2917426586
  • https://openalex.org/W2925349614
  • https://openalex.org/W2933912020
  • https://openalex.org/W2967953071