Novel substitution-box generation using group theory for secure medical image encryption in E-healthcare
- 1. University of Education
- 2. University of Okara
- 3. University of Business and Technology
- 4. Jamia Millia Islamia
- 5. Jeddah University
Description
With the increasing need for secure transmission and storage of medical images, the development of robust encryption algorithms is of paramount importance. Securing sensitive digital medical imagery information during transmission has emerged as a critical priority in the e-Healthcare systems. Recent research has highlighted the significance of developing advanced medical image encryption algorithms to ensure secure transmission during telediagnosis and teleconsultations. In this study, we propose a novel medical image encryption algorithm which is based on a novel substitution-box generation algebraic method using a combination of a multiplicative cyclic group with an order of 256 and a permutation group with a large order. To evaluate the security performance of the proposed generated S-box, various standard security indicators are assessed and analyzed. The newly proposed medical image encryption algorithm utilizes the generated S-box, along with bit-plane slicing, circular shifting, and XOR operations, to achieve enhanced security and robustness for encrypting sensitive imagery data. In order to assess the effectiveness of the proposed encryption algorithm, a comprehensive benchmarking analyses, specifically designed for evaluating image encryption schemes, have been conducted. The results obtained from the comparison and other analyses serve to validate the optimal features and high cryptographic strength exhibited by the proposed method. Hence, the proposed algorithm demonstrates significant effectiveness and holds considerable promise in the realm of medical image encryption for secure e-Healthcare systems.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
مع الحاجة المتزايدة لنقل وتخزين آمن للصور الطبية، فإن تطوير خوارزميات تشفير قوية له أهمية قصوى. برز تأمين معلومات الصور الطبية الرقمية الحساسة أثناء النقل كأولوية حاسمة في أنظمة الرعاية الصحية الإلكترونية. أبرزت الأبحاث الحديثة أهمية تطوير خوارزميات تشفير الصور الطبية المتقدمة لضمان النقل الآمن أثناء التشخيص عن بعد والاستشارات عن بعد. في هذه الدراسة، نقترح خوارزمية جديدة لتشفير الصور الطبية تعتمد على طريقة جبرية جديدة لتوليد صندوق الاستبدال باستخدام مزيج من مجموعة دورية مضاعفة بترتيب 256 ومجموعة تبديل بترتيب كبير. لتقييم الأداء الأمني لصندوق S - box المقترح، يتم تقييم وتحليل العديد من مؤشرات الأمان القياسية. تستخدم خوارزمية تشفير الصور الطبية المقترحة حديثًا مربع S الذي تم إنشاؤه، جنبًا إلى جنب مع تشريح مستوى البت، والتبديل الدائري، وعمليات XOR، لتحقيق أمان وقوة معززين لتشفير بيانات الصور الحساسة. من أجل تقييم فعالية خوارزمية التشفير المقترحة، تم إجراء تحليلات معيارية شاملة، مصممة خصيصًا لتقييم مخططات تشفير الصور. تعمل النتائج التي تم الحصول عليها من المقارنة والتحليلات الأخرى على التحقق من الميزات المثلى وقوة التشفير العالية التي تظهرها الطريقة المقترحة. وبالتالي، فإن الخوارزمية المقترحة تظهر فعالية كبيرة وتحمل وعدًا كبيرًا في مجال تشفير الصور الطبية لأنظمة الرعاية الصحية الإلكترونية الآمنة.
Translated Description (French)
Avec le besoin croissant de transmission et de stockage sécurisés des images médicales, le développement d'algorithmes de cryptage robustes est d'une importance primordiale. La sécurisation des informations d'imagerie médicale numérique sensibles pendant la transmission est devenue une priorité essentielle dans les systèmes de soins de santé en ligne. Des recherches récentes ont mis en évidence l'importance de développer des algorithmes avancés de cryptage d'images médicales pour assurer une transmission sécurisée lors du télédiagnostic et des téléconsultations. Dans cette étude, nous proposons un nouvel algorithme de cryptage d'images médicales basé sur une nouvelle méthode algébrique de génération de boîtes de substitution utilisant une combinaison d'un groupe cyclique multiplicatif d'ordre 256 et d'un groupe de permutation d'ordre grand. Pour évaluer les performances de sécurité de la S-box générée proposée, divers indicateurs de sécurité standard sont évalués et analysés. L'algorithme de cryptage d'images médicales nouvellement proposé utilise la boîte S générée, ainsi que le découpage du plan binaire, le décalage circulaire et les opérations XOR, pour améliorer la sécurité et la robustesse du cryptage des données d'images sensibles. Afin d'évaluer l'efficacité de l'algorithme de cryptage proposé, une analyse comparative complète, spécifiquement conçue pour évaluer les schémas de cryptage des images, a été menée. Les résultats obtenus à partir de la comparaison et d'autres analyses servent à valider les caractéristiques optimales et la force cryptographique élevée présentées par la méthode proposée. Par conséquent, l'algorithme proposé démontre une efficacité significative et est très prometteur dans le domaine du cryptage d'images médicales pour les systèmes de soins de santé en ligne sécurisés.
Translated Description (Spanish)
Con la creciente necesidad de transmisión y almacenamiento seguros de imágenes médicas, el desarrollo de algoritmos de cifrado robustos es de suma importancia. La protección de la información confidencial de imágenes médicas digitales durante la transmisión se ha convertido en una prioridad fundamental en los sistemas de atención médica electrónica. Investigaciones recientes han destacado la importancia de desarrollar algoritmos avanzados de cifrado de imágenes médicas para garantizar una transmisión segura durante el telediagnóstico y las teleconsultas. En este estudio, proponemos un nuevo algoritmo de cifrado de imágenes médicas que se basa en un nuevo método algebraico de generación de cajas de sustitución que utiliza una combinación de un grupo cíclico multiplicativo con un orden de 256 y un grupo de permutación con un orden grande. Para evaluar el desempeño de seguridad de la S-box generada propuesta, se evalúan y analizan varios indicadores de seguridad estándar. El algoritmo de cifrado de imágenes médicas recientemente propuesto utiliza la caja S generada, junto con la segmentación del plano de bits, el desplazamiento circular y las operaciones XOR, para lograr una mayor seguridad y robustez para cifrar datos de imágenes confidenciales. Con el fin de evaluar la eficacia del algoritmo de cifrado propuesto, se ha llevado a cabo un análisis comparativo exhaustivo, diseñado específicamente para evaluar los esquemas de cifrado de imágenes. Los resultados obtenidos de la comparación y otros análisis sirven para validar las características óptimas y la alta resistencia criptográfica exhibida por el método propuesto. Por lo tanto, el algoritmo propuesto demuestra una efectividad significativa y es muy prometedor en el ámbito del cifrado de imágenes médicas para sistemas seguros de atención médica electrónica.
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- إنشاء صندوق استبدال جديد باستخدام نظرية المجموعة لتشفير الصور الطبية الآمنة في الرعاية الصحية الإلكترونية
- Translated title (French)
- Nouvelle génération de boîtes de substitution utilisant la théorie des groupes pour le cryptage sécurisé des images médicales dans les soins de santé en ligne
- Translated title (Spanish)
- Generación novedosa de cajas de sustitución utilizando la teoría de grupos para el cifrado seguro de imágenes médicas en E-healthcare
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4391522374
- DOI
- 10.3934/math.2024303
References
- https://openalex.org/W1629301835
- https://openalex.org/W1965864407
- https://openalex.org/W2010870387
- https://openalex.org/W2050131882
- https://openalex.org/W2088369730
- https://openalex.org/W2114770744
- https://openalex.org/W2119871392
- https://openalex.org/W2133665775
- https://openalex.org/W2153777140
- https://openalex.org/W2159269332
- https://openalex.org/W2326955532
- https://openalex.org/W2369298470
- https://openalex.org/W2529607158
- https://openalex.org/W2550188394
- https://openalex.org/W2743436145
- https://openalex.org/W2760967785
- https://openalex.org/W2803633784
- https://openalex.org/W2902835214
- https://openalex.org/W2904798530
- https://openalex.org/W3025268656
- https://openalex.org/W3026490091
- https://openalex.org/W3081530559
- https://openalex.org/W3091826777
- https://openalex.org/W3096546390
- https://openalex.org/W3119299800
- https://openalex.org/W3120010439
- https://openalex.org/W3121119564
- https://openalex.org/W3122415221
- https://openalex.org/W3133565686
- https://openalex.org/W3134082691
- https://openalex.org/W3144240226
- https://openalex.org/W3152280367
- https://openalex.org/W3158723775
- https://openalex.org/W3161064633
- https://openalex.org/W3165977227
- https://openalex.org/W3166349820
- https://openalex.org/W3171168378
- https://openalex.org/W3178325035
- https://openalex.org/W3193629408
- https://openalex.org/W3197233311
- https://openalex.org/W3214058967
- https://openalex.org/W4200554190
- https://openalex.org/W4213253136
- https://openalex.org/W4220908614
- https://openalex.org/W4285217105
- https://openalex.org/W4313529819
- https://openalex.org/W4317606184
- https://openalex.org/W4318574647
- https://openalex.org/W4323967695
- https://openalex.org/W4362475760
- https://openalex.org/W4366979707
- https://openalex.org/W4367673582
- https://openalex.org/W4367693811
- https://openalex.org/W4376851356
- https://openalex.org/W4376874822
- https://openalex.org/W948344519