297 research outputs found

    Dynamic system with no equilibrium and its chaos anti-synchronization

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    Recently, systems with chaos and the absence of equilibria have received a great deal of attention. In our work, a simple five-term system and its anti-synchronization are presented. It is special that the system has a hyperbolic sine nonlinearity and no equilibrium. Such a system generates chaotic behaviours, which are verified by phase portraits, positive Lyapunov exponent as well as an electronic circuit. Moreover, the system displays multistable characteristic when changing its initial conditions. By constructing an adaptive control, chaos anti-synchronization of the system with no equilibrium is obtained and illustrated via a numerical example

    Constructing multiwing attractors from a robust chaotic system with non-hyperbolic equilibrium points

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    We investigate a three-dimensional (3D) robust chaotic system which only holds two nonhyperbolic equilibrium points, and finds the complex dynamical behaviour of position modulation beyond amplitude modulation. To extend the application of this chaotic system, we initiate a novel methodology to construct multiwing chaotic attractors by modifying the position and amplitude parameters. Moreover, the signal amplitude, range and distance of the generated multiwings can be easily adjusted by using the control parameters, which enable us to enhance the potential application in chaotic cryptography and secure communication. The effectiveness of the theoretical analyses is confirmed by numerical simulations. Particularly, the multiwing attractor is physically realized by using DSP (digital signal processor) chip

    Digital Design of New Chaotic Ciphers for Ethernet Traffic

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    Durante los últimos años, ha habido un gran desarrollo en el campo de la criptografía, y muchos algoritmos de encriptado así como otras funciones criptográficas han sido propuestos.Sin embargo, a pesar de este desarrollo, hoy en día todavía existe un gran interés en crear nuevas primitivas criptográficas o mejorar las ya existentes. Algunas de las razones son las siguientes:• Primero, debido el desarrollo de las tecnologías de la comunicación, la cantidad de información que se transmite está constantemente incrementándose. En este contexto, existen numerosas aplicaciones que requieren encriptar una gran cantidad de datos en tiempo real o en un intervalo de tiempo muy reducido. Un ejemplo de ello puede ser el encriptado de videos de alta resolución en tiempo real. Desafortunadamente, la mayoría de los algoritmos de encriptado usados hoy en día no son capaces de encriptar una gran cantidad de datos a alta velocidad mientras mantienen altos estándares de seguridad.• Debido al gran aumento de la potencia de cálculo de los ordenadores, muchos algoritmos que tradicionalmente se consideraban seguros, actualmente pueden ser atacados por métodos de “fuerza bruta” en una cantidad de tiempo razonable. Por ejemplo, cuando el algoritmo de encriptado DES (Data Encryption Standard) fue lanzado por primera vez, el tamaño de la clave era sólo de 56 bits mientras que, hoy en día, el NIST (National Institute of Standards and Technology) recomienda que los algoritmos de encriptado simétricos tengan una clave de, al menos, 112 bits. Por otro lado, actualmente se está investigando y logrando avances significativos en el campo de la computación cuántica y se espera que, en el futuro, se desarrollen ordenadores cuánticos a gran escala. De ser así, se ha demostrado que algunos algoritmos que se usan actualmente como el RSA (Rivest Shamir Adleman) podrían ser atacados con éxito.• Junto al desarrollo en el campo de la criptografía, también ha habido un gran desarrollo en el campo del criptoanálisis. Por tanto, se están encontrando nuevas vulnerabilidades y proponiendo nuevos ataques constantemente. Por consiguiente, es necesario buscar nuevos algoritmos que sean robustos frente a todos los ataques conocidos para sustituir a los algoritmos en los que se han encontrado vulnerabilidades. En este aspecto, cabe destacar que algunos algoritmos como el RSA y ElGamal están basados en la suposición de que algunos problemas como la factorización del producto de dos números primos o el cálculo de logaritmos discretos son difíciles de resolver. Sin embargo, no se ha descartado que, en el futuro, se puedan desarrollar algoritmos que resuelvan estos problemas de manera rápida (en tiempo polinomial).• Idealmente, las claves usadas para encriptar los datos deberían ser generadas de manera aleatoria para ser completamente impredecibles. Dado que las secuencias generadas por generadores pseudoaleatorios, PRNGs (Pseudo Random Number Generators) son predecibles, son potencialmente vulnerables al criptoanálisis. Por tanto, las claves suelen ser generadas usando generadores de números aleatorios verdaderos, TRNGs (True Random Number Generators). Desafortunadamente, los TRNGs normalmente generan los bits a menor velocidad que los PRNGs y, además, las secuencias generadas suelen tener peores propiedades estadísticas, lo que hace necesario que pasen por una etapa de post-procesado. El usar un TRNG de baja calidad para generar claves, puede comprometer la seguridad de todo el sistema de encriptado, como ya ha ocurrido en algunas ocasiones. Por tanto, el diseño de nuevos TRNGs con buenas propiedades estadísticas es un tema de gran interés.En resumen, es claro que existen numerosas líneas de investigación en el ámbito de la criptografía de gran importancia. Dado que el campo de la criptografía es muy amplio, esta tesis se ha centra en tres líneas de investigación: el diseño de nuevos TRNGs, el diseño de nuevos cifradores de flujo caóticos rápidos y seguros y, finalmente, la implementación de nuevos criptosistemas para comunicaciones ópticas Gigabit Ethernet a velocidades de 1 Gbps y 10 Gbps. Dichos criptosistemas han estado basados en los algoritmos caóticos propuestos, pero se han adaptado para poder realizar el encriptado en la capa física, manteniendo el formato de la codificación. De esta forma, se ha logrado que estos sistemas sean capaces no sólo de encriptar los datos sino que, además, un atacante no pueda saber si se está produciendo una comunicación o no. Los principales aspectos cubiertos en esta tesis son los siguientes:• Estudio del estado del arte, incluyendo los algoritmos de encriptado que se usan actualmente. En esta parte se analizan los principales problemas que presentan los algoritmos de encriptado standard actuales y qué soluciones han sido propuestas. Este estudio es necesario para poder diseñar nuevos algoritmos que resuelvan estos problemas.• Propuesta de nuevos TRNGs adecuados para la generación de claves. Se exploran dos diferentes posibilidades: el uso del ruido generado por un acelerómetro MEMS (Microelectromechanical Systems) y el ruido generado por DNOs (Digital Nonlinear Oscillators). Ambos casos se analizan en detalle realizando varios análisis estadísticos a secuencias obtenidas a distintas frecuencias de muestreo. También se propone y se implementa un algoritmo de post-procesado simple para mejorar la aleatoriedad de las secuencias generadas. Finalmente, se discute la posibilidad de usar estos TRNGs como generadores de claves. • Se proponen nuevos algoritmos de encriptado que son rápidos, seguros y que pueden implementarse usando una cantidad reducida de recursos. De entre todas las posibilidades, esta tesis se centra en los sistemas caóticos ya que, gracias a sus propiedades intrínsecas como la ergodicidad o su comportamiento similar al comportamiento aleatorio, pueden ser una buena alternativa a los sistemas de encriptado clásicos. Para superar los problemas que surgen cuando estos sistemas son digitalizados, se proponen y estudian diversas estrategias: usar un sistema de multi-encriptado, cambiar los parámetros de control de los sistemas caóticos y perturbar las órbitas caóticas.• Se implementan los algoritmos propuestos. Para ello, se usa una FPGA Virtex 7. Las distintas implementaciones son analizadas y comparadas, teniendo en cuenta diversos aspectos tales como el consumo de potencia, uso de área, velocidad de encriptado y nivel de seguridad obtenido. Uno de estos diseños, se elige para ser implementado en un ASIC (Application Specific Integrate Circuit) usando una tecnología de 0,18 um. En cualquier caso, las soluciones propuestas pueden ser también implementadas en otras plataformas y otras tecnologías.• Finalmente, los algoritmos propuestos se adaptan y aplican a comunicaciones ópticas Gigabit Ethernet. En particular, se implementan criptosistemas que realizan el encriptado al nivel de la capa física para velocidades de 1 Gbps y 10 Gbps. Para realizar el encriptado en la capa física, los algoritmos propuestos en las secciones anteriores se adaptan para que preserven el formato de la codificación, 8b/10b en el caso de 1 Gb Ethernet y 64b/10b en el caso de 10 Gb Ethernet. En ambos casos, los criptosistemas se implementan en una FPGA Virtex 7 y se diseña un set experimental, que incluye dos módulos SFP (Small Form-factor Pluggable) capaces de transmitir a una velocidad de hasta 10.3125 Gbps sobre una fibra multimodo de 850 nm. Con este set experimental, se comprueba que los sistemas de encriptado funcionan correctamente y de manera síncrona. Además, se comprueba que el encriptado es bueno (pasa todos los test de seguridad) y que el patrón del tráfico de datos está oculto.<br /

    Applications of Artificial Intelligence to Cryptography

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    This paper considers some recent advances in the field of Cryptography using Artificial Intelligence (AI). It specifically considers the applications of Machine Learning (ML) and Evolutionary Computing (EC) to analyze and encrypt data. A short overview is given on Artificial Neural Networks (ANNs) and the principles of Deep Learning using Deep ANNs. In this context, the paper considers: (i) the implementation of EC and ANNs for generating unique and unclonable ciphers; (ii) ML strategies for detecting the genuine randomness (or otherwise) of finite binary strings for applications in Cryptanalysis. The aim of the paper is to provide an overview on how AI can be applied for encrypting data and undertaking cryptanalysis of such data and other data types in order to assess the cryptographic strength of an encryption algorithm, e.g. to detect patterns of intercepted data streams that are signatures of encrypted data. This includes some of the authors’ prior contributions to the field which is referenced throughout. Applications are presented which include the authentication of high-value documents such as bank notes with a smartphone. This involves using the antenna of a smartphone to read (in the near field) a flexible radio frequency tag that couples to an integrated circuit with a non-programmable coprocessor. The coprocessor retains ultra-strong encrypted information generated using EC that can be decrypted on-line, thereby validating the authenticity of the document through the Internet of Things with a smartphone. The application of optical authentication methods using a smartphone and optical ciphers is also briefly explored

    On affine Cremona semigroups, corresponding protocols of Non-commutative Cryptography and encryption with several nonlinear multivariate transformations on secure Eulerian mode.

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    We suggest new applications of protocols of Non-commutative cryptography defined in terms of subsemigroups of Affine Cremona Semigroups over finite commutative rings and their homomorphic images to the constructions of possible instruments of Post Quantum Cryptography. This approach allows to define cryptosystems which are not public keys. When extended protocol is finished correspondents have the collision multivariate transformation on affine space K ^n or variety (K*)^n where K is a finite commutative ring and K* is nontrivial multiplicative subgroup of K . The security of such protocol rests on the complexity of word problem to decompose element of Affine Cremona Semigroup given in its standard form into composition of given generators. The collision map can serve for the safe delivery of several bijective multivariate maps F_i (generators) on K^n (or (K*)^n) from one correspondent to another. So asymmetric cryptosystem with nonpublic multivariate generators where one side (Alice) knows inverses of F_i but other does not have such a knowledge is possible. We consider the usage of single protocol or combinations of two protocols with platforms of different nature. The usage of two protocols with the collision spaces K^n and (K*)^n allows safe delivery of two sets of generators of different nature. In terms of such sets we define an asymmetric encryption scheme with the plainspace (K*)^n, cipherspace K^n and multivariate non-bijective encryption map of unbounded degree O(n) and polynomial density on K^n with injective restriction on (K*)^n. Algebraic cryptanalysis faces the problem to interpolate a natural decryption transformation which is not a map of polynomial density
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