Yet Another Pseudorandom Number Generator

We propose a novel pseudorandom number generator based on R\"ossler attractor and bent Boolean function. We estimated the output bits properties by number of statistical tests. The results of the cryptanalysis show that the new pseudorandom number generation scheme provides a high level of data security.Comment: 5 pages, 7 figures; to be published in International Journal of Electronics and Telecommunications, vol.63, no.

Physics and Applications of Laser Diode Chaos

An overview of chaos in laser diodes is provided which surveys experimental achievements in the area and explains the theory behind the phenomenon. The fundamental physics underpinning this behaviour and also the opportunities for harnessing laser diode chaos for potential applications are discussed. The availability and ease of operation of laser diodes, in a wide range of configurations, make them a convenient test-bed for exploring basic aspects of nonlinear and chaotic dynamics. It also makes them attractive for practical tasks, such as chaos-based secure communications and random number generation. Avenues for future research and development of chaotic laser diodes are also identified.Comment: Published in Nature Photonic

Security performance and protocol consideration in optical communication system with optical layer security enabled by optical coding techniques

With the fast development of communication systems, network security issues have more and more impact on daily life. It is essential to construct a high degree of optical layer security to resolve the security problem once and for all. Three different techniques which can provide optical layer security are introduced and compared. Optical chaos can be used for fast random number generation. Quantum cryptography is the most promising technique for key distribution. And the optical coding techniques can be deployed to encrypt the modulated signal in the optical layer. A mathematical equation has been derived from information theory to evaluate the information-theoretic security level of the wiretap channel in optical coding schemes. And the merits and limitation of two coherent optical coding schemes, temporal phase coding and spectral phase coding, have been analysed. The security scheme based on a reconfigurable optical coding device has been introduced, and the corresponding security protocol has been developed. By moving the encryption operation from the electronic layer to the optical layer, the modulated signals become opaque to the unauthorised users. Optical code distribution and authentication is the one of the major challenges for our proposed scheme. In our proposed protocol, both of the operations are covered and defined in detail. As a preliminary draft of the optical code security protocol, it could be a useful guidance for further research

Generalized synchronization and control for incommensurate fractional unified chaotic system and applications in secure communication

summary:A fractional differential controller for incommensurate fractional unified chaotic system is described and proved by using the Gershgorin circle theorem in this paper. Also, based on the idea of a nonlinear observer, a new method for generalized synchronization (GS) of this system is proposed. Furthermore, the GS technique is applied in secure communication (SC), and a chaotic masking system is designed. Finally, the proposed fractional differential controller, GS and chaotic masking scheme are showed by using numerical and experimental simulations

Crowdfunding Non-fungible Tokens on the Blockchain

Non-fungible tokens (NFTs) have been used as a way of rewarding content creators. Artists publish their works on the blockchain as NFTs, which they can then sell. The buyer of an NFT then holds ownership of a unique digital asset, which can be resold in much the same way that real-world art collectors might trade paintings. However, while a deal of effort has been spent on selling works of art on the blockchain, very little attention has been paid to using the blockchain as a means of fundraising to help finance the artist’s work in the first place. Additionally, while blockchains like Ethereum are ideal for smaller works of art, additional support is needed when the artwork is larger than is feasible to store on the blockchain. In this paper, we propose a fundraising mechanism that will help artists to gain financial support for their initiatives, and where the backers can receive a share of the profits in exchange for their support. We discuss our prototype implementation using the SpartanGold framework. We then discuss how this system could be expanded to support large NFTs with the 0Chain blockchain, and describe how we could provide support for ongoing storage of these NFTs

Fake Malware Generation Using HMM and GAN

In the past decade, the number of malware attacks have grown considerably and, more importantly, evolved. Many researchers have successfully integrated state-of-the-art machine learning techniques to combat this ever present and rising threat to information security. However, the lack of enough data to appropriately train these machine learning models is one big challenge that is still present. Generative modelling has proven to be very efficient at generating image-like synthesized data that can match the actual data distribution. In this paper, we aim to generate malware samples as opcode sequences and attempt to differentiate them from the real ones with the goal to build fake malware data that can be used to effectively train the machine learning models. We use and compare different Generative Adversarial Networks (GAN) algorithms and Hidden Markov Models (HMM) to generate such fake samples obtaining promising results

Generalized synchronization in the networks with directed acyclic structure

summary:Generalized synchronization in the direct acyclic networks, i.e. the networks represented by the directed tree, is presented here. Network nodes consist of copies of the so-called generalized Lorenz system with possibly different parameters yet mutually structurally equivalent. The difference in parameters actually requires the generalized synchronization rather than the identical one. As the class of generalized Lorenz systems includes the well-known particular classes such as (classical) Lorenz system, Chen system, or Lü system, all these classes can be synchronized using the presented approach as well. The main theorem is rigorously mathematically formulated and proved in detail. Extensive numerical simulations are included to illustrate and further substantiate these theoretical results. Moreover, during these numerical experiments, the so-called duplicated system approach is used to double-check the generalized synchronization

Consistency properties of a chaotic semiconductor laser driven by optical feedback

© 2015 American Physical Society. We experimentally study consistency properties of a semiconductor laser in response to a coherent optical drive originating from delayed feedback. The laser is connected to a short and a long optical fiber loop, switched such that only one is providing input to the laser at a time. This way, repeating the exact same optical drive twice, we find consistent or inconsistent responses depending on the pump parameter and we relate the kind of response to strong and weak chaos. Moreover, we are able to experimentally determine the sub-Lyapunov exponent, underlying the consistency properties.This work was supported by MINECO (Spain), Comunitat Autònoma de les Illes Balears and FEDER under Projects TEC2012-36335 (TRIPHOP), and Grups Competitius. N. O. is funded by a JAE-PreDoc grant from CSIC and cofunded by Programa Operativo FSE 2007-2013. T. J. acknowledges support by a fellowship within the Postdoc-Programme of the German Academic Exchange Service (DAAD).Peer Reviewe

Design and Implementation of Secure Chaotic Communication Systems

Chaotic systems have properties such as ergodicity, sensitivity to initial conditions/parameter mismatches, mixing property, deterministic dynamics, structure complexity, to mention a few, that map nicely with cryptographic requirements such as confusion, diffusion, deterministic pseudorandomness, algorithm complexity. Furthermore, the possibility of chaotic synchronization, where the master system (transmitter) is driving the slave system (receiver) by its output signal, made it probable for the possible utilization of chaotic systems to implement security in the communication systems. Many methods like chaotic masking, chaotic modulation, inclusion, chaotic shift keying (CSK) had been proposed however, many attack methods later showed them to be insecure. Different modifications of these methods also exist in the literature to improve the security, but almost all suffer from the same drawback. Therefore, the implementation of chaotic systems in security still remains a challenge. In this work, different possibilities on how it might be possible to improve the security of the existing methods are explored. The main problem with the existing methods is that the message imprint could be found in the dynamics of the transmitted signal, therefore by some signal processing or pattern classification techniques, etc, allow the exposition of the hidden message. Therefore, the challenge is to remove any pattern or change in dynamics that the message might bring in the transmitted signal

Digital Design of New Chaotic Ciphers for Ethernet Traffic

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 /