Randomness Quality of CI Chaotic Generators: Applications to Internet Security

Due to the rapid development of the Internet in recent years, the need to find new tools to reinforce trust and security through the Internet has became a major concern. The discovery of new pseudo-random number generators with a strong level of security is thus becoming a hot topic, because numerous cryptosystems and data hiding schemes are directly dependent on the quality of these generators. At the conference Internet`09, we have described a generator based on chaotic iterations, which behaves chaotically as defined by Devaney. In this paper, the proposal is to improve the speed and the security of this generator, to make its use more relevant in the Internet security context. To do so, a comparative study between various generators is carried out and statistical results are given. Finally, an application in the information hiding framework is presented, to give an illustrative example of the use of such a generator in the Internet security field.Comment: 6 pages,6 figures, In INTERNET'2010. The 2nd Int. Conf. on Evolving Internet, Valencia, Spain, pages 125-130, September 2010. IEEE Computer Society Press Note: Best Paper awar

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 /

Encrypting of Text Based on Chaotic Map

&nbsp;مقدمة: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; نظرًا للتوسع السريع للإنترنت مؤخرًا، أصبح الأمان مشكلة حاسمة عند نقل البيانات الرقمية عبر قنوات غير آمنة. يمكن تطبيق &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;ذلك من خلال استخدام طرق تشفير يمكن الاعتماد عليها. قدم هذا البحث نظامًا لتشفير النص لإنشاء قواعد بيانات آمنة. طرق العمل: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; يستخدم البحث خريطة فوضوية مبنية على خريطة لوجستية نظرا لتطبيقها الواسع في البحث العلمي، حيث يتم استخدام عدة عمليات لتنفيذ نشاط التشفير. أولاً، تم تنسيق النص في مصفوفة ثنائية الأبعاد من الأرقام المحولة إلى متجه. ثانيًا، لإنشاء تسلسل لاستخدامه في عملية التشفير، يتم استخدام النظام الفوضوي. ثالثًا، فرز المتجه الذي تم إنشاؤه من أجل خلط القيم النصية بناءً عليه. تتضمن الخطوة الأخيرة ترميز النص المخفوق باستخدام عملية حسابية. أيضًا، هناك العديد من الخطوات المستخدمة في عملية فك التشفير. في الخطوة الأولى، يتم استخدام نفس الأسلوب الرياضي لفك تشفير النص المشفر بعد إنشاء التسلسل الفوضوي المتطابق. في الخطوة الثانية، يتم تفكيك القيم الممزوجة للحصول على النص الذي تم فك تشفيره. الاستنتاجات: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; أظهرت النتائج التجريبية أن الطريقة المقترحة تحصل على قيمة ممتازة للإنتروبي تساوي (0.9955) ومعامل الارتباط يساوي &nbsp;&nbsp;&nbsp; &nbsp;(-0.0024) وتأثير الانهيار الجليدي يساوي (0.5120) وكذلك النظام المقترح الذي تم فحصه تحت اختبارات NIST حصل على نتائج جيده (&gt; 0.01) وتم فحصها لعدة ملفات أخرى والحصول على نتائج جيدة، من حيث اختبارات وقت التنفيذ، تم تطبيق النظام المقترح في فترة زمنية قصيرة.Background: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Due to the internet's recent rapid expansion, security has become a crucial issue when transmitting digital data via unsecure channels. This can be applied by employing dependable encryption methods. This research brought forward a text encryption system order to create safe databases. Materials and Methods: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; The research uses a chaotic map based on a logistic map Due to its widespread application in scientific research. Several processes are used to carry out the encryption activity. Firstly, the text is formatted in 2D matrix of numbers converted into vector. Secondly, to create a sequence for using it in the encryption process, the chaotic system is employed. Thirdly, sorting the generated vector in order to scramble the text values based on it. The final step involves encoding the scrambled text using a mathematical operation. Also, there are many steps used in the decryption process. In the first step, the same mathematical technique is used to decrypt the encrypted text after the identical chaotic sequence has been generated. In the second step, the scrambled values are descrambled&nbsp;to obtain the decrypted text. Results: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; The experimental results demonstrate that the suggested approach obtain an excellent value of entropy equal to (0.9955) and Correlation coefficient equal to (-0.0024) and Avalanche effect equal to (0.5120) as well as the proposed system examined under NIST tests and obtain a good results (&gt;0.01) and examined for multiple other files and obtain a good results, in terms of execution time tests, the proposed system applied in a short amount of time. Conclusion: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; The proposed system matched the criteria for encryption techniques in terms of high sensitivity for initial values, high security, high randomizing Whatever text is to be encrypted. Also the proposed system can be applied for real time application due to its Short implementation time

Secrecy and Randomness: Encoding Cloud data Locally using a One-Time Pad

There is no secrecy without randomness, and we address poor cloud security using an analogue chaotic onetime pad encryption system to achieve perfect secrecy. Local encoding returns control to the client and makes stored cloud data unreadable to an adversary. Most cloud service providers encode client data using public encryption algorithms, but ultimately businesses and organisations are responsible for encoding data locally before uploading to the Cloud. As recommended by the Cloud Security Alliance, companies employing authentication and local encryption will reduce or eliminate, EU fines for late data breach discoveries when the EU implements the new general data protection regulations in 2018. Companies failing to detect data breaches within a 72-hour limit will be fined up to four percent of their global annual turnover and estimates of several hundred billion euros could be levied in fines based on the present 146 days average EU breach discovery. The proposed localised encryption system is additional to public encryption, and obeying the rules of one-time pad encryption will mean intercepted encrypted data will be meaningless to an adversary. Furthermore, the encoder has no key distribution problem because applications for it are of “one-to-cloud” type

A Novel TRNG Based on Traditional ADC Nonlinear Effect and Chaotic Map for IoT Security and Anticollision

In the rapidly developing Internet of Things (IoT) applications, how to achieve rapid identification of massive devices and secure the communication of wireless data based on low cost and low power consumption is the key problem to be solved urgently. This paper proposes a novel true random number generator (TRNG) based on ADC nonlinear effect and chaotic map, which can be implemented by traditional processors with built-in ADCs, such as MCU, DSP, ARM, and FPGA. The processor controls the ADC to sample the changing input signal to obtain the digital signal DADC and then extracts some bits of DADC to generate the true random number (TRN). At the same time, after a delay based on DADC, the next time ADC sampling is carried out, and the cycle continues until the processor stops generating the TRN. Due to the nonlinear effect of ADC, the DADC obtained from each sampling is stochastic, and the changing input signal will sharply change the delay time, thus changing the sampling interval (called random interval sampling). As the input signal changes, DADC with strong randomness is obtained. The whole operation of the TRNG resembles a chaotic map, and this method also eliminates the pseudorandom property of chaotic map by combining the variable input signal (including noise) with the nonlinear effect of ADC. The simulation and actual test data are verified by NIST, and the verification results show that the random numbers generated by the proposed method have strong randomness and can be used to implement TRNG. The proposed TRNG has the advantages of low cost, low power consumption, and strong compatibility, and the rate of generating true random number is more than 1.6 Mbps (determined by ADC sampling rate and processor frequency), which is very suitable for IoT sensor devices for security encryption algorithms and anticollision

Symmetry in Chaotic Systems and Circuits

Symmetry can play an important role in the field of nonlinear systems and especially in the design of nonlinear circuits that produce chaos. Therefore, this Special Issue, titled “Symmetry in Chaotic Systems and Circuits”, presents the latest scientific advances in nonlinear chaotic systems and circuits that introduce various kinds of symmetries. Applications of chaotic systems and circuits with symmetries, or with a deliberate lack of symmetry, are also presented in this Special Issue. The volume contains 14 published papers from authors around the world. This reflects the high impact of this Special Issue