Wireless channel-based ciphering key generation: effect of aging and treatment

Key generation for data cryptography is vital in wireless communications security. This key must be generated in a random way so that can not be regenerated by a third party other than the intended receiver. The random nature of the wireless channel is utilized to generate the encryption key. However, the randomness of wireless channels deteriorated over time due to channel aging which casing security threats, particularly for spatially correlated channels. In this paper, the effect of channel aging on the ciphering key generations is addressed. A proposed method to randomize the encryption key each coherence time is developed which decreases the correlation between keys generated at consecutive coherence times. When compared to the conventional method, the randomness improvement is significant at each time interval. The simulation results show that the proposed method improves the randomness of the encrypting keys

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 /

Improved Image Security in Internet of Thing (IOT) Using Multiple Key AES

الصورة هي معلومات رقمية مهمة تستخدم في العديد من تطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) مثل النقل والرعاية الصحية والزراعة والتطبيقات العسكرية والمركبات والحياة البرية .. إلخ. كذلك تتميز الصورة بسمات مهمة جدًا مثل الحجم الكبير والارتباط القوي والتكرار الهائل وبالتالي  تشفيرها باستخدام معيار التشفير المتقدم (AES) بمفتاح واحد من خلال تقنيات اتصالات إنترنت الأشياء تجعله عرضة للعديد من التهديدات. مساهمة هذا العمل هي لزيادة أمن الصورة المنقولة. لذلك اقترحت هذه الورقة خوارزمية AES متعددةالمفاتيح (MECCAES) لتحسين الأمان للصورة المرسلة من خلال إنترنت الأشياء. يتم تقييم هذا النهج من خلال تطبيقه على صور RGB bmp وتحليل النتائج باستخدام المقاييس القياسية مثل الإنتروبيا( Entropy ) ،المدرج التكراري histogram) )، الارتباط( correlation ) ، مقاييس نسبة الذروة للأشارة إلى الضوضاء (PSNR) ومتوسط ​​ مربع خطأ (MES). تظهر نتائج التجارب أن الطريقة المقترحة تحقق مستوى عالي من السرية كما أنها واعدة باستخدامها بشكل فعال في مجالات واسعة من تشفير الصور في إنترنت الأشياء.  Image is an important digital information that used in many internet of things (IoT) applications such as transport, healthcare, agriculture, military, vehicles and wildlife. etc. Also, any image has very important characteristic such as large size, strong correlation and huge redundancy, therefore, encrypting it by using single key Advanced Encryption Standard (AES) through IoT communication technologies makes it vulnerable to many threats, thus, the pixels that have the same values will be encrypted to another pixels that have same values when they use the same key. The contribution of this work is to increase the security of transferred image. This paper proposed multiple key AES algorithm (MECCAES) to improve the security of the transmitted image through IoT. This approach is evaluated via applying it on RGB bmp images and analyzing the results using standard metrics such as entropy, histogram, correlation, Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) and Mean Square Error (MES) metrics. Also, the time for encryption and decryption for the proposed MECCAES is the same time consumed by original single key AES is 12 second(the used image size is 12.1MB therefore time is long). The performance experiments show that this scheme achieves confidentiality also it encourages to use effectively in a wide IoTs fields to secure transmitted image

A Survey on Wireless Security: Technical Challenges, Recent Advances and Future Trends

This paper examines the security vulnerabilities and threats imposed by the inherent open nature of wireless communications and to devise efficient defense mechanisms for improving the wireless network security. We first summarize the security requirements of wireless networks, including their authenticity, confidentiality, integrity and availability issues. Next, a comprehensive overview of security attacks encountered in wireless networks is presented in view of the network protocol architecture, where the potential security threats are discussed at each protocol layer. We also provide a survey of the existing security protocols and algorithms that are adopted in the existing wireless network standards, such as the Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX, and the long-term evolution (LTE) systems. Then, we discuss the state-of-the-art in physical-layer security, which is an emerging technique of securing the open communications environment against eavesdropping attacks at the physical layer. We also introduce the family of various jamming attacks and their counter-measures, including the constant jammer, intermittent jammer, reactive jammer, adaptive jammer and intelligent jammer. Additionally, we discuss the integration of physical-layer security into existing authentication and cryptography mechanisms for further securing wireless networks. Finally, some technical challenges which remain unresolved at the time of writing are summarized and the future trends in wireless security are discussed.Comment: 36 pages. Accepted to Appear in Proceedings of the IEEE, 201

A 1 Gbps Chaos-Based Stream Cipher Implemented in 0.18 m CMOS Technology

In this work, a novel chaos-based stream cipher based on a skew tent map is proposed and implemented in a 0.18 µm CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) technology. The proposed ciphering algorithm uses a linear feedback shift register that perturbs the orbits generated by the skew tent map after each iteration. This way, the randomness of the generated sequences is considerably improved. The implemented stream cipher was capable of achieving encryption speeds of 1 Gbps by using an approximate area of ~20,000 2-NAND equivalent gates, with a power consumption of 24.1 mW. To test the security of the proposed cipher, the generated keystreams were subjected to National Institute of Standards and Technology (NIST) randomness tests, proving that they were undistinguishable from truly random sequences. Finally, other security aspects such as the key sensitivity, key space size, and security against reconstruction attacks were studied, proving that the stream cipher is secure

Physical layer authenticated image encryption for Iot network based on biometric chaotic signature for MPFrFT OFDM system

In this paper, a new physical layer authenticated encryption (PLAE) scheme based on the multi-parameter fractional Fourier transform–Orthogonal frequency division multiplexing (MP-FrFT-OFDM) is suggested for secure image transmission over the IoT network. In addition, a new robust multi-cascaded chaotic modular fractional sine map (MCC-MF sine map) is designed and analyzed. Also, a new dynamic chaotic biometric signature (DCBS) generator based on combining the biometric signature and the proposed MCC-MF sine map random chaotic sequence output is also designed. The final output of the proposed DCBS generator is used as a dynamic secret key for the MPFrFT OFDM system in which the encryption process is applied in the frequency domain. The proposed DCBS secret key generator generates a very large key space of (Formula presented.). The proposed DCBS secret keys generator can achieve the confidentiality and authentication properties. Statistical analysis, differential analysis and a key sensitivity test are performed to estimate the security strengths of the proposed DCBS-MP-FrFT-OFDM cryptosystem over the IoT network. The experimental results show that the proposed DCBS-MP-FrFT-OFDM cryptosystem is robust against common signal processing attacks and provides a high security level for image encryption application. © 2023 by the authors

A proposed hybrid cryptography algorithm based on GOST and salsa (20)

Security concepts are frequently used interchangeably. These concepts are interrelated and share similar objectives for the protection of privacy, credibility, and access to information; however, there are some slight differences between them. Such variations lie mostly in the subject matter approach, the approaches used, and the focus fields. With the intention of protecting data in contradiction of unauthorized or unintentional disclosure, cryptography is used during transit (electronic or physical) and when data is stored. In the course of the past few years, some block ciphers and stream ciphers have been proposed. These block ciphers take encryption method that uses Substitution-Permutation and Feistel network structure while stream ciphers choose a onetime method. GOST encryption is based on the confidentiality of the secret key. However, it leads to the same ciphertext being generated when the encryption program is used with the same key for the plain text. Reproduction of messages can thus easily be identified by an opponent that is a weak link in any communication. In this paper, proposed a hybrid encryption method based on GOST block cipher and Salsa stream cipher to provide proper security with as high hardness randomly enhances the five standard tests and modifies key schedule as secure operations. The downside of the GOST algorithm is a simple key schedule so that in certain circumstances be the weak point of the method of cryptanalysis as related-key cryptanalysis. However, this resolved by the proposed method by passing the keys of GOST to Salsa stream to have the right combination and more robustness security. Its need for 2256 probable keys to breaking keys that, because of its uncomfortable procedure in this situation, is to be not used brute force attack. Correspondingly, five standard tests successfully surpassed the randomness of a proposed method

Recent Trends in Image Encryption: A Review

Security of multimedia data is gaining acceptance owing to the growth and acceptability of images in various applications and in telecommunication. Encryption is one of the ways to ensure high security of images as they are used in many fields such as in secure medical imaging services, military intelligence, internet and intranet communication, e-banking etc. These images are stored or transmitted through a network; hence the security of such image data is important. In this work, recently developed encryption techniques are studied and analyzed to promote further development of more encryption methods to ensure additional security and versatility. All the techniques reviewed came into existence within the last five years (2011-2015) and are found to be useful for the present day encryption applications. Each technique is unique in its own way, which might be suitable for different applications. As time goes on, new encryption techniques are evolving. Hence, fast and secure conventional encryption techniques will always be needed in applications requiring high rate of security