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    VoIP Speech Encryption System Using Stream Cipher with Chaotic Key Generator

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    Abstract— Recently, with the development multimedia technologies and wireless telecommunication, Voice over Internet Protocol, becomes widely used in communication between connecting people, VoIP allows people that are connected to the local network or the Internet to make voice calls using digital connection instead of based on the analog traditional telephone network. The technologies of Internet doesn’t give any security mechanism and there is no way to guarantee that the voice streams will be transmitted over Internet or network have not been intercepted in between. In this paper, VoIP is developed using stream cipher algorithm and the chaotic cryptography for key generator. It is based on the chaotic maps for generating a one-time random key used to encrypt each voice data in the RTP packet. Chaotic maps have been used successfully for encryption bulky data such as voice, image, and video, chaotic cryptography has good properties such as long periodicity, pseudo-randomness, and sensitivity to initial conditions and change in system parameters. A VoIP system was successfully implemented based on the on ITU-T G.729 for voice codec, as a multimedia encoding of Real-time Transport Protocol payload data, then, apply a proposed methods to generate three-mixed logistic chaotic maps [1] and then analysis the encryption/ decryption quality measures for speech signal based this method. The experimental work demonstrates that the proposed scheme can provide confidentiality to voice data with voice over IP performance quality, minimum lost in transmitted packet, minimum average delay, and minimum jitter. Keywords: VoIP; Speech encryption; logistic chaotic map; G.729; QoS; RT

    A Review on Biological Inspired Computation in Cryptology

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    Cryptology is a field that concerned with cryptography and cryptanalysis. Cryptography, which is a key technology in providing a secure transmission of information, is a study of designing strong cryptographic algorithms, while cryptanalysis is a study of breaking the cipher. Recently biological approaches provide inspiration in solving problems from various fields. This paper reviews major works in the application of biological inspired computational (BIC) paradigm in cryptology. The paper focuses on three BIC approaches, namely, genetic algorithm (GA), artificial neural network (ANN) and artificial immune system (AIS). The findings show that the research on applications of biological approaches in cryptology is minimal as compared to other fields. To date only ANN and GA have been used in cryptanalysis and design of cryptographic primitives and protocols. Based on similarities that AIS has with ANN and GA, this paper provides insights for potential application of AIS in cryptology for further research

    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 /

    Fast, parallel and secure cryptography algorithm using Lorenz's attractor

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    A novel cryptography method based on the Lorenz's attractor chaotic system is presented. The proposed algorithm is secure and fast, making it practical for general use. We introduce the chaotic operation mode, which provides an interaction among the password, message and a chaotic system. It ensures that the algorithm yields a secure codification, even if the nature of the chaotic system is known. The algorithm has been implemented in two versions: one sequential and slow and the other, parallel and fast. Our algorithm assures the integrity of the ciphertext (we know if it has been altered, which is not assured by traditional algorithms) and consequently its authenticity. Numerical experiments are presented, discussed and show the behavior of the method in terms of security and performance. The fast version of the algorithm has a performance comparable to AES, a popular cryptography program used commercially nowadays, but it is more secure, which makes it immediately suitable for general purpose cryptography applications. An internet page has been set up, which enables the readers to test the algorithm and also to try to break into the cipher in

    Four dimensional hyperchaotic communication system based on dynamic feedback synchronization technique for image encryption systems

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    This paper presents the design and simulation of a hyperchaotic communication system based on four dimensions (4D) Lorenz generator. The synchronization technique that used between the master/transmitter and the slave/receiver is based on dynamic feedback modulation technique (DFM). The mismatch error between the master dynamics and slave dynamics are calculated continuously to maintain the sync process. The information signal (binary image) is masked (encrypted) by the hyperchaotic sample x of Lorenz generator. The design and simulation of the overall system are carried out using MATLAB Simulink software. The simulation results prove that the system is suitable for securing the plain-data, in particular the image data with a size of 128×128 pixels within 0.1 second required for encryption, and decryption in the presence of the channel noise. The decryption results for gray and colored images show that the system can accurately decipher the ciphered image, but with low level distortion in the image pixels due to the channel noise. These results make the proposed cryptosystem suitable for real time secure communications

    Quaternion-based Encryption/Decryption of Audio Signal Using Digital Image as Variable Key

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    With the rapid growth of communication technology, cryptography plays a significant role in securing and verification of information exchanged via public communication channels.   The current paper introduces a novel method for encrypting/decrypting audio signal using a selected digital image as a complicated key and cover for audio signal.  Each sample of the audio signal is combined with the values of the three color components of a pixel fetched from the cover image yielding a quaternion number.   The absolute value of this quaternion number is then transmitted and when received, the original value of the audio sample can be extracted using simple quaternion mathematics. A second level of complexity can be added to this approach by applying one of the well-known cryptographic techniques (symmetric or asymmetric).   The suggested approach is implemented using Matlab simulation software and the generated audio signal is compared with the original one using some performance metrics.  The obtained results show that the proposed approach is robust and more secure against cryptanalysis attacks

    Improving Chaotic Cryptographic Primitives Based On Map’s Complexity And Period Length Of The Chaotic Maps

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    Peta camuk berkentuan menghasilkan ciri-ciri seperti determinisme, ergodisiti, perlakuan seperti rawak, ketidaklineran, aperiodisiti, entropi yang tinggi, imbangan, ketak kemerostan, korelasi maklumat yang amat rendah, dan kepekaan/kesensitifan yang amat tinggi terhadap perubahan yang amat kecil daripada keadaan awal dan parameter kawalan. Deterministic chaotic maps possess profound characteristics such as determinism, ergodicity, random-like behavior, nonlinearity, aperiodicity, high entropy, balance, nondegeneracy, incredibly low correlation of information and extreme sensitivity to very small changes of the initial condition and control-parameters

    A New Color Image Encryption Scheme Using CML and a Fractional-Order Chaotic System

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    Funding: This research was jointly supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 61004006, http://www.nsfc.gov.cn), China Postdoctoral Science Foundation(No. 2013M530181, http://res.chinapostdoctor.org.cn/BshWeb/index.shtml), the Natural Science Foundation of Henan Province, China (No. 13230010254, http://www.hnkjt.gov.cn/, Program for Science & Technology Innovation Talents in Universities of Henan Province, China (Grant No 14HASTIT042, http://rcloud.edu.cn), the Foundation for University Young Key Teacher Program of Henan Province, China (No. 2011GGJS-025, http://www.haedu.gov.cn/), Shanghai Postdoctoral Scientific Program (No. 13R21410600, http://www.21cnhr.gov.cn/doctorarea/), the Science & Technology Project Plan of Archives Bureau of Henan Province (No. 2012-X-62, http://www.hada.gov.cn/) and the Natural Science Foundation of Educational Committee of Henan Province, China (No. 13A520082, http://www.haedu.gov.cn/). The funders had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript.Peer reviewedPublisher PD

    Tree Parity Machine Rekeying Architectures

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    The necessity to secure the communication between hardware components in embedded systems becomes increasingly important with regard to the secrecy of data and particularly its commercial use. We suggest a low-cost (i.e. small logic-area) solution for flexible security levels and short key lifetimes. The basis is an approach for symmetric key exchange using the synchronisation of Tree Parity Machines. Fast successive key generation enables a key exchange within a few milliseconds, given realistic communication channels with a limited bandwidth. For demonstration we evaluate characteristics of a standard-cell ASIC design realisation as IP-core in 0.18-micrometer CMOS-technology
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