Improving random number generators by chaotic iterations. Application in data hiding

In this paper, a new pseudo-random number generator (PRNG) based on chaotic iterations is proposed. This method also combines the digits of two XORshifts PRNGs. The statistical properties of this new generator are improved: the generated sequences can pass all the DieHARD statistical test suite. In addition, this generator behaves chaotically, as defined by Devaney. This makes our generator suitable for cryptographic applications. An illustration in the field of data hiding is presented and the robustness of the obtained data hiding algorithm against attacks is evaluated.Comment: 6 pages, 8 figures, In ICCASM 2010, Int. Conf. on Computer Application and System Modeling, Taiyuan, China, pages ***--***, October 201

Using discrete-time hyperchaotic-based asymmetric encryption and decryption keys for secure signal transmission

In this paper, a framework for the synchronization of two non-identical discrete-time hyperchaotic systems, namely the 3D Baier-Klein and the 3D Hitzel-Zele maps, based on the use of hybrid output feedback concept and aggregation techniques, is employed to design a two-channel secure communication system. New sufficient conditions for synchronization are obtained by the use of Borne and Gentina practical criterion for stabilization study associated to the forced arrow form matrix for system description. The efficiency of the proposed approach to confidentially recover the transmitted message signal is shown via an application to the hyperchaotic Baier-Klein and Hitzel-Zele systems, considered as generators of asymmetric encryption and decryption keys

A new simple technique for improving the random properties of chaos-based cryptosystems

A new technique for improving the security of chaos-based stream ciphers has been proposed and tested experimentally. This technique manages to improve the randomness properties of the generated keystream by preventing the system to fall into short period cycles due to digitation. In order to test this technique, a stream cipher based on a Skew Tent Map algorithm has been implemented on a Virtex 7 FPGA. The randomness of the keystream generated by this system has been compared to the randomness of the keystream generated by the same system with the proposed randomness-enhancement technique. By subjecting both keystreams to the National Institute of Standards and Technology (NIST) tests, we have proved that our method can considerably improve the randomness of the generated keystreams. In order to incorporate our randomness-enhancement technique, only 41 extra slices have been needed, proving that, apart from effective, this method is also efficient in terms of area and hardware resources

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 /

A reversible system based on hybrid toggle radius-4 cellular automata and its application as a block cipher

The dynamical system described herein uses a hybrid cellular automata (CA) mechanism to attain reversibility, and this approach is adapted to create a novel block cipher algorithm called HCA. CA are widely used for modeling complex systems and employ an inherently parallel model. Therefore, applications derived from CA have a tendency to fit very well in the current computational paradigm where scalability and multi-threading potential are quite desirable characteristics. HCA model has recently received a patent by the Brazilian agency INPI. Several evaluations and analyses performed on the model are presented here, such as theoretical discussions related to its reversibility and an analysis based on graph theory, which reduces HCA security to the well-known Hamiltonian cycle problem that belongs to the NP-complete class. Finally, the cryptographic robustness of HCA is empirically evaluated through several tests, including avalanche property compliance and the NIST randomness suite.Comment: 34 pages, 12 figure

Recent Advancements on Symmetric Cryptography Techniques -A Comprehensive Case Study

Now a day2019;s Cryptography is one of the broad areas for researchers; because of the conventional block cipher has lost its potency due to the sophistication of modern systems that can break it by brute force. Due to its importance, several cryptography techniques and algorithms are adopted by many authors to secure the data, but still there is a scope to improve the previous approaches. For this necessity, we provide the comprehensive survey which will help the researchers to provide better techniques