Un nuevo algoritmo de cifrado que utiliza operaciones de subsecuencias de ADN para imágenes en color
Autores: Mirzajani, Saeed; Moafimadani, Seyed Shahabeddin; Roohi, Majid
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un nuevo algoritmo de cifrado que utiliza operaciones de subsecuencias de ADN para imágenes en color
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas aplicadas
Palabras clave
Red de computadoras
Datos multimedia
Seguridad
Técnicas de cifrado
Sistemas criptográficos basados en caos
Imágenes en color
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 22
Citaciones: Sin citaciones
La red informática ha transformado fundamentalmente las interacciones modernas, permitiendo la transmisión sin esfuerzo de datos multimedia. Sin embargo, la apertura de estas redes requiere una mayor atención a la seguridad y confidencialidad del contenido multimedia. Las imágenes digitales, siendo un componente crucial de las comunicaciones multimedia, requieren medidas de protección robustas, ya que su seguridad se ha convertido en una preocupación global. Los algoritmos tradicionales de cifrado/descifrado de imágenes en color, como DES, IDEA y AES, son inadecuados para el cifrado de imágenes debido a los diversos formatos de almacenamiento de las imágenes, lo que resalta la urgente necesidad de técnicas de cifrado innovadoras. Los sistemas criptográficos basados en caos han surgido como un enfoque de investigación prominente debido a sus propiedades de aleatoriedad, alta sensibilidad a las condiciones iniciales e impredecibilidad. Estos algoritmos generalmente operan en dos fases: barajado y reemplazo. Durante la fase de barajado, se alteran las posiciones de los píxeles utilizando secuencias caóticas o transformaciones de matriz, que son simples de implementar y mejoran el cifrado. Sin embargo, dado que solo se modifican las posiciones de los píxeles y no los valores de los píxeles, el histograma de la imagen cifrada permanece idéntico al original, lo que la hace vulnerable a ataques estadísticos. En la fase de reemplazo, las secuencias caóticas alteran los valores de los píxeles. Esta investigación introduce una nueva técnica de cifrado para imágenes en color (tipo RGB) basada en operaciones de subsecuencias de ADN para asegurar estas imágenes, que a menudo contienen información crítica, de posibles ciberataques. El método sugerido incluye dos componentes principales: un proceso de permutación de alta velocidad y difusión adaptativa. Cuando se implementó en el entorno de software MATLAB, el enfoque arrojó resultados prometedores, como valores de NPCR que superan el 98.9% y valores de UACI alrededor del 32.9%, demostrando su efectividad en parámetros criptográficos clave. Se realizaron análisis de seguridad, incluidos histogramas y pruebas de Chi-cuadrado, con resultados de prueba de Chi-cuadrado aprobados para todos los canales; también se calculó el coeficiente de correlación entre píxeles adyacentes. Además, se calcularon valores de entropía, logrando una entropía mínima de 7.0, lo que indica un alto nivel de aleatoriedad. El método se probó en imágenes específicas, como imágenes completamente negras y completamente blancas, y se evaluó su resistencia a ataques de ruido y oclusión. Finalmente, una comparación de los valores de NPCR y UAC del algoritmo propuesto con los de métodos existentes demostró su rendimiento superior y adecuación.
Descripción
La red informática ha transformado fundamentalmente las interacciones modernas, permitiendo la transmisión sin esfuerzo de datos multimedia. Sin embargo, la apertura de estas redes requiere una mayor atención a la seguridad y confidencialidad del contenido multimedia. Las imágenes digitales, siendo un componente crucial de las comunicaciones multimedia, requieren medidas de protección robustas, ya que su seguridad se ha convertido en una preocupación global. Los algoritmos tradicionales de cifrado/descifrado de imágenes en color, como DES, IDEA y AES, son inadecuados para el cifrado de imágenes debido a los diversos formatos de almacenamiento de las imágenes, lo que resalta la urgente necesidad de técnicas de cifrado innovadoras. Los sistemas criptográficos basados en caos han surgido como un enfoque de investigación prominente debido a sus propiedades de aleatoriedad, alta sensibilidad a las condiciones iniciales e impredecibilidad. Estos algoritmos generalmente operan en dos fases: barajado y reemplazo. Durante la fase de barajado, se alteran las posiciones de los píxeles utilizando secuencias caóticas o transformaciones de matriz, que son simples de implementar y mejoran el cifrado. Sin embargo, dado que solo se modifican las posiciones de los píxeles y no los valores de los píxeles, el histograma de la imagen cifrada permanece idéntico al original, lo que la hace vulnerable a ataques estadísticos. En la fase de reemplazo, las secuencias caóticas alteran los valores de los píxeles. Esta investigación introduce una nueva técnica de cifrado para imágenes en color (tipo RGB) basada en operaciones de subsecuencias de ADN para asegurar estas imágenes, que a menudo contienen información crítica, de posibles ciberataques. El método sugerido incluye dos componentes principales: un proceso de permutación de alta velocidad y difusión adaptativa. Cuando se implementó en el entorno de software MATLAB, el enfoque arrojó resultados prometedores, como valores de NPCR que superan el 98.9% y valores de UACI alrededor del 32.9%, demostrando su efectividad en parámetros criptográficos clave. Se realizaron análisis de seguridad, incluidos histogramas y pruebas de Chi-cuadrado, con resultados de prueba de Chi-cuadrado aprobados para todos los canales; también se calculó el coeficiente de correlación entre píxeles adyacentes. Además, se calcularon valores de entropía, logrando una entropía mínima de 7.0, lo que indica un alto nivel de aleatoriedad. El método se probó en imágenes específicas, como imágenes completamente negras y completamente blancas, y se evaluó su resistencia a ataques de ruido y oclusión. Finalmente, una comparación de los valores de NPCR y UAC del algoritmo propuesto con los de métodos existentes demostró su rendimiento superior y adecuación.