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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/12517| Document type: | Dissertação |
| Access type: | Acesso Aberto |
| Title: | Método Criptográco Baseado em Autômatos Celulares Bidimensionais para Cifragem de Imagens |
| Author: | Magalhães Júnior, Tarcísio Abadio de |
| First Advisor: | Oliveira, Gina Maira Barbosa de |
| First member of the Committee: | Mesquita, Daniel Gomes |
| Second member of the Committee: | Silva, José Demísio Simões da |
| Summary: | Neste trabalho é proposto um novo modelo criptográfico de chave simétrica baseado em autômatos celulares bidimensionais com vizinhança von Neumann, heterogêneos e não aditivos. A cifragem do método é realizada através do cálculo de pré-imagens consecutivas e a decifragem a partir da evolução temporal para frente do autômato celular. O modelo proposto baseou-se em um trabalho anterior que utilizava autômatos celulares unidimensionais como método de cifragem, chamado Hybrid Cellular Automata (HCA). A não homogeneidade do autômato, herança do HCA, se dá pelo uso de duas regras no processo do cálculo de pré-imagens. Uma das regras é utilizada apenas nas células do contorno do reticulado a fim de garantir a existência da pré-imagem. Sua função é realizar apenas um deslocamento dos bits. A outra regra é de característica caótica e é a responsável pela cifragem efetiva do reticulado. A proposição de um novo modelo para cifrar imagens é justificada, pois os modelos convencionais de uma única dimensão não se preocupam com características espaciais das imagens. Além disso, os autômatos celulares por serem estruturas muito simples e intrinsecamente paralelos facilitam a implementação eficiente em hardware. Devido ao modelo proposto utilizar uma cifragem espacial, o resultado da criptografia tem uma maior qualidade, aumentando assim a segurança das informações. A validade e a eficiência do modelo foi avaliada a partir de vários testes realizados com diferentes conjuntos de imagens e com amostras de regras com vizinhança von Neumann de raio 1 e raio 2. No caso das regras com vizinhança de raio 1, o conjunto completo de chaves de 16 bits foi testado de forma exaustiva. Os resultados confirmam que o método possui as propriedades de confusão e difusão. A partir dos resultados obtidos nos testes, foi possível especificar um novo sistema criptográfico que foi denominado Two-Dimensional Hybrid Cellular Automata (THCA). O THCA pode ser aplicado tanto em cifragem de imagens, quanto na cifragem de textos lineares. Quando aplicado à cifragem de textos lineares, o THCA opera com chaves de 256 bits, blocos de 1024 bits e utiliza 15 passos de cálculo de pré-imagens na cifragem. Quando aplicado à cifragem de imagens, o THCA opera com chaves de 256 bits e cada imagem é tratada com um único bloco, que é cifrado em no máximo 25 passos de pré-imagens, desde que sua matriz binária não ultrapasse 512 Kbytes e sua maior dimensão não ultrapasse 2048 bits. Caso seja maior que essas dimensões, a imagem deve ser quebrada em blocos de 2048 x 2048 bits, que serão cifrados em 25 passos de pré-imagens. |
| Abstract: | This work proposes a new symmetric-key cryptographical model based on von Neumann two-dimensional, heterogeneous and non-additive cellular automata. The encryption process is performed by calculating consecutive pre-images and decryption process by the forward evolution of cellular automata. The proposed model was based on earlier work which used one-dimensional cellular automata, called Hybrid Cellular Automata (HCA). The inhomogeneity of the automaton, a legacy of HCA, is achieved by using two rules in the process of calculating pre-images. One of the rules is used only in boundary lattice cells to ensure the existence of the preimage, their only function is to perform a shift of the bits. The other rule is chaotic and it is responsible for perform the process of efective scrambling the lattice. The proposition of a new model to encrypt images is justied, because the conventional models of a single dimension are not concerned with spatial characteristics of images. Moreover, cellular automata structures because they are very simple and inherently parallel facilitate the ecient implementation in hardware. Due to the proposed model to use an spacial encryption, the result of cryptography has a higher quality, thus increasing the security of information. The validity and eciency of the model was assessed from multiple tests performed with difierent sets of images and samples of rules with von Neumann neighborhood of radius 1 and radius 2. In the case of rules with a neighborhood radius 1, the full set of keys of 16 bits has been tested thoroughly. The results conrm that the method has the properties of confusion and difiusion. From the results obtained in the tests, it was possible to specify a new cryptographic system which was named Two-Dimensional Hybrid Cellular Automata (THCA). The THCA can be applied in encryption of image or linear texts. When applied to the scrambling of linear texts, the THCA operates with 256-bit keys, blocks of 1024 bits and uses 15 steps of calculating pre-images in encryption. When applied to the encryption of images, the THCA operates with 256-bit keys, and each image is treated with a single block, which is encrypted in a maximum of 25 steps of pre-images, since its binary matrix does not exceed 512 Kbytes and the biggest dimension does not exceed 2048 bits. If it is larger than these dimensions, the image must be broken into blocks of 2048 x 2048 bits, which will be encrypted in 25 steps of pre-images. |
| Keywords: | Autômato celular bidimensional Criptografia simétrica Cálculo de pré-imagem Criptografia de imagens Two-dimensional cellular automata Symmetric encryption Calculation of pre-image Image encryption Inteligência artificial Criptografia de dados (Computação) |
| Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
| Language: | por |
| Country: | BR |
| Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Institution Acronym: | UFU |
| Department: | Ciências Exatas e da Terra |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação |
| Quote: | MAGALHÃES JÚNIOR, Tarcísio Abadio de. Método Criptográco Baseado em Autômatos Celulares Bidimensionais para Cifragem de Imagens. 2010. 176 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2010. |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/12517 |
| Date of defense: | 8-Dec-2010 |
| Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Ciência da Computação |
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