Improving of permutation and diffusion step for chaos based image encryption using multiple hyper-chaotic systems and different techniques

Abstract

Veri iletiminin hızlı bir şekilde gelişmesinin yanı sıra, veri şifreleme araştırmacılar için daha fazla motive olur. Kaos tabanlı görüntü şifrelemesinin en büyük dezavantajları, difüzyon aşamasında zayıf karmaşıklık ve modern şifreleme sistemine göre düşük anahtar alanıdır. Bu araştırmada, iki hiper-kaotik sistemin kullanılmasıyla görüntü şifreleme sisteminin permütasyon-difüzyon aşamaları için iki etkili algoritma önerilmiştir. Bu sistemler, tüm şifreleme parametrelerini üreterek orijinal görüntü piksellerine izin vermek ve dağıtmak amacıyla kullanılır. Lagrange denklemi ve MD5, yalnızca giriş görüntüsü ile şifreleme algoritmasında kullanılması amaçlanan gizli anahtarlar arasındaki bağlantıyı karıştırmak için kullanılan yardımcı bir araç olarak kabul edilir. Her iki algoritma için, önerilen şifreleme algoritmalarında iki şifreleme aşaması kullanılmaktadır. İlk olarak, iki hiper-kaotik sistemin sekansları, görüntü piksellerine izin vermek için kullanılan hibrit sekansların üretilmesi için doğru şekilde birleştirilmiştir: ikincisi, hibrit hiper-kaotik sekanslar özellikle görüntü piksellerini iki turla şifrelemek için kullanılan değiştirilmiş dizileri oluşturmak için uygun şekilde uygulanır. Deneysel sonuçlar, önerilen şifreleme algoritmalarının güvenlik gereksinimlerini karşılayabildiğini göstermektedir. Ayrıca, önerilen programlar kilit alanı ve güvenliği arttırmakta ve asgari korelasyon katsayısına ulaşmaktadır.

Beside the fast development of data transmission, data encryption becomes more motivated for researchers. A major drawbacks of chaos-based image encryption are weak complexity in diffusion stage and low-key space as compared with modern cryptosystem. In this research, two effective algorithms for permutation-diffusion stages of image cryptosystem is proposed by employing two hyper-chaotic systems. These systems are utilized for the purpose of permuting and diffusing the original image pixels by generating all the encryption parameters. Lagrange equation and MD5 are considered as an auxiliary tool only used to confuse the connection between the input image and the secret keys which are intended for used in the encryption algorithm. For both algorithms, two stages of encryption are used in the proposed encryption algorithms Firstly, the sequences of the two hyper-chaotic systems are correctly merged in order to generate hybrid sequences used to permute image pixels: secondly, the hybrid hyper-chaotic sequences are properly applied with a view to generate the modified sequences that especially used for encrypting the image pixels with two rounds. The experimental results indicate that the suggested encryption algorithms are able to satisfy the requirements of security. Moreover, the proposed schemes increase key space and security and reaches minimum number of correlation coefficient.