informИнформатикаInformatics1816-03012617-6963UIIP NASBinform-242Research ArticleОБРАБОТКА СИГНАЛОВ, ИЗОБРАЖЕНИЙ, РЕЧИ, ТЕКСТА И РАСПОЗНАВАНИЕ ОБРАЗОВSIGNAL, IMAGE, SPEECH, TEXT PROCESSING AND PATTERN RECOGNITIONШИФРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ ХАОТИЧЕСКИХ ОТОБРАЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙENCRYPTION OF IMAGES ON THE BASIS OF CHAOTIC MAPPING AND PARALLEL COMPUTINGСидоренкоА. В.SidorenkoA. V.sidorenkoa@yandex.ruШишкоМ. С.ShishkoM. S.maxshishko@yandex.ruБелорусский государственный университетBelarusian State University20171212201704(56)7888Copyright © Сидоренко А.В., Шишко М.С., 20172017Сидоренко А.В., Шишко М.С.Sidorenko A.V., Shishko M.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://inf.grid.by/jour/article/view/242

Описывается алгоритм шифрования изображения на основе хаотической динамики, оптимизированный для параллельных вычислений. Для уменьшения объема шифруемых данных используется вейвлет-сжатие. При этом часть вейвлет-коэффициентов шифруется с помощью перестановочно-рассеивающего алгоритма, уточняющие коэффициенты – с помощью алгоритма на основе клеточных автоматов. Проводится тестирование алгоритма и показывается хорошая стойкость к статистическому и дифференциальному криптоанализу. Тестирование алгоритма с помощью статистических тестов SP 800-22 позволило установить, что двоичная последовательность, генерируемая алгоритмом, близка к случайной. Показывается, что при оценке производительности алгоритма скорость шифрования при сжатии без потерь составила 8 Мбит/с.

The chaos-based image encryption algorithm using parallel computing is described. To reduce the amount of encrypted data the wavelet-based compression is used. Some of the wavelet coefficients are encrypted with the use of confusion-diffusion scheme and the qualifying coefficients are encrypted by the algorithm based on reversible cellular automations. Resistance of this algorithm to statistical and differential cryptanalysis was evaluated. The SP 800-22 statistical tests were performed. These tests demonstrated that the binary sequence generated by the algorithm is close to the random one. The algorithm testing was performed. The algorithm productivity was estimated. The encryption rate for the test image in the case of lossless compression was 8 Mbit/s.

ReferencesСидоренко, А.В. Шифрование данных с использованием хаотической динамики в сенсорной сети / А.В. Сидоренко, К. С. Мулярчик // Доклады БГУИР. – 2015. – № 6(92). – С. 41–47.Сидоренко, А.В. Шифрование данных с использованием хаотической динамики в сенсорной сети / А.В. Сидоренко, К. С. Мулярчик // Доклады БГУИР. – 2015. – № 6(92). – С. 41–47.Wong, K.-W. A Fast Image Encryption Scheme based on Chaotic Standard Map / K.-W. Wong, S. K. Bernie, W.-S. Law // Physics Letters A. – 2008. – Vol. 372. – P. 2645–2652.Wong, K.-W. A Fast Image Encryption Scheme based on Chaotic Standard Map / K.-W. Wong, S. K. Bernie, W.-S. Law // Physics Letters A. – 2008. – Vol. 372. – P. 2645–2652.Chen, G. A symmetric image encryption scheme based on 3D chaotic cat maps / G. Chen, Y. Mao, Ch.K. Chui // Chaos, Solitons and Fractals. – 2004. – Vol. 21. – P. 749–761.Chen, G. A symmetric image encryption scheme based on 3D chaotic cat maps / G. Chen, Y. Mao, Ch.K. Chui // Chaos, Solitons and Fractals. – 2004. – Vol. 21. – P. 749–761.Khan, M. A Literature Review on Image Encryption Techniques / M. Khan, T. Shah // 3D Res. – 2014. – Vol. 5, iss. 4.Khan, M. A Literature Review on Image Encryption Techniques / M. Khan, T. Shah // 3D Res. – 2014. – Vol. 5, iss. 4.Wong, K.-W. Image encryption using chaotic maps / K.-W. Wong // Intel. Computing Based on Chaos. – 2009. – Vol. 184. – P. 333–354.Wong, K.-W. Image encryption using chaotic maps / K.-W. Wong // Intel. Computing Based on Chaos. – 2009. – Vol. 184. – P. 333–354.Новицкий, В.В. Сжатие полутоновых изображений на основе кластеризации и прогрессивного вложенного кодирования вейвлет-коэффициентов / В.В. Новицкий, В.Ю. Цветков // Телекоммуникации: сети и технологии, алгебраическое кодирование и безопасность данных : материалы Междунар. науч.-техн. семинара, Минск, апрель–декабрь 2015 г. – Минск : БГУИР, 2015. – С. 45–51.Новицкий, В.В. Сжатие полутоновых изображений на основе кластеризации и прогрессивного вложенного кодирования вейвлет-коэффициентов / В.В. Новицкий, В.Ю. Цветков // Телекоммуникации: сети и технологии, алгебраическое кодирование и безопасность данных : материалы Междунар. науч.-техн. семинара, Минск, апрель–декабрь 2015 г. – Минск : БГУИР, 2015. – С. 45–51.Faraoun, K.M. A parallel block-based encryption schema for digital images using reversible cellular automata / K.M. Faraoun // Engineering Science and Technology. – 2014. – Vol. 17. – P. 85–94.Faraoun, K.M. A parallel block-based encryption schema for digital images using reversible cellular automata / K.M. Faraoun // Engineering Science and Technology. – 2014. – Vol. 17. – P. 85–94.Wu, Y. NPCR and UACI randomness tests for image encryption / Y. Wu, J.P. Noonan, S. Agaian // Multidisciplinary journals in science and technology. Journal of selected areas in telecommunications (JSAT). – 2011. – Apr. ed. – P. 31–38.Wu, Y. NPCR and UACI randomness tests for image encryption / Y. Wu, J.P. Noonan, S. Agaian // Multidisciplinary journals in science and technology. Journal of selected areas in telecommunications (JSAT). – 2011. – Apr. ed. – P. 31–38.A statistical test suite for random and pseudorandom number generators for cryptographic applications / A. Rukhin [et al.]. – Special Publication 800-22. Revision 1a. – Gaithersburg : National institute of standards and technology, 2010. – 131 р.A statistical test suite for random and pseudorandom number generators for cryptographic applications / A. Rukhin [et al.]. – Special Publication 800-22. Revision 1a. – Gaithersburg : National institute of standards and technology, 2010. – 131 р.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.