Chaos-based crypto and joint crypto-compression systems for images and videos
Crypto-systèmes basés chaos et systèmes de crypto-compression
Résumé
The security of image and video data is important for
many applications which require in real-time a high
security level. In the first part of this work, four
chaos-based cryptosystems, flexible, efficient, and
more robust against cryptanalysis, are designed and
realized. The first two cryptosystems are based on the
substitution-permutation network. The substitution is
achieved by a proposed modified Finite Skew Tent
Map (FSTM) to overcome various problems: fixed
point, key space restriction, and limitation of mapping
between plaintext and ciphertext. The third
cryptosystem is a new and efficient structure. It is
based on a binary diffusion layer of pixels, followed by
a bit-permutation layer. The permutation is achieved
by an efficient proposed formulation of the 2-D cat
map. The fourth cryptosystem is faster than the
others, having a very high security level. The
confusion and the diffusion are performed in a single
scan. Its design is based on a partial cryptanalysis
that we performed on the Zhang algorithm. In the
second part, two fast and secure selective
chaos-based crypto-compressions are designed and
realized to secure the High Efficiency Video Coding
(HEVC) and its scalable version. In the first
crypto-compression, a new algorithm is proposed to
define the encryptable bits in the bit stream of the
HEVC and the SHVC systems. The proposed solution
encrypts a set of sensitive SHVC parameters at the
entropy encoder (CABAC), while preserving all SHVC
functionalities. Based on the tile concept, the second
proposed crypto-compression provides protection of
the ROI defined in the standard HEVC.
La sécurité des données images et vidéos est
importante pour beaucoup d’applications qui exigent
du temps réel et un haut niveau de sécurité. Dans la
première partie de ce travail, quatre cryptosystèmes
basés chaos flexibles, efficaces et très robustes contre
la cryptanalyse sont conçus et réalisés. Les deux
premiers s’appuient sur le réseau SPN. La substitution
est réalisée par une carte Skew tent (FSTM) modifiée
pour surmonter différents problèmes : point fixe,
restriction de la taille de la clé et limitation de la
cartographie entre les textes d’origines et chiffrés. Le
troisième cryptosystème est de structure nouvelle et
également efficace. Il est basé sur une couche de
diffusion binaire de pixels, suivi par une couche de
permutation des bits. La permutation est réalisée par
une nouvelle formulation efficace de la carte 2-D Cat.
Le quatrième cryptosystème, est plus rapide que les
autres avec un niveau de sécurité très élevé. Sa
conception s’appuie sur une cryptanalyse partielle,
que nous avons réalisée, de l’algorithme de Zhang.
Dans la deuxième partie, deux crypto-compression
basés chaos sélectifs et rapides sont utilisés pour
sécuriser le flux HEVC et SHVC. Dans le premier
crypto-compression, un nouvel algorithme pour définir
les bits chiffrables dans le flux binaire du HEVC et du
SHVC est proposé. La solution proposée chiffre un
ensemble de paramètres SHVC sensibles au niveau
du codeur entropique (CABAC), tout en préservant
l’ensemble des fonctionnalités SHVC. Basé sur le
concept de tuile, le deuxième crypto-compression
proposé permet une protection de la vidéo au niveau
d’une Région d’Intérêt (ROI) définie dans le standard
HEVC.
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