Szyfrowanie zdjęć za pomocą chaotycznych automatów komórkowych

Minęło już ponad dziesięć lat, odkąd pojawił się pomysł wykorzystania chaosu do szyfrowania wiadomości.

Podejście jest proste. Zacznij od wiadomości, nałóż ją na chaotyczny sygnał i wyślij. Jeśli chaos jest starannie dobrany, ten sygnał może wydawać się przypadkowy i wyglądać jak szum tła. Aby ujawnić oryginalną wiadomość, odbiorca musi być w posiadaniu tego samego chaotycznego sygnału i po prostu musi go odjąć od zaszyfrowanej wiadomości. Voila!

Dziś Marina Jeaneth Machicao i kilku kumpli z Uniwersytetu San Paul w Brazylii ujawniają prosty sposób rozszerzenia tej metody na obrazy.

Ich pomysł polega na wykorzystaniu automatu komórkowego do generowania sygnału pseudolosowego. Automat komórkowy to tablica przypominająca siatkę, w której każda komórka może być w dowolnym momencie czarna lub biała. Jednak w następnym kroku czasowym każdy kwadrat zmienia się zgodnie z ustaloną regułą i kolorem otaczających go kwadratów.

Sztuczka polega oczywiście na znalezieniu reguły, która generuje pseudolosowe wyjście, tak aby wynikowa siatka wyglądała jak szum.

Ci faceci sprawdzają kilka automatów, aby zobaczyć, które generują najbardziej losowe dane wyjściowe. Mierzą jakość losowości po 20 milionach iteracji za pomocą standardowych testów statystycznych znanych jako ENT i DIEHARD. Poprzestają na jednym o nazwie Fredkin B1357/S02468, który daje konsekwentnie losowe wyniki.

Jedną z kluczowych kwestii jest to, że wyjście tego automatu jest dokładnie określone przez jego stan początkowy. Użyj innego wzoru komórek, a otrzymasz zupełnie inny wynik.

To ważne, ponieważ mówią, że ten stan początkowy może działać jako hasło. Oznacza to, że automaty mogą być swobodnie rozpowszechniane, aby każdy mógł z nich korzystać, ale tylko osoba posiadająca hasło może odszyfrować daną wiadomość.

Oto jak to działa. Zacznij od wpisania hasła, aby utworzyć początkowy wzór komórek w automacie komórkowym. Następnie przeprowadź 20 milionów iteracji, aby wygenerować wynik pseudolosowy. Nałóż to na zdjęcie, które chcesz zaszyfrować, a następnie wyślij.

Odbiornik z poprawnym hasłem może wyświetlić obraz wykonując procedurę w odwrotnej kolejności.

To ciekawe podejście, ale rodzi szereg ważnych pytań. Najbardziej oczywistym z nich jest to, jak bezpieczny byłby taki system.

Problem w tym. Chociaż wynik wygląda na losowy, jest generowany przez całkowicie deterministyczny proces. To potencjalna słabość, którą podsłuchujący chciałby wykorzystać. Rzeczywiście, kryptografowie znaleźli wszelkiego rodzaju luki w podobnych rodzajach generatorów pseudolosowych.

Jednak inni wykazali, że automaty komórkowe mogą generować dane wyjściowe, które są zasadniczo nie do odróżnienia od naturalnej losowości. Rzeczywiście, Stephen Wolfram, jeden z pionierów w tej dziedzinie, uważa, że ​​wszechświat czerpie swoją losowość z procesów przypominających automaty komórkowe. Generator liczb losowych w oprogramowaniu Mathematica firmy Wolfram wykorzystuje dokładnie to podejście.

Możliwe, że Machicao i spółka będą w stanie dowieść pewnego rodzaju bezpieczeństwa obliczeniowego — że złamanie zaszyfrowanej wiadomości wymagałoby znacznej ilości mocy obliczeniowej. Więc tego rodzaju wiadomości byłyby przydatne do krótkotrwałej tajemnicy.

Ale jeśli nie, to byłby to odważny kryptograf, który powierzył tej metodzie tajemnice.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1112.6326 : Chaotyczna metoda szyfrowania oparta na podobnych do życia automatach komórkowych

ukryć