Symmetric Ciphers Based on Two-Dimensional Chaotic Maps

加密 混乱的 离散化 数学 密码系统 帐篷映射 排列(音乐) 密码学 计算机科学 理论计算机科学 分组密码 算法 数学分析 人工智能 操作系统 物理 声学
作者
Jiří Fridrich
出处
期刊:International Journal of Bifurcation and Chaos [World Scientific]
卷期号:08 (06): 1259-1284 被引量:1853
标识
DOI:10.1142/s021812749800098x
摘要

In this paper, methods are shown how to adapt invertible two-dimensional chaotic maps on a torus or on a square to create new symmetric block encryption schemes. A chaotic map is first generalized by introducing parameters and then discretized to a finite square lattice of points which represent pixels or some other data items. Although the discretized map is a permutation and thus cannot be chaotic, it shares certain properties with its continuous counterpart as long as the number of iterations remains small. The discretized map is further extended to three dimensions and composed with a simple diffusion mechanism. As a result, a symmetric block product encryption scheme is obtained. To encrypt an N×N image, the ciphering map is iteratively applied to the image. The construction of the cipher and its security is explained with the two-dimensional Baker map. It is shown that the permutations induced by the Baker map behave as typical random permutations. Computer simulations indicate that the cipher has good diffusion properties with respect to the plain-text and the key. A nontraditional pseudo-random number generator based on the encryption scheme is described and studied. Examples of some other two-dimensional chaotic maps are given and their suitability for secure encryption is discussed. The paper closes with a brief discussion of a possible relationship between discretized chaos and cryptosystems.
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