Cryptography based Visual Data Protection

par Naveed Islam

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de William Puech.

Soutenue le 11-07-2011

à Montpellier 2, dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes.

Le jury était composé de William Puech, Christien Olivier, Khizar Hayat, Robert Brouzet.

Les rapporteurs étaient Caroline Fontaine, Azeddine Beghdadi.

  • Titre traduit

    Protection de données visuelles par chiffrement.


  • Résumé

    La transmission de données multimédia sur les réseaux sécurisés a une croissance exponentielle grâce aux progrès scientifique dans les technologies de l'information et de la communication. La sécurité des données dans certaines applications comme le stockage sécurisé, l'authentification, la protection des droits d'auteurs, la communication militaire ou la visioconférence confidentielles, nécessitent de nouvelles stratégies en matière de transmission sécurisée. Deux techniques sont couramment utilisées pour la transmission sécurisée de données visuelles, à savoir : la cryptographie et la stéganographie. La cryptographie sécurise les données en utilisant des clés secrètes afin de rendre les données illisibles, la stéganographie, elle, vise à insérer des données cruciales dans des signaux porteurs anodins.De plus, pour la confiance mutuelle et les systèmes distribués, le partage sécurisé de ressources est souvent une garantie suffisante pour les applications de communication. L'objectif principal de cette thèse est de réaliser une protection des données visuelles, en particulier les images numériques, par le biais des techniques modernes de cryptographie. Dans ce contexte, deux objectifs de recherche ont été développés durant ces travaux de thèse.La première partie de notre travail se concentre sur la sécurité des images numériques dans un environnement partagé. Ensuite, la deuxième partie porte sur l'intégrité des données visuelles pendant une transmission sécurisée.Nous avons proposé un nouveau schéma de partage des images qui exploite les propriétés d'addition et de multiplication homomorphique de deux crypto systèmes à clé publique largement utilisés : les algorithmes RSA et Paillier. Dans les schémas traditionnels de partage sécurisé, le ``dealer'' partitionne le secret en parties et le distribue à chacun des autres acteurs. Ainsi, aucun des acteurs impliqués ne participe à la création du partage sécurisé, mais il est toujours possible que le ``dealer'' transmette des données malveillantes. Au contraire, l'approche proposée utilise le système de partage de secret d'une manière qui limite l'influence du ‘‘dealer'' sur le protocole en permettant à chaque acteur de participer.La deuxième partie de ces travaux de thèse met l'accent sur l'intégrité des données visuelles lors de la transmission. L'intégrité des données signifie que les données gardent leurs structures complètes au cours d'une opération numérique comme le stockage, le transfert ou la récupération. Le changement d'un seul bit de données cryptées peut avoir un impact catastrophique sur les données décryptées. Nous abordons le problème de correction d'erreurs dans les images cryptées en utilisant le chiffrement à clé symétrique AES (Advanced Encryptions Standard) suivant différents modes. Trois mesures sont proposées afin d'exploiter les statistiques locales des données visuelles et l'algorithme de chiffrement, dans l'objectif de corriger les erreurs efficacement.


  • Résumé

    Due to the advancements in the information and communication technologies, the transmission of multimedia data over secure or insecure communication channels has increased exponentially. The security of data in applications like safe storage, authentications, copyright protection,remote military image communication or confidential video-conferencing require new strategies for secure transmission. Two techniques are commonly used for the secure transmission of visual data, i.e. cryptography and steganography. Cryptography achieves security by using secret keysto make the data illegible while steganography aims to hide the data in some innocent carrier signal. For shared trust and distributed environment, secret sharing schemes provide sufficient security in various communication applications. The principal objective of this thesis is to achieveprotection of visual data especially images through modern cryptographic techniques. In this context, the focus of the work in perspective, is twofolded. The first part of our work focuses on the security of image data in shared environment while the second part focuses on the integrity ofimage data in the encrypted domain during transmission.We proposed a new sharing scheme for images which exploits the additive and multiplicative homomorphic properties of two well known public key cryptosystems, namely, the RSA and the Paillier. In traditional secret sharing schemes, the dealer partitions the secret into shares and distributethe shares to each of the player. Thus, none of the involved players participate in the creation of the shared secret and there is always a possibilitythat the dealer can cheat some player. On the contrary, the proposed approach employs the secret sharing scheme in a way that limits the influence of the dealer over the protocol by allowing each player to participate. The second part of our thesis emphasizes on the integrity of visual data during transmission. Data integrity means that the data have its complete structure during any operation like storage, transfer or retrieval. A single bit change in encrypted data can have catastrophic impact over the decrypted data. We address the problem of error correction in images encrypted using symmetric key cryptosystem of the Advanced Encryption Standard (AES) algorithm. Three methods are proposed to exploit the local statistics of the visual data and the encryption algorithm to successfully correct the errors.

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