Chaos-based crypto and joint crypto-compression systems for images and videos

par Mousa Farajallah

Thèse de doctorat en Electronique – Traitement du signal des images

Sous la direction de Safwan el- Assad et de Olivier Déforges.

  • Titre traduit

    Crypto-systèmes basés chaos et systèmes de crypto-compression conjoints pour les images et les vidéos


  • Résumé

    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.


  • 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.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (208 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury

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