UPB-CTTIP Romdoc: Record#684: Procedee de cifrare/descifrare folosind sisteme haotice. Analiza bazata pe metode statistice si teoria controlului sistemelor.

Thesis /

ROMDOC-THESIS-2016-172

Procedee de cifrare/descifrare folosind sisteme haotice. Analiza bazata pe metode statistice si teoria controlului sistemelor.

Datcu, Octaviana
2012-09-28

Abstract: Abstract al tezei de doctorat „Procedee de cifrare/descifrare folosind sisteme haotice. Analiză bazată pe metode statistice și teoria controlului sistemelor. ” Teza se referă la domeniul criptografiei bazate pe dinamica (hibridă) haotică. În scopul de a crește robustețea la atacurile criptanalitice, în transmisiunea de date secrete, această lucrare a fost axată pe două direcții: abordarea statistică și teoria controlului sistemelor. Principalele contribuții ale lucrării sunt organizate în cele două direcții menționate. Sunt investigate influența alegerii variabilei măsurate asupra emițătorului de mesaje secrete și posibilitatea de a recupera dinamica emițătorului la recepție. Aceste proprietăți sunt studiate în contextul sistemelor haotice discrete și continue în timp. Independența statistică a variabilelor de stare ale sistemelor haotice este cercetată în legătură cu necorelarea spațială a stărilor. Se propune o metodă de cifrare a mesajului secret, în funcție de evoluția haotică a emițătorului, înainte de includerea sa în această dinamică. Posibilitatea de a realiza un sistem hibrid cu întârzieri, utilizat pentru transmisia de date securizată, este prezentată într-o implementare analogică. Se fac simulări și analiza rezultatelor obținute cu scopul de a demonstra eficiența studiilor și metodele propuse. Teza este organizată astfel: Cap. 1 reia noțiuni teoretice și algoritmi utilizați pentru a atinge obiectivul acestei lucrări. Cap. 2 este dedicat studiului exponenților Lyapunov. Sistemele haotice utilizate sunt descrise. Cap. 3 prezintă un studiu al anumitor proprietăți structurale ale sistemelor haotice din Cap. 2. Analiza este axată pe calculul indicilor de observabilitate și determinarea (hiper)suprafețelor de singularitate de observabilitate. Cap. 4 analizează cât de mare ar trebui să fie distanța de eșantionare (câte iterații sau, echivalent, timp) pentru a asigura independența statistică între variabile extrase din semnalele haotice. S-a folosit o procedură de test a independenței statistice adecvată semnalelor provenite din sistemele haotice (testul Badea-Vlad); procedura se aplică pentru toate tipurile de variabile aleatoare continue, chiar și cu lege de probabilitate necunoscută, după cum este necesar aici. Cap. 5 ilustrează punctul de vedere fizic. Timpul tranzitoriu corespunde timpului petrecut de către sistemul haotic în bazinul de atracție înainte de a reintra pe atractorul straniu. De asemenea, este important să se știe după cât timp punctele localizate într-o anumită regiune a atractorului straniu devin necorelate. Cap. 6 propune o îmbunătățire a metodei includerii mesajelor în sisteme haotice discrete. Mesajul în clar este cifrat folosind substituție clasică și cutii de transpoziție, înaintea includerii sale în emițătorul haotic. Rezultatele algoritmul propus sunt evaluate pe text și imagine. Cap. 7 ridică unele întrebări, și încearcă să găsească răspunsuri la aceste întrebări, în contextul sistemelor hibride dinamice, ca de exemplu dacă este posibil să se recupereze mesajul secret prin utilizarea unui observator, atunci când dinamica ce îl include este cu întârziere. Răspunsul este pozitiv și acest lucru este arătat în cazul unei transmisii continue a ieșirii sistemului. Lucrarea este multidisciplinară, pornind de la teoria controlului sistemelor și ajungând la metodele statistice, trecând prin domenii ca electronica, matematica și informatica. Abstract of the PhD Thesis „Encryption/decryption methods using chaotic systems. Analysis based on statistical methods and control system theory.”, author: ing. Octaviana Datcu This Thesis deals with the domain of cryptography based on (hybrid) chaotic dynamics. In order to increase the robustness of the security in data transmission with respect to cryptanalytic attacks, this work was particularly focused on two directions: the statistical approach and the control system theory. The main contributions of this work are organized in the mentioned two directions. The choice of the measured variable and its influence on the transmitter of plain messages, alongside the possibility to recover the dynamics at the reception is considered. These properties are studied in the context of discrete and continuous-time chaotic systems. Statistical independence of the state variables of chaotic systems is investigated in relation with the spatial non-correlation of the states. A method of hiding the secret message, depending on the evolution of the chaotic transmitter and prior to its inclusion in this dynamics is proposed. The feasibility of a delayed time hybrid scheme that is used for secure data transmission is shown in an analog implementation. Simulations and analysis of the obtained results are done in order to prove the efficiency of the proposed studies and methods. The thesis is organized as follows: Chap. 1 resumes theoretical notions and algorithms used to achieve the goal of this work. Chap. 2 is dedicated to the study of the Lyapunov exponents. The chaotic systems used in this report are described. Chap. 3 presents a study of some structural properties of the chaotic systems from Chap. 2. The investigation is focused on the calculation of the observability indexes and the determination of the manifolds of observability singularity. Chap. 4 analyses how large should be the sampling distance (how many iterations or, equivalently, time) to ensure statistical independence between variables extracted from the chaotic systems. A test procedure for statistical independence (the Badea-Vlad test) was used; the procedure is applicable to all kind of continuous random variables, even of unknown probability law as needed here. Chap. 5 illustrates the physical point of view. The transient time corresponds to the time spent by the chaotic system in the basin of attraction before rejoining the strange attractor. It is also important to know after how long the points localized in a certain region of the strange attractor become uncorrelated. Chap. 6 proposes an improvement of the inclusion of messages in this type of enciphering. The plain-message is enciphered using classical substitution and transposition boxes, prior to its inclusion in the chaotic transmitter. The results of the proposed algorithm are evaluated on text and image. Chap. 7 rises some questions, and tries to find some answers to these questions, in the context of hybrid dynamical schemes, as for example if it is possible to recover the secret message by using an observer, when the dynamics that includes it is time-delayed. The answer is positive and this is shown in the case of a full transmission of the output of the system. This work is multidisciplinary, starting from control theory and going to the statistical methods through the fields of electronics, mathematics and computing.

Keyword(s): Criptografie -- Teză de doctorat ; Haos (teoria sistemelor) -- Teză de doctorat ; Statistică -- Teză de doctorat ; Teoria informaţiei, Aplicaţii -- Teză de doctorat
OPAC: See record in BC-UPB Web OPAC
Full Text: see files

Record created 2016-05-19, last modified 2016-05-19

Rate this document:

Be the first to review this document.

Discuss this document:

Start a discussion about any aspect of this document.