МОДИФИЦИРОВАННЫЙ АЛГОРИТМ ШИФРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ ХАОТИЧЕСКОЙ ДИНАМИКИ

В статье рассматривается задача   разработки модифицированного алгоритма шифрования изображений на основе хаотической динамики. Актуальность исследования обусловлена тем, что в современных телекоммуникационных, медицинских, биометрических, мониторинговых и информационных системах цифровые изображения часто содержат конфиденциальные данные и требуют надежной защиты от несанкционированного доступа, подмены и искажения. При этом изображения обладают специфическими свойствами, отличающими их от обычных текстовых и бинарных данных: высокой корреляцией между соседними пикселями, значительной избыточностью, двумерной пространственной структурой и большим объемом информации. По этой причине прямое применение традиционных криптографических алгоритмов не всегда обеспечивает эффективное разрушение статистической структуры изображения. В качестве основы исследования использован гибридный подход, объединяющий хаотические преобразования и стандартные криптографические механизмы. В архитектуре [1] применяются хаотическая перестановка, диффузия и последующее аутентифицированное шифрование AES-256-GCM. Такой подход позволяет использовать преимущества хаотических систем для предварительного перемешивания пикселей и преимущества AES-GCM для обеспечения конфиденциальности, целостности и аутентификации данных. В данной работе предложена модификация алгоритма, основанная на применении двух хаотических отображений: логистического отображения и тент-отображения. Логистическое отображение используется для формирования последовательности глобальной перестановки, а тент-отображение применяется для блочного перемешивания и генерации диффузионного потока. Дополнительно в алгоритм введены ключезависимая блочная перестановка и двойная диффузия с обратной связью. Первая диффузия изменяет значения пикселей с использованием хаотического псевдослучайного потока, а вторая формирует цепную зависимость между байтами шифротекста. Благодаря этому изменение одного пикселя исходного изображения или незначительное изменение секретного ключа приводит к существенному изменению итогового зашифрованного изображения. Ключевой материал формируется с использованием функции Scrypt и разделяется на несколько частей, предназначенных для AES-256-GCM, параметров логистического отображения, параметров тент-отображения, блочной перестановки и обратной связи. Такое разделение повышает чувствительность алгоритма к ключу и обеспечивает независимость отдельных этапов шифрования. Для оценки эффективности предложенного алгоритма предусматривается использование показателей энтропии, корреляции соседних пикселей, анализа гистограмм, NPCR и UACI. Ожидается, что предложенная модификация позволит повысить равномерность распределения пикселей зашифрованного изображения, снизить корреляцию между соседними пикселями, усилить лавинный эффект и повысить устойчивость к статистическому и дифференциальному криптоанализу. 
Предложенный алгоритм может быть использован для защиты изображений в системах видеонаблюдения, телемедицине, биометрической идентификации, интеллектуальном мониторинге и защищенных телекоммуникационных сервисах.