یک سیستم رمز DNA جدید برای رمزگذاری متون فارسی و تصاویر با تبادل کلید مبتنی بر منحنی فرابیضوی
محورهای موضوعی : رمزنگاری
فاطمه علی‌دادی شمس‌آبادی
1
,
شقایق بختیاری چهل چشمه
2
*
,
نرگس فرهادی
3
1 - گروه کامپیوتر، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران
2 - گروه کامپیوتر، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی ، شهرکرد، ایران
3 - گروه کامپیوتر، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران
کلید واژه: امنیت, توافق کلید منحنی فرابیضوی, رمزنگاری DNA, متون ساده فارسی, هیبریدسازی DNA.,
چکیده مقاله :
با ظهور کامپیوترهای کوانتومی، روش‌های رمزنگاری سنتی شکسته خواهند شد و کارایی خود را از دست خواهند داد. خوشبختانه، روش‌های رمزنگاری مبتنی برDNA در برابر حمله‌های کوانتومی مقاومت بالایی دارند. با این حال، تاکنون از این روش‌ها برای حفظ امنیت متون فارسی استفاده نشده است. از سوی دیگر، روش‌های رمزنگاری DNA به‌منظور اشتراک‌گذاری کلید راز، به یک کانال ارتباطی امن نیاز دارند. از این‌رو در این مقاله، یک سیستم رمز جدید به‌منظور تـأمین محرمـانگی متون فارسی بر اسـاس رمزنگاری DNA ارائه می‌شود. همچنین با توجه به استفاده گسترده تصاویر در رسانه‌های عمومی، قابلیت رمزگذاری تصاویر نیز در این طرح نهادینه شده است. در روش پیشنهادی از سیستم رمزنگاری منحنی فرابیضوی (HECC) برای تولید کلید راز اشتراکی در هر دو طرف ارتباط استفاده می‌شود تا دیگر نیازی به یک کانال امن نباشد. همچنین، از فناوری هیبریدسازیDNA به‌منظور انجام فرآیند رمزگذاری و رمزگشایی پیام استفاده می‌شود تا پیچیدگی زمانی الگوریتم رمزنگاری به حداقل برسد. براساس نتایج حاصل از ارزیابی کارایی، طرح پیشنهادی نسبت به طرح‌های قبلی، سربار محاسباتی را کاهش می‌دهد و مصرف انرژی کم‌تری دارد.
With the emergence of quantum computers, traditional cryptography methods will be broken and lose their efficiency. Fortunately, DNA-based cryptography methods have high resistance against quantum attacks. However, these methods have not yet been used to secure Persian texts. On the other hand, DNA encryption methods require a secure communication channel for sharing the secret key. Therefore, in this paper, a new cryptosystem is presented to provide confidentiality of Persian texts based on DNA cryptography. Also, considering the widespread use of images in public media, the ability to encrypt images is embedded in this scheme. In the proposed method, the hyper-elliptic curve cryptography (HECC) system is used to generate a shared secret key on both sides of communication so that there is no longer a need for a secure channel. Also, DNA hybridization technology is used to perform encryption and decryption of the message to minimize the time complexity of the cryptography algorithm. According to the results of the performance evaluation, the proposed scheme reduces the computational overhead and has lower energy consumption compared to previous schemes.
- رمزگذاری متون فارسی با استفاده از سیستم رمز DNA برای اولین‌بار
- ارائه فضای کلید بزرگ به‌منظور مقاومت بیشتر در برابر عوامل خارجی
- به حداقل رساندن پیچیدگی زمانی با استفاده از فناوری هیبریدسازی DNA
- عدم نیاز به یک کانال امن به‌منظور اشتراک‌گذاری کلید راز
- توافق کلید بسیار امن و کارا با استفاده از رمزنگاری مبتنی بر منحنی فرابیضوی
[1] A. Bhardwaj, G. V. B. Subrahmanyam, V. Avasthi, and H. Sastry, “Security Algorithms for Cloud Computing,” Procedia Comput. Sci., vol. 85, pp. 535–542, 2016, doi: 10.1016/j.procs.2016.05.215.
[2] M. Mondal and K. S. Ray, “Review on DNA Cryptography,” Int. J. Adv. Comput. Sci. Appl., vol. 2, no. 1, pp. 44–76, 2023, doi: 10.61797/ijbic.v2i1.198.
[3] R. Madhusudhan and R. Shashidhara, “A novel DNA based password authentication system for global roaming in resource-limited mobile environments,” Multimed. Tools Appl., vol. 79, no. 3–4, pp. 2185–2212, 2020, doi: 10.1007/s11042-019-08349-8.
[4] B. T. Hammad, A. M. Sagheer, I. T. Ahmed, and N. Jamil, “A comparative review on symmetric and asymmetric dna-based cryptography,” Bull. Electr. Eng. Informatics, vol. 9, no. 6, pp. 2484–2491, 2020, doi: 10.11591/eei.v9i6.2470.
[5] T. M. Fernandez-Carames, “From Pre-Quantum to Post-Quantum IoT Security: A Survey on Quantum-Resistant Cryptosystems for the Internet of Things,” IEEE Internet Things J., vol. 7, no. 7, pp. 6457–6480, 2020, doi: 10.1109/JIOT.2019.2958788.
[6] T. Anwar, A. Kumar, and S. Paul, “DNA Cryptography Based on Symmetric Key Exchange,” Int. J. Eng. Technol., vol. 7, no. 3, pp. 938–950, 2015.
[7] V. Kolate and R. Joshi, “An Information Security Using DNA Cryptography along with AES Algorithm,” Turkish J. Comput. Math. Educ., vol. 12, no. 1, pp. 183–192, 2021, doi: 10.17762/turcomat.v12i1S.1607.
[8] A. Jayakumar, “Introduction to DNA Computing and its Applications,” 2020, [Online]. Available: https://www.section.io/engineeringeducation/%0Adna-computing/
[9] N. A. N. Abdullah et al., “A Theoretical Comparative Analysis of Dna Techniques Used in Dna Based Cryptography,” J. Sustain. Sci. Manag., vol. 17, no. 5, pp. 165–178, 2022, doi: 10.46754/jssm.2022.05.014.
[10] S. Namasudra and G. C. Deka, Advances of DNA Computing in Cryptography, 1st ed. New York, NY, USA: Chapman & Hall/CRC, 2018, doi: 10.1201/9781351011419.
[11] Monika and S. Upadhyaya, “Secure Communication Using DNA Cryptography with Secure Socket Layer (SSL) Protocol in Wireless Sensor Networks,” Procedia Comput. Sci., vol. 70, pp. 808–813, 2015, doi: 10.1016/j.procs.2015.10.121.
[12] P. Barman and B. Saha, “An Efficient Hybrid Elliptic Curve Cryptography System with DNA Encoding,” Int. Res. J. Comput. Sci., vol. 2, no. May, pp. 33–39, 2015.
[13] S. K. Pujari, G. Bhattacharjee, and S. Bhoi, “A Hybridized Model for Image Encryption through Genetic Algorithm and DNA Sequence,” Procedia Comput. Sci., vol. 125, pp. 165–171, 2018, doi: 10.1016/j.procs.2017.12.023.
[14] B. Vikas, A. K. Akshay, S. P. M. Thanneeru, U. M. V. Raghuram, and K. S. Bhargav, “A novel DNA- and PI-based key generating encryption algorithm,” Information Systems Design and Intelligent Applications. Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 672, pp. 945-954, 2018, doi: 10.1007/978-981-10-7512-4_94.
[15] AA. Sharaieh, A. Edinat, and S. AlFarraji, “An Enhanced Polyalphabetic Algorithm on Vigenerecipher with DNA-Based Cryptography,” IEEE/ACS 15th International Conference on Computer Systems and Applications (AICCSA), Aqaba, Jordan, 2018, pp. 1-6, doi: 10.1109/AICCSA.2018.8612860.
[16] B. D. Patnala and R. Kiran Kumar, “A Novel Level-Based DNA Security Algorithm Using DNA Codons,” Computational Intelligence and Big Data Analytics. SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology(), pp. 1-13, 2019, doi: 10.1007/978-981-13-0544-3_1.
[17] A. H. Saleh, A. S. Yousif, and F. Y. H. Ahmed, “Information Hiding for Text Files by Adopting the Genetic Algorithm and DNA Coding,” IEEE 10th Symposium on Computer Applications & Industrial Electronics (ISCAIE), Malaysia, 2020, pp. 220-223, doi: 10.1109/ISCAIE47305.2020.9108842.
[18] S. Balaji, Á. Rocha, and Y.-N. Chung, “Intelligent Communication Technologies and Virtual Mobile Networks Lecture Notes on Data Engineering and Communications Technologies,” ICICV, vol. 33, 2019.
[19] M. Irfan Alam and S. N. Singh, “Designing and Implementing Cloud Security Using Multi-layer DNA Cryptography in Python,” Trends in Wireless Communication and Information Security, vol. 740, pp. 375-385, 2021, doi: 10.1007/978-981-33-6393-9_38.
[20] P. Prasanna and R. K J, “DNA Based Cryptography with Dual Encryption Using Multiple Cloud,” Int. J. Res. Appl. Sci. Eng. Technol., vol. 10, no. 7, pp. 4073–4079, 2022, doi: 10.22214/ijraset.2022.45925.
[21] A. AL-Wattar, “A New Proposed Public Key Cryptography Based on Bio Strands,” Tech. Rom. J. Appl. Sci. Technol., vol. 5, pp. 21–28, 2023, doi: 10.47577/technium.v5i.8238.
[22] R. Joshi, M. C. Trivedi, V. Goyal, and D. Bhati, “DNA Sequence in Cryptography: A Study,” Advances in Data and Information Sciences. Lecture Notes in Networks and Systems, vol. 522, pp. 557-563, 2023. doi: 10.1007/978-981-19-5292-0_53.
[23] M. Karimi and W. Haider, “Cryptography using DNA Nucleotides,” Int. J. Comput. Appl., vol. 168, no. 7, pp. 16–18, 2017, doi: 10.5120/ijca2017914420.
[24] A. Gahlaut, A. Bharti, Y. Dogra, and P. Singh, “DNA based cryptography,” Commun. Comput. Inf. Sci., vol. 750, pp. 205–215, 2017, doi: 10.1007/978-981-10-6544-6_20.
[25] A. Rokade, “An Short Introduction to The Data Encryption Algorithm (Des , Aes , Blowfish , Dna Cryptography and Quantum Cryptography),” International Research Journal of Modernization in Engineering Technology and Science , vol. 04, no. 10, pp. 997–1000, 2022.
[26] M. A. Iliyasu, O. A. Abisoye, S. A. Bashir, and J. A. Ojeniyi, “A Review of Dna Cryptograhic Approaches, ” IEEE 2nd International Conference on Cyberspac (CYBER NIGERIA), Abuja, Nigeria, 2021, pp. 66-72, doi: 10.1109/CYBERNIGERIA51635.2021.9428855.
[27] S. Pramanik and S. K. Setua, “DNA cryptography,” 7th Int. Conf. Electr. Comput. Eng. ICECE, 2012, pp. 551–554, doi: 10.1109/ICECE.2012.6471609.
[28] S. Singh and Y. Sharma, “A review on DNA based cryptography for data hiding,” Proc. Int. Conf. Intell. Sustain. Syst. (ICISS), 2019, pp. 282–285, doi: 10.1109/ISS1.2019.8908026.
[29] A. Hazra, S. Ghosh, and S. Jash, “A Review on DNA Based Cryptographic Techniques,” Int. J. Netw. Secur., vol. 20, no. 6, pp. 1093–1104, 2018, doi: 10.6633/IJNS.201811_20(6).10.
[30] K. Gupta and S. Singh, “DNA Based Cryptographic Techniques: A Review,” Int. J. Adv. Res. Comput. Sci. Softw. Eng., vol. 3, no. 3, 2013.
[31] B. B. Raj and V. Ceronmani Sharmila, “An survey on DNA based cryptography,” Int. Conf. Emerg. Trends Innov. Eng. Technol. Res. ICETIETR, 2018, pp. 1–3, doi: 10.1109/ICETIETR.2018.8529075.