Entropy-Based Image Encryption Using Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF)

Cifrado de Imágenes Basado en la Entropía Utilizando el Factor de Propagación Variable Ortogonal (OVSF)

El objetivo del cifrado de imágenes es proporcionar privacidad y seguridad a los datos. La primera garantiza que solo el personal autorizado pueda acceder al contenido original, mientras que la otra implica que no exista relación evidente entre el contenido cifrado y el original, y que el conjunto de claves tenga igualdad de probabilidad y sea lo suficientemente grande. En el estado del arte existen numerosas propuestas de técnicas de cifrado de imágenes con alta privacidad (en términos de entropía), pero con deficiencia en términos de seguridad (es decir, un conjunto de claves pequeño). Recientemente, se propuso un método basado en codificación que proporciona un espacio de clave grande (específicamente, 8,57 × $10^{506}$​) con un valor intermedio de entropía (87 %).Nuestra propuesta conserva la fortaleza de los métodos de cifrado de imágenes basados en codificación, pero con mayor valor de seguridad que los trabajos anteriores. Cada píxel de una imagen es mapeado a un código ortogonal de 256 bits. Los códigos 8-OVSF se seleccionan para codificar la imagen, debido a que la entropía del inter-símbolo es cercana al máximo posible. Los resultados de numerosas pruebas demuestran que nuestros datos cifrados tienen un valor de entropía muy alto (98,5 %) con un conjunto de claves grande (8,57 × $10^{506}$​) e igualmente probable, lo que proporciona un equilibrio adecuado entre privacidad y seguridad.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, el número de imágenes que se publican en redes sociales, chats, páginas web públicas y otros medios digitales aumenta rápidamente. En algunos casos, estas imágenes contienen contenidos confidenciales, por lo que su creador desea que sólo el personal autorizado tenga derechos de acceso (privacidad) mediante esquemas de cifrado de clave robusta (seguridad). En consecuencia, las normas de seguridad y privacidad de los contenidos multimedia han despertado el interés de la comunidad científica en el ámbito de las tecnologías de la información. Por ello, han aumentado la cantidad y la calidad de los métodos de privacidad y seguridad digital más avanzados. Una forma de dotar de privacidad y seguridad a los contenidos digitales de imágenes es la encriptación, aplicando las propiedades de difusión y confusión (Shannon, 1949). La difusión implica que, si se modifica ligeramente la imagen, los datos cifrados deben cambiar significativamente; en cuanto a la confusión, la relación directa entre la clave y los datos cifrados debe ser nula. Normalmente, la permutación de píxeles garantiza la confusión, mientras que la sustitución de píxeles se utiliza para la propiedad de difusión. El resultado ideal es una imagen cifrada con una distribución uniforme (histograma), independientemente de las características de los píxeles de la imagen original.

Durante dos décadas, uno de los métodos más populares para el cifrado de imágenes se basó en el mapeo caótico. Propuesto inicialmente por Fridrich (1998), este enfoque divide la imagen en varios sub-bloques de tamaño no fijo.