I n d on e s i an   Jo u r n al   o f  El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   21 ,   N o .   3 ,  M a r c h  2021 ,   pp.   14 55 ~ 14 6 4   IS S N :   25 02 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 21 .i 3 . pp 145 5 - 146 4             1455       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   A   n o v e l   i m a g e   e n c r y p t i o n   sch e m e   b a sed  o n   D C T   t r a n s f o r m   a n d   DNA  s e q u e n c e       A l i   A . Y as s i n 1 ,  A b d u l l ah   M o h am m e d   R as h i d 2 ,  A b d u l l a  J .   Y as s i n 3 ,   H am i d   A l as ad i 4   1 , 3 , 4 C o m put e r   S c i e nc e   D e p a r t m e n t ,   E d uc a t i o n   C o l l e g e   f o r   P ur e   S c i e nc e ,   U n i v e r s i t y   of   B a s r a h,   B a s r a h ,   I r a q   2 E duc a t i o n  C o l l e g e   f o r   H um a n  S c i e nc e ,   U n i v e r s i t y   o f   B a s r a h,   B a s r a h,   I r a q       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   O c t   10 ,   2020   R e v i s e d  D e c   7 ,   2 020   A c c e pt e d  D e c   23 ,   2 020       R e c e nt l y ,   t he   c o nc e pt   o f   D N A   ha s   be e n  i nv e s t e d   i n   c o m put i ng   t e c hno l o gy   i n  di f f e r e n t   w a y s   w hi c h  l i nk i ng   i nf o r m a t i o n  t e c hno l o gy   a nd  bi o l o g i c a l   s c i e nc e s .   H o w e v e r ,   t h e   D N A   e nc r y pt i o n  s c he m e   h a s   dr a w ba c ks   s uc h  a s   e xpe n s i v e   e xpe r i m e nt a l   e qu i pm e n t   a n d  ha r d  t o   ho l d  i t s   bi o t e c hno l o gy .   A d di t i o na l l y ,   dur i ng   c a r e f ul   c r y pt a na l y s i s   t ha t   a pp l i e d  t o   m o s t   o f   t he s e   i m a g e   e nc r y pt i o n  s c he m e s ,   w e   no t i c e   t ha t   D N A   c a n  o nl y   i nf l ue nc e   o ne   D N A   ba s e ,   w hi c h   c a us e s   po o r   di f f us i o n.   O ur   pr o po s e d  s c he m e   i s   no t   a p pl i e d   c om pl e x   bi o l o g i c a l   o pe r a t i o n  but   j u s t   i s   g i v e n  t o   i m pr o v e   t he   di f f us i o n  a bi l i t y   of   i m a g e   e nc r y pt i o n  s c he m e   by   us i ng   D N A   s e que nc e   a nd  D C T   t r a n s f o r m .   F ur t he r m o r e ,   e m p i r i c a l   r e s u l t s   o n  r e a l   i m a g e s   a nd  s e c ur i t y   a na l y s i s   de m o ns t r a t e   t ha t   o ur   s c he m e   no t   o nl y   ha s   f l e xi bi l i t y   a nd  e f f i c i e nc y   e nc r y pt i o n  s c he m e   but   a l s o   ha s   t h e   a b i l i t y   t o   r e s i s t   w e l l - kno w n  a t t a c ks   s uc h  a s   e nt r o py   a t t a c k  a nd  s t a t i s t i c a l   a t t a c k.   A ddi t i o na l l y ,   o ur   w o r k  e nj o y s   s e v e r a l   s t r o ng   c ha r a c t e r i s t i c s   a s   f o l l o w s :   ( 1)   t h e   d e c r y pt i o n  e r r o r   i s   v e r y   l o w   t o  r e c o v e r   t he   o r i g i na l   i m a g e ;   ( 2)   O nc e   ke y   f o r   e a c h  e nc r y pt i o n  pr oc e s s   a n d  i f   t he   us e r   w a n t s   t o   u s e   t h e   s a m e   ke y   i n  m a ny   t i m e s ,   o ur   s c he m e   s up p o r t s   s e c r e t   ke y   s e ns i t i v i t y ;   ( 3)   t h e   v a l ue   o f   c o r r e l a t i o n  o f   t he   e nc r y pt e d  i m a g e   i s   n ul l .   Ke y w or d s :   Cr y pt a n a l y s i s   D CT   t r a n s f o r m   D N A   s e que n c e   Im a ge   e n c r y pt i o n   T hi s   i s   an   ope n   ac c e s s   ar t i c l e   u nde r   t he   C C   B Y - SA   l i c e ns e .     Cor r e s pon di n g   Au t h or :   A b dul l a   J .   Y a s s i n   Co m put e r  S c i e n c e   D e pa rt m e n t   E duc a t i o n  Co l l e ge   f o r   P u r e   S c i e n c e   U n i v e r s i t y   of   B a s r a h .   I ra q   42001   E m a i l :   a b dul l a j a s @ uo b a s ra h . e du . i q       1.   I N TR O D U C TI O N     In   t h e   l a s t   y e a r s ,   t h e   c o m m uni c a t i o n   a n d  n e t w o r k  s y s t e m s   ha v e   be e n   c h a n ge d  due   t h e   i n f o r m a t i o n  t e c hn o l o g y   a n d  I nt e rn e t .   A t   t h e   p r e s e n t   t i m e ,   t e n - t h o us a n ds   o f   ki l o by t e s   of   t r us t e d  i n f o r m a t i o n   a r e   t r a n s f e rr e d  i n   I nt e rn e t   o v e r   i n s e c ur e   c o m m u ni c a t i o n   c h a nn e l s ,   t h e   i n f o r m a t i o n   m a y   b e   e xp o s e d  t o   i nt e rrupt i n g  by   a n  a dv e r s a r y   t h a t   t r i e s   t o   o b t a i n   o r  c ha n ge   i n f o r m a t i o n.   T h e   p r o t e c t e d  c o m m uni c a t i o n   m e t h o d  i s   t h a t   a n   us e r   (s e n de r)  e n c r y pt s   t h e   o r i gi na l   i m a ge   i n   t o   e n c r y pt e d  i m a ge   b a s e d  o n   c e r t a i n   e n c r y pt i o n   m e t h o d  a n d  o n l y   t h e   l e ga l   r e c e i v e r   h a s   a b i l i t y   t o   de c r y pt   t h e   e n c r y pt e d  i m a ge   w i t h  t h e   s e c r e t   ke y (s )  t o   r e t r i e v e   t h e   s e n de r' s   i m a ge .   T h e r e   a r e   m a n y   m a i n l y   s c h e m e s   fo r   i m a ge   e n c r y pt i o n   s uc h   a s   di f f us i o n   (by   u s i n g  pi xe l   r e pl a c e m e n t ),   pe r m ut a t i o n   (by   us i n g  p i xe l   s c ra m b l i ng),   o r   b o t h   di f f us i o n   a n d  pe r m ut a t i o n .   F u rt h e r m o r e ,   w e   f i n d  s e v e r a l   a ppl i c a t i o n s   o f   i m a ge   e n c r y pt i o n   i n   m a n y   f i e l ds   s uc h   a s   v i de o   c o n f e r e n c e ,   m i l i t a r y ,   b i o m e t r i c   s y s t e m s ,   pe r s o n a l   i m a ge .   T h e s e   a ppl i c a t i o n s   r e qui r e   s t r o n g  e n c r y pt i o n   s c h e m e   t h a t   ha s   a   go o d  b a l a n c e d  b e t w e e n   s e c ur i t y   a nd  pe r f o r m a n c e .   T h e r e   a r e   s e v e r a l   s t ud i e s   a ppe a r  r e c e n t l y   us e d  D N A   i n  c r y pt o gr a p h y   [1 - 3 ].   Co n v e r s e l y ,   s e ve r a l   i m a ge   e n c r y pt i o n   s c h e m e s   h a v e   b e e n   pr e s e nt e d  f o r   b o t h   g ra y   i m a ge   a nd  r e a l   i m a ge ,   f o r   i n s t a n c e ,   pa r t i a l   e n c r y pt i o n ,   D N A   c r y pt o gr a p h y ,   t ra n s f o r m   do m a i n,   a n d  m o de rn   c i p h e r   t e xt   b ut   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   21 ,   N o .   3 ,  M a r c h  2 021   :     1455   -   146 4   1456   m o s t   of   t h e s e   s c h e m e s   h a v e   v ul n e ra b i l i t i e s   [4].   Co nt i n uo u s l y ,   t h e   m o de rn   c r y pt o gr a p h y   m e t h o ds   s uc h   a s   a dv a n c e d  e n c r y pt i o n   s t a n da rd  (A E S ) ,   da t a   e n c r y pt i o n   s t a n d a r d  (D E S ) ,   i nt e rna t i o na l   da t a   e n c r y pt i o n   a l go ri t hm   (ID E A ),   e t c . ,   a r e   s t r o n g  a l go ri t hm s   f o r   pl a i n   t e xt   e n c r y pt i o n ,   b ut   t h e y   h a v e   m a n y   dr a w b a c ks   w h e n   a ppl i e d  i n   i m a ge   e n c r y pt i o n   [5 ,   6] ,   b e c a us e   t h e y   c a n n o t   r e s i s t   t h e   a t t a c h e s .   S h a h  &   F a r o o q  [7] ,   us i ng  a n  a l go ri t hm   c a l l e d  S E R P E N T  c h a i n   r i ng - b a s e d  t o   e n c r y pt   t h e   i m a ge   by   ut i l i z i ng  t h e   s e t   o f   bo xe s   e a c h   o n e   128  b i t e s ,   w h i c h   m e e t   t h e   h i g h   l e v e l   of   p e r f o r m a n c e   b ut   l ow   e ff i c i e n c y .   F r o m   o t h e r   C h e n   e t   a l ,   [ 8 ]  C h e n   e t   a l ,   pr o po s e d  a n   e n c r y pt i o n  a pp r o a c h   t ha t   c l a s s i f i e d  a n  e xc e l l e nt   due   t h e   f e a t u r e s   o f   c h a o s   s uc h  a s   pe ri o di c i t y .   O u r  p ro po s e d   s c he m e   i s   f o r c e f u l   a g a i n s t   c h o s e n/ k n o w n   pl a i n  i m a ge   a t t a c k  a nd   c a n  u s e   o n e   pe rm ut a t i o n - d i f f us i o n   r o u nd  f o r   e n c r y p t i o n   f u n c t i o n.   M o r e o v e r,   a   s e c u ri t y   a na l y s i s   i s   c ri t i c a l   t o   p r o v e   t he   s t re ng t h   a nd  e f f i c i e n c y   o f   t h e   e nc r y pt i o n   f u nc t i o n   a g a i ns t   t h e   m o s t   c o m m o n   a t t a c k s .   A d d i t i o na l l y ,   t h e   p r e s e nt e d   e n c r y pt i o n   s c h e m e   ha s   s e v e ra l   a dv a nt a ge s   s uc h   a s   hi g h  e n c r y pt i o n   ra t e ,   i n v o l v e s   l e s s   c o m p u t a t i o n,   a nd  s u i t a b l e   t o   s m a l l   m o d i f i c a t i o n s   i n  t he   s e c re t   ke y   o f   i m a ge   e n c r y p t i o n.   Co nt i nuo us l y ,   t he   ke y   i s   ge ne ra t i o n   o n c e   t i m e   f o r   e a c h  e n c r y p t i o n   f u nc t i o n   s o   e v e n  w i t h  t h e   k n o w l e d ge   o f   t he   e s t i m a t e d   ke y   v a l ue s ,   t he   a dv e r s a r y   do e s   n o t   ha s   po s s i b i l i t y   t o   a t t a c k  t he   c i p he r   t e x t .   F i na l l y ,   T a b l e   1  e xp l a i ns   t he   m a i n   d i f f e r e nc e s   a m o ng  o u r  p r o po s e d  s c he m e   a nd   r e l a t e d  w o rks .   T he   re s t   o f   p a pe r   i s   c l a s s i f i e d  a s   f o l l o w s .   S e c t i o n   2  v i e w s   p ri m i t i v e   t o o l s   us e d  i n  t h e   p re s e nt   s c h e m e w h i l e   S e c t i o n   3  f o c us e s   o n   t h e   p ro po s e d  s c h e m e .   T he   e xpe ri m e nt a l   r e s u l t s   a re   v i e w e d  i n   t he   S e c t i o n   4 .   T h e   s e c u ri t y   a na l y s i s   p r e s e nt s   i n  t he   S e c t i o n  5 .   F i na l l y ,   t h e   S e c t i o n  6   i nd i c a t e s   o f   t he   c o n c l us i o n.       T a b l e   1 .   Co m p a r i s o n  o f   i m a ge   e n c r y pt i o n   s c h e m e s   S c h e m e   C1   C2   C3   C4   C5   C6   C7   C8   C9   P a t i d a r  e t   a l .   [9 ]   Md   No   Md   No   No   No   V a ri a b l e   Md   Md   W a n g   e t   a l .   [1 0 ]   Md   No   Va ri a b l e   No   No   Y e s   V a ri a b l e   Md   Md   L i   e t   a l   . 's   a l .   [1 1 ]   Md   No   V a ri a b l e   No   No   Y e s   V a ri a b l e   Md   Md   T o n g   e t   a l .   [ 12 ]   V a ri a b l e   No   Md   No   No   No   Md   Md   Md   Z h a n g   e t   a l . (2 0 0 9 )   [1 3 ]   Md   No   H i g h   Y e s   Y e s   No   V a ri a b l e   Md   Md   X u e   e t   a l .   [1 4 ]   Md   No   H i g h   Y e s   Y e s   Y e s   H i g h   H i g h   Md   M u ri l l o - E s c o b a r   e t   a l .   ( 2014 )   [1 5 ]   Md   No   V a ri a b l e   Y e s   Y e s   Y e s   H i g h   H i g h   Md   Z h o u   e t   a l .   ( 2014 )   [ 16 ]   V a ri a b l e   No   H i g h   No   No   No   V a ri a b l e   Md   Md   O u r  P ro p o s e d   s c h e m e   Md   Y e s   H i g h   Y e s   Y e s   Y e s   H i g h   H i g h   H i g h   C1 : K e y   S p a c e ;   C2 : O n e   T i m e   K e y ;   C3 : T i m e   E n c r y p t i o n ;   C4 :   E n t ro p y ;   C5 : D N A ;   C6 :   C h o s e n   p l a i n   i m a g e   a t t a c k ;   C7 :   I m p e r c e p t i b i l i t y ;   C8 :   V i s u a l   D e g ra d a t i o n ;   C9 :   Cr y p t o g ra p h i c   S e c u ri t y .       2.   P R I M I TI V E   TO O LS   2 .1 .  DNA   an d   d i g i tal   i m ag e   A   D N A   s e que n c e   c o m po s e d  of   t h e   m a i n  f o ur   nuc l e i c   a c i d  c o r e s   a s   fo l l ow s .   A   (a de ni n e ),   C  (c y t o s i n e ),   G   (gu a n i n e ) ,   T   ( t h y m i n e ),   w h e r e   A   a nd  T   a r e   c o r r e s po n d i n g ,   G   a n d   C  a r e   c o rr e s po n di ng  [1 7 ].   B a s e d  o n   f o ur   c o r e s   A ,   C ,   G   a nd  T   f o r   a ppl y i n g   e n c o de d  f unc t i o n   o n   00 ,   01,   10   a n d   11 ,   t h e r e   a r e   24   t y pe s   o f  c o di n g  m a nn e r s .   B ut   t h e r e   a r e   o n l y   8  t y p e   of   c o di n g  m a nn e r s   f ul f i l l   t h e   W a t s o n - C ri c k  c o m pl e m e n t   l a w ,   w h i c h   a r e   v i e w e d  i n   T a b l e   2.   O u r   p r o po s e d  s c h e m e   fo c us e s   t o   us e   t h e   D N A   c o de   fo r   e n c o di n g  t h e   i n pu t   i m a ge s .   F o r   t h e   24  b i t s   c o l o r   i m a ge ,   w e   di v i de   i n t o   t hr e e   l a y e r s   (Re d,   G r e e n,   B l ue ),   f o r   t h e   8   b i t s   fo r   e a c h  l a y e r ,   e a c h  l a y e r ' s   p i xe l   c a n  b e   r e l a t e d  w i t h   t h e   D N A   s e que n c e   w h o s e   l e n gt h  c o nn e c t s   w i t h  4  ( n o r m a l l y ,   t h e   l e n g t h   o f   b i na r y   s e que n c e   i s   8).       T a b l e   2 .   E i g ht   t y pe s   of   m e t h o ds   e n c o di ng  a n d   de c o di n g   m a p  r u l e   o f   D N A   s e que n c e     1   2   3   4   5   6   7   8     00   00   01   01   10   10   11   11     11   11   10   10   01   01   00   00     01   10   00   11   00   11   01   10     10   01   11   00   11   00   10   01       2 . 2 .    Th e   al ge b r ai c   o p e r at i o n s   i n   D N A   s e q u e n ces   W i t h   t h e   f a s t   p r o gr e s s e s   of   D N A   de v e l o pm e n t   t e c hn o l o gy ,   t h e   a ut h o r s   [1 8 - 1 9 ]  p r e s e n t e d  m i xe d  o pe r a t i o n   b a s e d  o n   s o m e   b i o l o g y   o pe r a t i o n s ,   a l ge b r a i c   o pe r a t i o n s ,   a n d  D N A   s e que n c e .   F u rt h e rm o r e ,   a dd i t i o n   a n d  s ub t r a c t i o n   o pe r a t i o n s   f o r   D N A   s e que n c e s   a r e   i m p l e m e nt e d  a c c o r di n g  t o   c o n ve n t i o n a l   a ddi t i o n   a n d   s ub t r a c t i o n   i n   t h e   b i na r y   s y s t e m .   Co rr e s po n di ng  t o   8  t y pe s   of   D N A   e n c o di n g  m e t h o ds ,   t h e r e   a l s o   e xi s t   8   t y p e s   of  D N A   a ddi t i o n   r ul e s   a n d  8  t y pe s   of   D N A   s u b t r a c t i o n   rul e s   t ha t   a r e   v i e w e d  i n   T a b l e s   2  a n d   3,   r e s pe c t i v e l y .   F r o m   T a b l e s   2 ,   3  a n d  4,   w e   n o t i c e   t h a t   a n y   o n e   rul e   b a s e   i n   e a c h  r o w   o r   c o l um n   i s   s i ngl e ,   c o n s e q ue n t l y ,   t h e   r e s ul t   o f   a ddi t i o n  a n d  s ub t ra c t i o n  o pe r a t i o ns   c o n s i de r  u ni que l y   r e s ul t .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   no v e l   i m ag e   e nc r y pt i on   s c h e m e   bas e d  on   D CT   t r ans f or m   a nd  D N A   s e que nc e   ( A l i   A . Y as s i n )   1457   T a b l e   1 .   O n e   t y pe   of   a ddi t i o n  o pe ra t i o n   f o r   D N A   s e que n c e s                                                         T a b l e   2 .  O n e   t y pe   of   s ub t r a c t i o n   o pe ra t i o n  f o r   D N A   s e que n c e s   -               T           A   T                             2 . 3 .    X O R   o p e r ati o n   fo r   D N A   s e q u e n c e s   In   p ra c t i c e ,   X O R   o pe r a t i o n   f o r   D N A   s e que n c e s   i s   i m pl e m e nt e d  a c c o m m o da t i n g  t o   c o n v e n t i o n a l   XO R   i n   t h e   b i n a r y .   T h e r e   a r e   e i g ht   t y pe s   of   D N A   e n c o di ng  m e t h o ds   t h a t   l e a d  t o   e xi s t   e i g h t   t y pe s   of   D N A   X O R   r ul e s .   I n   o ur   p r o po s e d  s c h e m e ,   t h e   X O R   o pe r a t i o n   pl a y s   m a i n   r o l e   t o   f u s i o n   t h e   i n put   i m a ge   a n d  t h e   ke y   i m a ge .   F o r   i n s t a n c e ,   a s s um e   w e   h a v e   t w o   D N A   s e qu e n c e s   s uc h   a s   [G A T C]  a nd  [T G C T ] ,   w e   us e   o n e   t y p e   of   X O R   o pe r a t i o n   w h i c h   i s   v i e w e d  i n   T a b l e   5  t o   X O R  t h e m   a n d  w e   c a n   o b t a i n   t h e   s e que n c e   [CG G G ]  a s   a   r e s ul t .   I n   t h i s   pa pe r,   t h e   m a i n   a i m   o f  us i n g  X O R   o pe r a t i o n   i s   t o   s c r a m b l e   t h e   pi xe l   v a l ue s   of    t h e   i n p ut   i m a ge   [ 20 ].       T a b l e   5 .   X O R   o pe r a t i o n  w i t h   D N A   s e que n c e s         C           C     G                                   2 . 4 .    D C T  t r an s fo r m   G e n e ra l l y ,   t h e   di s c r e t e   c o s i n e   t ra n s f o r m   c o n s i de r s   o n e   o f  t he   m o s t   w i de s pr e a d  t ra n s f o r m s   t h a t   ha s   b e e n   us e d  i n   m a n y   f i e l ds   s uc h   a s   i m a ge   c o m pr e s s i o n.   I t   h a s   s e v e r a l   a dv a n t a ge s   l i ke   c l e a r l y   of   c o m put a t i o n  w h e r e   i n v e r s e   of  D CT   c a n   b e   e a s i l y   c o m put e d.   T o   ge t   hi g h  c o rr e l a t i o n   o f   i m a ge   da t a ,   t h e   D CT   s up po r t s   a n  e ffe c t ua l   c o m pa c t i o n  a nd  ha s   t h e   p r o pe r t y   of   r e pa r a b i l i t y   [ 21 ].   B a s e d  o n  ( 1)   i n  t w o - di m e n s i o n a l   s t a t e ,   t h e   D CT   ru n s   o n   N   by   N   b l oc k  of   i m a ge ' s   pi xe l s   l i ke   X ,   a n d  i t s   r e s ul t   r e p r e s e n t s   by   b l o c ks   w i t h   N   by   N   b l oc k  of  i m a ge ' s   p i xe l s   l i ke   Y .      = 2     ∑ ∑ , c o s ( 2 + 1 )  2 − 1 = 0 − 1 = 0   c o s ( 2 + 1 )  2       =   { √ 1 2                       = 0 1            ℎ                                              (1)     w h e r e   Y   i s   a n  e l e m e nt   i n   s e t   o f   N   by   N   c oe ff i c i e n t s   de m o n s t ra t i ng  o f   t h e   d a t a   i n   t h e   t ra n s f o r m e d  do m a i n.   T h e   s e t   o f   da t a   i n  w a v e fo r m s   i s   r e f e r r e d   f o r   e a c h  p r o b a b l e   v a l ue   of   N   (t y pi c a l l y   N = 8,   t h us   t h e r e   i s   64  w a v e f o r m s ).       3.   O U R   P R O P O S ED   S C H E M E   In  t hi s   s e c t i o n ,   w e   pr o po s e   a   n e w   i m a ge   e n c r y pt i o n   s c h e m e   b a s e d  o n   D N A   e n c o di n g   s e que n c e   a n d   D CT   t ra n s f o r m a t i o n .   T h e   f o l l ow i n g  n o t a t i o n s   i n   T a b l e   6  w i l l   b e   us e d  t hr o ug h o ut   o ur   s c h e m e .   T h e   p r o po s e d   e n c r y pt i o n   s c h e m e   i n c l ude s   t hr e e   c o m p o n e nt s :   o r i gi na l   i m a ge ,   ke y   i m a ge ,   a n d  e n c r y pt i o n   i m a ge .   F i g u r e   1  e xpl a i n s   t h e   e s s e nt i a l   di f f e r e n c e s   b e t w e e n   t h e   p r o po s e d  s c h e m e   a nd  t h e   t ra di t i o n a l   i m a ge   e n c r y pt i o n   s c h e m e .   O ur  w o r k  c o n s i s t s   o f   f o ur   p h a s e s - s e t up  o f   s e c r e t   ke y ,   D CT ,   e n c r y pt i o n   p r o c e s s ,   a n d   d e c r y pt i o n   p r o c e s s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   21 ,   N o .   3 ,  M a r c h  2 021   :     1455   -   146 4   1458     (a )  B l o c k  di a g r a m   o f   t h e   t r a d i t i o n a l   i m a ge   e n c r y pt i o n         ( b )  B a s i c   a r c hi t e c t u r e   o f   o ur   p r o po s e d  i m a ge   e n c r y pt i o n   s c h e m e     F i gu r e   1 .   T h e   p r o po s e d  s c h e m e   f e a t ur e   (a )   t ra di t i o n a l   m e t h o d,   ( b )   p r o po s e d  m e t h o d       T a b l e   6 .   N o t a t i o n s   o f   s y m bo l s   us e d  i n  p r o po s e d  s c h e m e   S y m b o l   D e s c ri p t i o n     D i s c r e t e   Co s i n e   t ra n s fo r m a t i o n .     i n v e r s e   d i s c r e t e   c o s i n e   t ra n s fo r m a t i o n .     T h e   n u m b e r  o f   r o w s   i n   o ri g i n a l   i m a g e      .     T h e   n u m b e r  o f   c o l u m n s   i n   o ri g i n a l   i m a g e      .    ℎ     h a s h   m a t r i x .   ℎ   c r y p t o - h a s h   f u n c t i o n   ( S H A - 5 1 2 ).        i m a g e   k e y .        A s c i i   C o d e   m a t r i x   t h a t   i s   u s e d   t o   g e t   b i n a ry   c o d e   fo r  e a c h   s y m b o l   a n d   t h e n   t h e   r e s u l t   o f   t h i s   s t e p   i s      .        Bi n a r y   m a t ri x   fo r   e a c h   e l e m e n t   i n      .        Ra n d o m   m a t r i x   i s   u s e d   f o r   g e t t i n g   i m a g e   k e y        b a s e d   o n   D N A   s e q u e n c e .        In p u t   c o l o r  i m a g e .     D i s c r e t e   c o s i n e   f u n c t i o n     In v e r s e   D i s c re t e   c o s i n e   f u n c t i o n    ,    ,       T h e   D C  c o e ff i c i e n t s   o f   c o l o r  i m a g e ;   w h e r e ,   R  i s   r e a d   l a y e r  o f   i m a g e ,   G   i s   g re e n   l a y e r  o f   i m a g e ,   a n d   B  i s   b l u e   l a y e r  o f   i m a g e .    ′ ,   ′ ,   ′   T h e   D C   c o e ff i c i e n t s   o f  c o l o r  i m a g e   a f t e r   a p p l i e d   D N A   s e q u e n c e .      ,     ,       T h e   A C   c o e ff i c i e n t s   o f  c o l o r  i m a g e .     In t e g e r   r a n d o m   n u m b e r  t h a t   i s   u s e d   t o   e n c r y p t   A C  c o e ff i c i e n t s   t o   o b t a i n   (  ′ ,   ′ ,   ′ ).        A c c u m u l a t e   f u n c t i o n   t o   g e t   c o l o r  i m a g e   f ro m   m a i n   l a y e r   (R e d ,   G r e e n ,   B l u e ) .     Md   M o d e ra t e       3. 1 .     S e tu p   o f  s e c r e t   k e y   T h i s   p h a s e   f o c us e s   o n   ke y   i m a ge   t ha t   i s   ge n e r a t e d  by   us i n g   a   r a ndo m   i m a ge      b a s e d  o n   t h e   ra n do m l y   ge n e r a t o r .   T h e n   us e   t h e   r a ndo m   f un c t i o n   t o   c r e a t e   N × M   i n t e ge r   m a t r i x .   S o ,   t h e   N   a n d  M   r e p r e s e n t e d   t h e   s i z e   o f   o r i gi na l   i m a ge   (    )  w hi c h  s ub m i t s   t o   o ur   p r o po s e d  s c h e m e   f o r   e n c r y pt e d  i t .   T h i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   no v e l   i m ag e   e nc r y pt i on   s c h e m e   bas e d  on   D CT   t r ans f or m   a nd  D N A   s e que nc e   ( A l i   A . Y as s i n )   1459   c a s e   of   i m a ge ' s   ke y   c o n s i de r s   m o r e   a pp r o pri a t e   c o m pa r e d  w i t h  t h e   a v e r a ge   o f   t e m pl a t e   i m a ge .   T o   b ui l d   s e c ur e   ke y ,   o ur   p r o po s e d  s c h e m e s   pe r f o r m s   t h e   f o l l o w i n g  s t e ps :   a)   A ppl y   c r y pt o - h a s h   f u n c t i o n   (S H A - 512)  o n   e a c h  512   pi xe l   of   i m a ge   k e y (    )   ∈   N × M ∗ .   T h e   o ut put   o f  t h i s   s t e p  i s   ha s h   m a t r i x    ℎ   = ℎ (  ( 0 . . 512 ) ,  ( 512 . . 1024 ) … . ,  ( 0 . . N × M )   )   t ha t   c o n s i s t s   o f   a l p h a b e t i c   a n d  n u m e r i c   s y m bo l s   (a l p ha b e t i c a l   a n d   n u m e ri c a l ) .       b)   Co n v e r t   h a s h  m a t r i x   i nt o   A s c i i   Co de   m a t r i x       b a s e d  o n   t a b l e   of   A s c i i   Co de .   A f t e r  t h a t ,   e a c h   e l e m e n t s   o f         c o n v e r t   i n  b i n a r y   s e que n c e   t o   ge n e r a t e   a   n e w   m a t r i x     .   c)   U s e   t h e   e i g ht   ki n ds   o f   D N A   e n c o di n g   s c h e m e s   i n  T a b l e   2  t o   o b t a i n  ke y   i m a ge      t h a t   de p e n ds   o n   c o n v e r t   e a c h   t w i c e   b i n a r y   b i t s   f r o m   b i n a r y   m o de   t o  D N A   m o de   s e l e c t i n g  o n e   r u l e   fo r   e a c h   e n c r y pt i o n   pha s e .   S o ,   w h e n   us e r   w i s h e s   t o   e n c r y pt   t h e   s a m e   o r  o t h e r   i m a ge   a g a i n,   h e   s h o ul d  b e   ge n e r a t e d  a   n e w   i m a ge   ke y   a n d  us e s   a n o t h e r   D N A ' s   r u l e .   T hi s   p r o c e s s   pr e v e nt s   m a n y   a t t a c ks   s uc h   a s   pl a i n   i m a ge   a t t a c k ,   M IT M   a t t a c k ,   a n d  ge n e r a t e   o n c e   ke y   fo r   e a c h   e n c r y pt i o n   p r o c e s s .   F i n a l l y ,   w e   ob t a i n   t h e   s e c r e t   i m a ge   ke y   b a s e d  o n   D N A   s e que n c e   (    ).     3. 2 .     D C T  t r an s fo r m   T h e   m a i n  s t e ps   o f   t h e   D C T   a r e   e xpl a i n e d   a s   f o l l o w s   (a s   de m o n s t r a t e d  i n  F i g u r e   2) :   a)   In p ut   t h e   c o l o r   o ri gi na l   i m a ge   (    )  a nd   di v i de d  i t   i nt o   t hr e e   l a y e r s   (R e d  (    ) ,   G r e e n  (    ) ,    B l ue   (    )).   b)   A ppl y   D CT   t o   g a i n  c o e ff i c i e n t   m a t ri c e s   o n   e a c h   l a y e r s   (    ,    ,      ).   I n  c o di n g   by   us i ng  D C T   t r a n s f o r m ,   e a c h   l a y e r   o f   o r i gi n a l   i m a ge      )   i s   s e pa ra t e d  i n t o   8* 8  b l o c ks   a n d  D C T   t ra n s f o r m   i s   a p pl i e d  o n   e a c h   b l o c k.   A f t e r   t h a t ,   t h e s e   c o e ff i c i e n t s   s h o ul d  b e   qua nt i z e d  b a s e d  o n   J P E G   c o m pr e s s i o n  s t a nda rd  m a t r i x .   E a c h   pi xe l   v a l ue   o f   i n put   i m a ge   i s   s pl i t   b y   t h e   m a t c hi n g  v a l ue   o f   qua nt i z a t i o n   m a t ri x.   W e   n o t i c e   t h e   f i r s t   c o e ff i c i e n t   k n o w i n gl y   D C  c o e ff i c i e n t   h a s   t h e   m o s t   e n e r gy   a nd  t h e   o t h e r  c o e ff i c i e n t s   k n o w i n gl y   A C  h a v e   t h e   i m po r t a nt   de t a i l s   o f   i n put   i m a ge .   T h e   D C T   s pl i t s   t h e   i m a ge   i n t o   s e v e r a l   f r e que n c i e s   t ha t   i s   l o w   f r e que n c i e s   l o c a t e s   o n   l e f t   t o p  c o rn e r   o f   o r i gi na l   i m a ge .   I n  t h e   e n c r y pt i o n   p r o c e s s ,   t h e   A C   c o e ff i c i e n t s   c a n   b e   o n l y   r e duc e d   qu a l i t y   of  t h e   o r i gi na l   i m a ge   i n   t h e   e n c r y pt e d  s t a t e   a n d  i s   a c t i o n a b l e   fo r   r e duc i n g   i m a ge   r e s o l ut i o n   i n   m a r ke t a b l e   a ppl i c a t i o n s .   A ddi t i o na l l y ,   t h e   c oe ff i c i e n t   w i t h   l o w   f r e que n c y   (n o n - z e r o )  i n   bo t h   di m e n s i o n s   i s   r e l a t e d  w i t h   D C  c o e ff i c i e n t   a nd  t h e   re m a i ni n g  6 6  c o e ff i c i e n t s   a r e   c o n n e c t e d  w i t h   t h e   A C  c oe ff i c i e n t s   w i t h   hi g h   f r e que n c i e s .   T hi s   w a y   r e c upe r a t e s   t h e   o r i gi na l   i m a ge s   by   s t a t i s t i c a l   m o de l s   a n d  t h e   c i p h e r   t e xt - o nl y   a t t a c k  [ 22 ] .   F u rt h e rm o r e ,   t a ki n g  i n   a c c o un t   t h e   po i n t   s t r e a m   e n c r y pt i o n   f un c t i o n   i s   us e d,   i m a ge   ke y   s e que n c e   w i t h   t h e   o r i g i n a l   i m a ge   i s   s o u n d   X o r ,   a s   a   r e s ul t   a n y   c oe ff i c i e n t   ha s   a b i l i t y   t o  e n c r y pt   by   a   s pe c i f i c   n um b e r   of   b i t s   f r o m   ke y   s e que n c e .   F i gur e   3  e xpl a i n s   t h e   d r a w b a c ks   of   A C   c oe ff i c i e n t s   a s   w e l l   a s   w e   fo c us   o n   us i ng  D C   a nd  A C   i n  c l e v e r   m a nn e r.   T h e   o ut put   o f   t hi s   p ha s e   i s   ( AC R   , AC G   ,   AC B   , DC R   ,  DC G   ,  DC B   )  r e p r e s e nt   us e f ul   p a r a m e t e r s   i n  t h e   n e xt   p h a s e s .           F i gu r e   2 .   T h e   m a i n   s t e ps   t o   ge n e ra t e   k e y   i m a ge   [ 23 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   21 ,   N o .   3 ,  M a r c h  2 021   :     1455   -   146 4   1460             (a )   (b )   (c )   (d)     F i gu r e   3 .   E n c r y pt e d  a n d   r e c ov e r e d  i m a g e   b a s e d  o n  A C   c o e ff i c i e n t s   (a )   G r a y   i m a ge ,   (b )  E n c r y pt e d   i m a ge ,   a n d   (c )  D e c r y pt e d  i m a ge   ( d )  R e s t o r e d  i m a ge       3. 3 .    En c r yp ti o n   p r o c e ss   In   t hi s   p ha s e ,   t h e   p r o po s e d  e n c r y pt i o n  s c h e m e   i n c l ude s   t hr e e   s t e ps   a s   f o l l ow s :   a)   T h e   D C   c o e ff i c i e n t s   a r e   e n c o de d  i n t o   D N A   s e que n c e s   m a t r i c e s   (    ,     ,     ).   T h e   r e s ul t   o f   t h i s   s t e p  i s   (  ′ ,   ′ ,   ′ ) .   b)   T h e   A C  c o e ff i c i e n t s   of   o r i gi n a l   i m a ge   i s   pe rm ut a t e d  u n de r  t h e   s c r a m b l e   m e t h o d.   I n   t hi s   p h a s e ,   i m a ge   s c r a m b l i n g  a pp l i e d  o n   A C   m a t ri c e s   (    ,     ,     )  p r o c e e ds   c o di n g   t o   t h e   p i xe l   v a l ue s   o f   t h e   A C  m a t r i c e s   c ha n gi ng  t h e   v a l ue s   o f   t h e   m a t ri c e s '   e l e m e nt s .   S o ,   w e   n o t i c e   t h e   h i s t o g r a m s   o f   t h e   s c r a m b l i n g   m a t r i c e s   (  ′ ,   ′ ,   ′ )  a n d  t h e   o ri gi na l   m a t ri c e s   (    ,     ,     )  a r e   t h e n   di f f e r e nt .   A n  i nt r o duc t i o n  of   A C  m a t ri x  s c r a m b l i n g   m e t h o d  b a s e d  o n   e l e m e n t   v a l ue   s w i t c hi n g  us i n g   X - O R   o pe r a t i o n  i s   gi v e n  b e l ow :   -   A s s um i n g   t ha t   t h e   s i z e   o f   t h e   m a t ri x   i s   N × M ,   a   ra n do m   i nt e ge r  n u m b e r s   s e que n c e   = { 1 , 2 , 3 ,   … , N × M }   i s   c r e a t e d  t o   us e   w i t h  A C   m a t ri c e s   i n   t h e   n e xt   s t e p.     -   T h e   s c r a m b l i n g  o pe ra t i o n   i s   a pp l i e d  o n   e a c h   l a y e r   of   A C  m a t r i c e s   (    ,     ,     )  w i t h   s e que n c e     a s   f o l l ow s :   c)   In  t hi s   s t e p,   us i n g   X O R   o pe r a t i o n   t o   e n c r y pt   e a c h   i m a ge   ke y   (    )  w i t h   D N A   c o di n g  (  ′ ,   ′ ,   ′ )   a n d  s c r a m b l i n g   m a t ri c e s   (  ′ ,   ′ ,   ′ ).   -   A ppl y   i n v e r s e   di s c r e t e   c o s i n e   t r a n s f o r m   t o   r e s t o r e   i m a ge   i nt o   s pa t i a l   do m a i n   f o r   e a c h   l a y e r s    ′ =  (  ′ ,  ′ ) ,  ′ = (  ′ ,  ′ ) ,    ′ = (  ′ ,  ′   ).     -       =  ′ ⨁    ,      =  ′ ⨁    ,      =    ′ ⨁    .   -   T h e n,   t h e   o ut pu t   o f   t h i s   s t e p  i s   (    =  (     ,     ,     ) )  w h e r e      i s   f un c t i o n   t h a t   us e d  t o   a c c um ul a t e   a l l   l a y e r s   o f   i m a ge   e n c r y pt i o n .     3. 4 .    D e c r yp t i o n   p r o c e s s   T h e   m a i n  s t e ps   o f   t h i s   p h a s e   a s   f o l l ow s .   a)   S pl i t   e n c r y pt i o n   i m a ge   (    )  i nt o   t hr e e   l a y e r s   b a s e d  o n   m a j o r   c o l o r   r e d ,   g r e e n,   a n d  b l ue .       →         ,     ,     .   b)   A ppl y   s h a r e d  ke y        t o   r e t ri e v e   (  ′ ,  ′ ,    ′ )  w h e r e   e a c h  l a y e r   de c r y pt s   a s   f o l l ow s .      ′ =     ⨁    ,    ′ =     ⨁    ,     ′ =     ⨁    .   c)   U s i n g  d i s c r e t e   c o s i n e   t r a n s f o r m   (D C T )  f o r   e a c h  l a y e r   t o   r e t ri e ve   t h e   us e f ul   f a c t o r s   (     →       ′ ,  ′ ,      →        ′ ,  ′ ,     →        ′ ,  ′ ).   d)   R e c o ve r   D C   c o e ff i c i e n t s   (    ,     ,     )   b a s e d  o n  D N A   r u l e   i n  T a b l e   2.   e)   R e t r i e v e   A C  c o e ff i c i e n t s   (    ,    ,     )  by   us i n g   s e que n c e   = { 1 , 2 , 3 ,   … , n × m } .   W h e r e      =    ⨁  ′ ,     =    ⨁  ′ ,        =    ⨁    ′ .   f)   A ppl y   i n v e r s e   di s c r e e t   c o s i n e   t r a n s f o r m   t o   r e t u rn  t h e   i m a ge   f r o m   s e q ue nt i a l   do m a i n  t o   s p a t i a l   do m a i n.      = (    ,    ) ,    = (    ,    ) ,    = (    ,    ) .   T h e n ,   us e      f un c t i o n  t o   o b t a i n   c o l o r   i m a ge   w h e r e  ′ =  (   ,    ,    )     In  t hi s   s e c t i o n ,   w e   a dd r e s s   t h e   s c e n a r i o   o f   o ur   p r o po s e d  s c h e m e   b e t w e e n   t w o   pa r t i e s   (A l i c e   a nd  Bo b )   i n   a   p ri v a c y - pr e s e r v i n g  m e t h o d  w i t h o ut   l o s i n g  a n y   us e f ul   i n f o r m a t i o n   o f   e n c r y pt i o n   i m a ge .   F i g u r e   4  de m o n s t r a t e s   i m a ge   e n c r y pt i o n   a n d  de c r y pt i o n   o f   o ur   p r o po s e d  s c h e m e .   A l i c e   S i d e   ( → :   im E   ):   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   no v e l   i m ag e   e nc r y pt i on   s c h e m e   bas e d  on   D CT   t r ans f or m   a nd  D N A   s e que nc e   ( A l i   A . Y as s i n )   1461   G i v e n   i m a ge   im I   ,   A l i c e   w o ul d  l i ke   t o   e n c r y pt   im I     a n d   t h e n  a ppl i e s   o ur  p r o po s e d  s c h e m e   t o   o b t a i n  e n c r y pt e d   i m a ge   im E   .   T h e n,   h e   s ub m i t s   im E   t o   Bob .     B o b   S i d e   ( → :      ):   U p o n   r e c e i v i n g  t h e   e n c r y pt e d  i m a ge   i n   e n c r y pt i o n   p r o c e s s   fr o m   A l i c e ,   B ob   de c r y pt s   im E     b a s e d  o n   de c r y pt i o n   p r o c e s s   i n   o u r   p r o po s e d  s c h e m e   t o   ge t   c o l o r   i m a ge   b a s e d  o n  i m po rt a nt   i n f o r m a t i o n   (    , ,     )  w h i c h  b o t h   p a r t i e s   (B ob   a n d  A l i c e )  a r e   a g r e e m e n t   i t   i n   s e t up  p ha s e .     3. 5 .   S e c u r i ty   an al ys i s   an d   e x p e r i m e n ta l   e v al u ati o n   o f  ou r   p r o p os e d   s c h e m e   W e   fo c us   o n   s e c uri t y   a na l y s i s   a n d   e xpe r i m e n t a l   r e s ul t s   i n  t hi s   s e c t i o n .     P r o p o s i ti o n   1.   O u r  p r o po s e d  s c h e m e   ha s   a b i l i t y   t o   pr e v e n t   o f   fo r ge r y   a nd  p a r a l l e l - s e s s i o n  a t t a c ks .   P r oo f .   If   a n  a t t a c ke r   a t t e m pt s   t o   i m pe r s o n a t e   t h e   A l i c e / B ob ,   a c c e s s   t o   a   v a l i d   s e s s i o n   i m a ge   e n c r y pt i o n   (    )  t hr o ugh  s e c r e t   pa ra m e t e r s   (     ,    ,  ℎ   ,     )  w i l l   b e   r e qu i r e d.   S i n c e   t h e   a t t a c ke r   w i l l   n o t   po s s e s s   a n y   k n o w l e dge   of   (   , )   r e qu i r e d  t o   c a l c ul a t e    ′ ,   ′ ,   ′ ,    ′ ,   ′ ,   ′   a n d   t h e n  a ppl y   e n c r y pt i o n   f u n c t i o n   a s   f o l l ow s :   1.       =  ′ ⨁    ,      =  ′ ⨁    ,      =    ′ ⨁      2.      =  (     ,     ,    )   S o ,   t h i s   t y pe   of   a t t a c ks   w i l l   b e   a v e r t e d  a n d   a n  a t t a c ke r  c a nn o t   a pp l y   t h e s e   t y pe   of   a t t a c ks .           F i gu r e   4 .   E n c r y pt i o n   a n d   d e c r y pt i o n   o f   o ur   p r o po s e d  s c h e m e       P r o p o s i ti o n   2.   O u r  p r o po s e d  s c h e m e   c a n  w i t h s t a n d   C h o s e n / kn o w n   p l a i n   i m a ge   a t t a c k.   P r oo f .  Th e r e   a r e   s e v e r a l   s i g n i f i c a nt   po i nt s   t ha t   c o nn e c t e d  w i t h  o ur  p r o po s e d  s c h e m e   t o   a v o i d  t hi s   m a l i c i o us   a t t a c k  a s   b e l ow :   1.   T h e   pe rm u t a t i o n   di f f us i o n   p r o c e s s   i s   r e a l i z e d  i n   o n e   p ha s e   a c c o r di ng  t o   s c r a m b l i ng  m e t h o d  t ha t   ha s   b e e n   a pp l i e d   i n  o u r  p r o po s e d  s c h e m e ,   w e   u s e   t h e   s c ra m b l i ng   m e t ho d  i n  pa rt i a l   m a nn e r  a s   f o l l o w s .     a.      →            ,    ;      →            ,    ;      →            ,    .   b.   T h e   s c ra m b l i ng  i s   a ppl i e d  o n  e a c h   l a y e r   o f   A C  m a t r i c e s   (    ,     ,     )  w i t h  s e que n c e     :      ′ =    ⨁    ,   ′ =    ⨁    ,  ′ =    ⨁    .    2.   T h e   D N A   e n c r y pt i o n  s e q ue n c e   i s   a pp l i e d   o n  D C  c o e ff i c i e n t s   (    ,     ,     )  o f   i n p ut   i m a ge   (    )   f o r   ob t a i n i ng  D N A   s e que n c e s   m a t r i c e s   (  ′ ,   ′ ,   ′ )   b a s e d   o n  t h e   s e c r e t   ke y   (  )  a nd  D N A   r u l e s   i n   T a b l e   7 .   A d di t i o na l l y ,   w e   us e   c r p t o - ha s h  f u n c t i o n  f o r  e a c h  512   pi xe l s   o f        t ha t   g a i n s   o u r  p r o po s e d  s c h e m e   s t r o n g   s e c u r e   a ga i n s t   t hi s   a t t a c k .   3.   T h e   e n c r y pt e d   i m a ge   i s   t ra ns f o rm e d  a nd  r o u nde d   t o    ∈ [ 0 . . 255 ]   f o r  e a c h  l a y e r   (     =  ′ ⨁    ,      =  ′ ⨁    ,       =    ′ ⨁    )  i n  t h e   e n c r y pt i o n   p r o c e s s   (    =  (     ,      ,    ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   21 ,   N o .   3 ,  M a r c h  2 021   :     1455   -   146 4   1462   T a b l e   7 .   O n e   t i m e   ke y   i n   e n c r y pt i o n   p r o c e s s   K e y   L a y e r   Co rr e l a t i o n   K e y   1   V s .   K e y 2     0 . 0 0 3 4     0 . 0 0 0 8 7     0 . 0 0 2 6 7   K e y   2   V s .   K e y 3     0 . 0 0 2 2     0 . 0 0 0 7 6     0 . 0 0 1 5 6       In   a   c h o s e n   pl a i n   i m a ge   a t t a c k,   t h e   c r y pt a na l y s t   r e f e r s   t h a t   t h e r e   i s   t e m po r a l   a c c e s s   a t   e n c r y pt i o n   e qui pm e n t   a nd   h e   c a n  s e l e c t   a   c o l o r   i m a ge   f o r   e n c r y pt i o n  a n d   a t t e m p t   t o   f i n d   t h e   i m a ge   s e c r e t   ke y   (    )  b a s e d  o n   t h e   f o l l o w i n g  i m po rt a nt   po i nt s :   1.   H e   s e l e c t s   a   r a ndo m   i m a ge   a nd  s p l i t   i nt o   t hr e e   l a y e r s         →          ,    ,    .   2.   H e   t r i e s   t o   b ui l d      o r   e a v e s dr o ps   i t   f r o m   t h e   l a s t   s e s s i o n   o f   e n c ry pt e d  i m a ge   b e t w e e n   B ob   a nd  A l i c e .   3.   H e   c o m put e      →            ,    ;      →            ,    ;      →            ,    .   4.   T h e   c r y pt a na l y s t   i s   f a c i n g  s e ve r e   di f f i c ul t i e s   t o   e n c r y pt   D C  a n d  A C  c o e ff i c i e n t s   b e c a us e   h e   s h o ul d  k n ow   t h e   D N A   s e que n c e   r u l e   a nd   s c ra m b l i ng  s e que n c e ,   r e s pe c t i v e l y   t o   ge n e r a t e   (  ′ ,   ′ ,   ′ ,  ′ ,   ′ ,   ′ ).   W hi l e   t h e   ke y   h a s   ge n e ra t e d   i n  t h e   p r e v i o us   s e s s i o n   w o r ke d  o n c e   f o r  e a c h  e n c r y pt i o n  p ha s e .   T h e r e f o r e ,   w e   ha v e   di f fe r e nt   D N A   a n d   s c ra m b l i ng  s e que n c e s   f o r   e a c h  p l a i n  i m a ge   (    ).     P r o p o s i ti o n   3 .   O u r  p r o po s e d  s c h e m e   c a n  w i t h s t a nd   e nt r o py   i m a ge   a t t a c k .   P r o o f .  T h e   e nt r o p y   c o n t r o l s   t h e   c h a nge a b i l i t y   of   m e s s a ge / pl a i nt e xt ,   i . e .   i t   m e a s u r e s   h o w   m uc h   u nr e s t   ge n e ra t e s   t h e   e n c r y pt i o n   f un c t i o n   a t   o ut put .   If   t h e   s c r a m b l i n g   p r o c e s s   w o r ks   w e l l ,   w e   h a v e   h i g h  t r o ub l e   i n   e n c r y pt e d  i m a ge ,   a s   a   r e s ul t ,   h i g h e r   r e f e r s   t o   e n t r o p y .   A n o t h e r   s i t u a t i o n,   t h e   e n c r y pt i o n   f un c t i o n   i s   n o t   a de qua t e l y   ra n do m   a n d   t h e   c r y pt os y s t e m   m a y   b e   a ppl i e d  t he   f r ui t f ul   e nt r o p y   a t t a c k  b e c a us e   t h e r e   o c c ur s   a   c e r t a i n   de g r e e   o f   c h a n ge a b i l i t y   of   t h e   e n c r y pt i o n   p r o c e s s .   H e r e i n,   t h e   pe r f o rm a n c e   o f   o ur   p r o po s e d   e n c r y pt i o n  p r o c e s s   i s   t e s t e d   a n d   v e ri f i e d.   A d di t i o na l l y ,   t h e   e nt r o p y   H ( )  o f   pl a i nt e xt   ( )  c a n  b e   c o m put e d  a s   fo l l ow s :     ( ) =   ∑  ( ) 2 ( 1 /  ( ) ) 2 − 1 = 1       w h e r e   N   i s   t h e   n u m b e r   o f   b i t s   o f   t h e   pl a i nt e xt   ,  2   r e f e r s   t o   a l l   po s s i b l e   v a l ue s ,    ( )   de n o t e s   a   pr o b a b i l i t y   o f  ,  2   c h a ra c t e ri z e   t h e   b a s e   2  l o ga r i t hm ,   a n d  a n   e n t r o py   r e pr e s e n t s   e xp r e s s e d  i n   b i t s ,   If   t h e r e   i s   t h e   p l a i n t e xt     e n c r y pt e d  w i t h   2   po s s i b l e   v a l ue s ,   t h e   e n t r o py   m us t   b e   ( ) =   pe r f e c t l y .   T h e   t r ue   i m a ge   ha s   8   b i t s   pe r  l a y e r   (R e d,   G r e e n,   B l ue ),   i . e . = 8   a t   e l e m e nt   l a y e r .   Co n s e que n t l y ,   t h e   m a x i m u m   e nt r o p y   of  e a c h   e l e m e nt   i n  t r ue   i m a ge   i s   8.   T a b l e   8  de m o n s t r a t e s   t h e   re s ul t s   of   e n t r o p y   a n d  a   c o m pa r i s o n   w i t h   m o de rn  r e l a t e d  w o r ks .   T h e   v a l ue   o f   e n t r o p y   i s   c l o s e   t o   8,   s o ,   t h e   s c ra m b l i ng  a nd  D N A   s e que n c e s   pr o c e s s   a r e   go o d   a n d  o b t a i ni n g   h i g h  u nr e s t   a t   o ut p ut .       T a b l e   8 .   Co rr e l a t i o n  c o e ff i c i e n t   o f   e n c r y pt e d  i m a ge   Co l o r  Im a g e   L a y e r   O u r  P ro p o s e d   S c h e m e   M u ri l l o - E s c o b a r   e t   a l . [ 24 ]  (2 0 1 5 )   Z h o u   e t   a l .   [ 16 ]  (2 0 1 4 )   Z h a n g   e t   a l .   [ 25 ]  (2 0 1 3 )   2 5 6 × 2 5 6   R   7 . 9 922   7 . 9 9 4 9   7 . 9 9 7 6     G   7 . 9 9 1 1   7 . 9 9 5 3   B   7 . 9 9 0 9   7 . 9 9 4 2   5 1 2 × 5 1 2   R   7 . 9 9 3 3   7 . 9 9 7 4   7 . 9 9 9 3   7 . 9 9 9 3   G   7 . 9 9 2 2   7 . 9 9 7 5   B   7 . 9 9 1 1   7 . 9 9 6 9   1 0 2 4 × 1 0 2 4   R   7 . 9 9 2 2   7 . 9 9 7 8   7 . 9 9 9 8     G   7 . 9 9 2 3   7 . 9 9 7 6   B   7 . 9 9 4 3   7 . 9 9 7 6       3. 5 .    C o m p u tati o n   c o s t   W e   c o m put e d  t h e   c o s t s   o f   t h e   di ff e r e n t   p r o c e s s   (S e t up  of   s e c r e t   ke y ,   D CT   t ra n s f o r m ,   e n c r y pt i o n   pr o c e s s   a n d  de c r y pt i o n   p r o c e s s )  i n   t h e   p r o po s e d  s c h e m e   b a s e d  o n   T a b l e   9.   T a b l e   10  e xpl a i n s   t h e   t i m e   pr o c e s s i n g  o f   o ur   p r o po s e d  s c h e m e .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       A   no v e l   i m ag e   e nc r y pt i on   s c h e m e   bas e d  on   D CT   t r ans f or m   a nd  D N A   s e que nc e   ( A l i   A . Y as s i n )   1463   T a b l e   9 .   D e s c r i pt i o n   o f   t i m e   p r o c e s s i n g   No t a t i o n   D e s c ri p t i o n   T h   T i m e   o f  P r o c e s s   h a s h   f u n c t i o n   T D NA   T i m e   o f   D N A   P r o c e s s   T   d c t   T i m e   o f  d i s c re t e   c o s i n e   t ra n s fo r m   (  )   T   i d c t   T i m e   o f   i n v e r s e   d i s c r e t e   c o s i n e   t ra n s f o r m   ( )   T E n c   /   D e c   E n c r y p t i o n   a n d   D e c ry p t i o n   p r o c e s s       T a b l e   10 .   Co m p ut a t i o n a l   c o s t   P ro c e s s   T i m e   S e t u p   o f   S e c re t   K e y   T h   +   T D NA   D CT   t ra n s fo r m   3   T D NA   E n c r y p t i o n   P r o c e s s   3   T D NA   +     3   T   d c t   +   3   T E n c   +   3   T   i d c t   D e c ry p t i o n   P r o c e s s   3   T D NA   +     3   T   d c t   +   3   T   D e c +   3   T   i d c t   T o t a l   T h   +   1 0   T D NA   +   6   T   d c t   +  6   T   i d c t   +   6   T E n c   /   D e c       4.   C O N C LU S I O N   In  t hi s   pa pe r,   w e   ha v e   pr o po s e d  a   r o b us t   a n d  a n   e f f i c i e n t   e n c r y pt i o n   s c h e m e   f o r   c o l o r   i m a ge .   W e   us e d  D CT ,   D N A ,   a n ds   s c r a m b l i n g  m e t h o d  t o   a c h i e v e   a   g oo d  b a l a n c e   be t w e e n   s t r o n g  s e c ur i t y   a n d  t i m e   pr o c e s s i n g  o f   pr o pos e d  s c h e m e .   T h e   s e c ur i t y   a n a l y s i s   a pprov e s   t ha t   t h e   c o l o r   i m a ge   e n c r y pt i o n   ha s   a   go o d   pe r f o r m a n c e   a n d   s a f e   a ga i n s t   m a n y   w e l l - kn o w n   a t t a c ks   s uc h   a s   M IT M   a t t a c k,   e nt r o p y   a t t a c k  i m a ge   a t t a c k,   di f fe r e nt i a l   a t t a c k,   s t a t i c   a t t a c k,   c h o s e n / k n o w n   pl a i n  i m a g e   a t t a c k.   A dd i t i o n a l l y ,   o ur   w o r k  e n j oy s   s e ve r a l   s t r o n g  c h a ra c t e ri s t i c s   a s   f o l l ow s :   (1)  t h e   de c r y pt i o n  e rr o r   i s   v e r y   l ow   t o   r e c o v e r   t h e   o r i gi na l   i m a ge ;   (2)  O n c e   ke y   f o r   e a c h   e n c r y pt i o n   p r o c e s s   a n d  i f   t h e   us e r   w a n t s   t o   us e   t h e   s a m e   ke y   i n   m a n y   t i m e s ,   o ur  p r o po s e d   s c h e m e   s uppo rt s   s e c r e t   ke y   s e n s i t i v i t y ;   (3)   t h e   e n c r y pt e d  i m a ge   i s   n u l l   b a s e d  c o rr e l a t i o n  v a l ue .       R EF ER EN C ES   [ 1]   S huqi n  Z hu  a nd   C o ng xu  Z hu ,   " S e c ur e   I m a g e   E nc r y pt i o n  A l g o r i t hm   B a s e d  o n  H y pe r c ha o s   a n d  D y na m i c   D N A   C o di ng , "   E nt r op y ,   v o l .   22,   no .   7 ,   pp.   7 72 ,   2 020 ,  ht t ps : / / do i . o r g / 10 . 3 390/ e 220 7077 2 .   [ 2]   D .   H uo ,   X .   Z hu ,   G .   D a i ,   H .   Y a ng ,   X .   Z ho u  a nd   M .   F e ng ,   " N o v e l   i m a g e   c o m pr e s s i o n - e nc r y pt i o n  hy br i d  s c he m e   ba s e d  o n  D N A   e nc o di ng   a nd  c o m pr e s s i v e   s e ns i ng , "   A p pl i e d  P hy s i c s   B . ,  v o l .   126 ,   no .   3 ,   pp .   1 - 9 ,   202 0 .     [ 3]   K a ng   X ue j i ng   a nd  G uo   Z i hu i , " A   ne w   c o l o r   i m a g e   e nc r y pt i o n  s c he m e   ba s e d  o n  D N A   e nc o di ng   a nd  s pa t i o t e m po r a l   c ha o t i c   s y s t e m , "   Si g nal   P r oc e s s i ng :   I m a ge   C om m uni c a t i on ,   v o l .   80,   20 20 ,  ht t ps : / / do i . o r g / 10. 1016 / j . i m a g e . 2 019 . 115 670 .   [ 4]   S .   Z ho u,   Q.   Z ha ng ,   X.   W e i   a nd  C.   Z ho u ,   " A   s um m a r i z a t i o n   of   i m a g e   e nc r y pt i o n , "   I E T E T e c h .   R e v . ,   v o l .   27 ,   no .   6 ,  pp.   50 3 - 510 ,  2 010 ,  D O I :   10. 4 103 / 025 6460 2. 2010 . 10 8767 83 .   [ 5]   F.   B.   M u ha y a ,   M.   U s a m a   a nd  M.   K.   K ha n ,   " M o di f i e d   A E S   us i ng   c ha o t i c   ke y   g e ne r a t o r   f o r   s a t e l l i t e   i m a g e r y   e nc r y pt i o n , "   E m e r g.   I n t e l l .   C om p ut .   T e c h nol .   A pp l . ,   v o l .   5 754 ,   p p.   1 014 - 102 4 ,  200 9 ,  D O I :   10. 1007 / 978 - 3 - 642 - 04070 - 2_ 107 .   [ 6]   A.   J.   M e n e z e s ,   P.   C.   v a n   O o r s c ho t   a nd  S . V a ns t o ne ,   " H a n dbo o k   of   A ppl i e d  C r y pt o g r a ph y , "   C R C P r e s s ,   B o c a R a t o n,   F L ,   U S A ,   19 96.   [ 7]   T .   S h a h ,   T .   U .   H a q  a nd  G .   F a r o o q,   " I m pr ov e d  S E R P E N T   A l g o r i t hm :   D e s i g n  t o   R G B   I m a g e   E nc r y pt i o n  I m pl e m e n t a t i o n, "   i n   I E E E   A c c e s s ,   v o l .   8 ,   pp .   5260 9 - 52621 ,   202 0,   d o i :   10. 1 109 / A C C E S S . 202 0. 2978 083 .   [ 8]   G .   C he n ,   Y .   M a o ,   C .   K .   C hu i ,   " A   s y m m e t r i c   i m a g e   e nc r y pt i o n  s c he m e   ba s e d  o n  3D   c ha o t i c   c a t   m a ps , "   C hao s ,   Sol i t ons   &   F r ac t a l s ,   v o l .   21 ,   no .   3,   pp .   749 - 76 1,   20 04 .   [ 9]   V .   P a t i da r ,   N.   P a r e e k ,   G.   P ur o hi t ,   K.   S ud , " M o di f i e d   s ubs t i t u t i o n - di f f us i o n  i m a g e   c i phe r   u s i ng   c ha o t i c   s t a n da r d   a n d   l o g i s t i c   m a ps , "   C om m un.   N o nl i ne ar   Sc i .   N um e r .   Si m u l . ,   vo l .   15 ,   no .   10 ,   pp .   2755 - 27 65 ,   2010 ,   ht t ps : / / do i . o r g / 10. 1016 / j . c ns n s . 2009 . 1 1. 0 10 .   [ 10]   X .   W a ng ,   L.   T e ng ,   X.   Q i n ,   " A   no v e l   c o l o ur   i m a g e   e nc r y pt i o n   a l g o r i t hm   b a s e d  o nc ha o s , "   Si gna l   P r oc e s s ,   v o l .   92 ,  no .   4 ,   pp.   1 101 - 110 8 ,  20 12,   D O I :   10. 10 16/ j . s i g pr o . 2011 . 1 0. 0 23 .   [ 11]   C .   L i ,   Y.   Z ha ng ,   R.   O u,   K. - W.   W o n g ,   " B r e a k i ng   a   no v e l   c o l o ur   i m a g e   e nc r y pt i o n  a l g o r i t hm   ba s e d   on   c ha o s ,"  N onl i ne ar   D y n . ,   v o l .   70 ,   no .   4 ,  pp.   2 383 - 238 8 ,   20 12 ,   D O I :   10. 10 07/ s 1107 1 - 012 - 0626 - 5 .   [ 12]   C .   L i ,   S .   L i ,   K. - T.   Lo ,   " B r e a k i ng   a   m o di f i e d   s ubs t i t u t i o n - di f f us i o n  i m a g e   c i phe r   b a s e d   on   c ha o t i c   s t a nda r d   a nd   l o g i s t i c   m a p s , "   C om m un .   N o nl i ne ar   Sc i .   N um e r .   Si m ul . ,   v o l .   16 ,   no .   2,   pp .   8 37 - 843 ,   2 011 ,   ht t ps : / / do i . o r g / 10. 1016 / j . c ns n s . 2010 . 0 5. 0 08 .   [ 13]   Q .   Z ha ng   a nd   L .   G uo ,   " A n  i m a g e   e nc r y pt i o n  a l g o r i t hm   ba s e d  o n  D N A   s e que nc e   a d di t i o n  o pe r a t i o n , "   i n  2009   F our t h  I nt e r na t i ona l   on  C on f e r e nc e   on  B i o - I n s p i r e d   C om put i ng ,   pp .   7 5 - 79 ,  2009 ,  do i :   10. 1 109 / B I C T A . 2009 . 533 8151 .   [ 14]   X . L .   X ue   a nd   Q .   Z ha ng , " A n  i m a g e   f us i o n  e nc r y pt i o n  a l g o r i t hm   ba s e d  o n  D N A   s e que nc e   a nd  m u l t i - c ha o t i c   m a ps , "   J .   C om pu t .   T he or .   N an os c i . ,   v o l .   7 ,   no .   2 ,   pp .   397 - 40 3 ,   20 10 ,   D O I :   ht t ps : / / do i . o r g / 10. 1166 / j c t n. 2010 . 13 72 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   21 ,   N o .   3 ,  M a r c h  2 021   :     1455   -   146 4   1464   [ 15]   M.   A .   M ur i l l o - E s c o ba r ,   F . A bund i z - P é r e z ,   C.   C r uz - H e r n á nd e z   a nd   R.   M .   L ópe z - G ut i é r r e z , " A   nov e l   s y m m e t r i c   t e xt   e nc r y pt i o n  a l g o r i t hm   ba s e d  o n  l o g i s t i c   m a p , "   i n  P r oc e e di ng s   of   t he   2014  I n t e r na t i o nal   C onf e r e nc e   on   C om m uni c at i on s ,   S i gn al   P r oc e s s i ng   an d  C om pu t e r s ,  p p. 4 9 - 53 ,   20 1 4 .   [ 16]   Y.   Z ho u,   L.   B a o ,   C.   P hi l i p   C h e n , " A   ne w 1d   c ha o t i c   s y s t e m   f o r   i m a g e   e nc r y pt i o n , "   Si g nal   P r oc e s s ,   v o l .   97 ,   pp .   1 72 - 182 ,   2 014 ,  ht t ps : / / do i . o r g / 10 . 101 6/ j . s i g pr o . 2013 . 10 . 0 34   [ 17]   P .   G a bo r i t   a n d  O.   D .   K i ng , " L i ne a r   c o ns t r uc t i o ns   f o r   D N A   c o de s , "   T he or .   C om pu t .   Sc i . ,   v o l .   33 4 ,   pp .   99 - 11 3 ,   2 015 ,   do i : 10. 1016/ j . t c s . 200 4. 1 1. 004 .   [ 18]   O.   D .   K i ng   a nd   P .   G a bo r i t ,   " B i n a r y   t e m pl a t e s   f o r   c o m m a - f r e e   D N A   c o de s , "   D i s c r e t e   A pp l .   M a t h . ,   v o l .   155 ,   no .   6 - 7,   831 - 839 ,  2007 ,  ht t p s : / / do i . o r g / 10 . 10 16/ j . da m . 200 5. 07. 015 .   [ 19]   E.   Z .   D o ng ,   Z .   Q .   C he n ,   Z .   Z .   Y ua n  a nd  Z.   P .   C he n ,   " A   c ha o t i c   i m a g e   e nc r y pt i o n  a l g o r i t hm   w i t h  t h e   ke y   m i xi ng   pr o po r t i o n  f a c t o r , "   i n   200 8  I nt e r nat i on al   C on f e r e nc e   on   I n f or m a t i on   M anage m e nt ,   I nnov at i on   M ana ge m e nt   and   I ndu s t r i al   E ng i ne e r i ng ,   pp .   169 - 174 ,  200 8 .   [ 20]   A .   B a khs h a nd e h  a nd   Z .   E s l a m i ,   A n  a ut he n t i c a t e d   i m a g e   e nc r y pt i o n  s c he m e   ba s e d  o n  c ha o t i c   m a p s   a nd  m e m o r y   c e l l u l a r   a ut o m a t a , "   O p t i c s   a nd   L a s e r s   i n  E ng i ne e r i ng ,   v o l .   51 ,   no .   6 ,  pp .   665 - 673 ,  201 3 .   [ 21]   M.   C .   D uf o ur ny ,   " M P E G - 4  S t y l e   O bj e c t - b a s e d  C o de c   w i t h  M a t l a b , "   T F E   D e pa r t m e nt ,   U m e a   U n i v e r s i t y ,   S w e d e n,   2006 .   [ 22]   S .   B a h r a m i   a nd  M .   N a de r i ,   " E nc r y pt i o n  of   m ul t i m e d i a   c o nt e nt   i n  pa r t i a l   e nc r y pt i o n  s c he m e   o f   D C T   t r a n s f o r m   c o e f f i c i e nt s   u s i ng   a   l i g ht w e i g ht   s t r e a m   a l g o r i t hm , "   O pt i k - I n t e r na t i onal   J our na l   f o r   L i ght   a nd  E l e c t r on  O pt i c s ,   v o l .   124,   no .   18 ,   pp .   3693 - 37 00,   2 013 ,  ht t ps : / / do i . o r g / 10 . 101 6/ j . i j l e o . 20 12. 1 1. 028 .   [ 23]   Y m g e r m a n ,   " D n a   M o l e c ul e s   B i na r y   C o de   3d  R e n de r   S t o c k  I l l us t r a t i o n  2556 1877 8 , "   s hu t t e r s t o c k. c o m ,   a v a i l a b l e :   ht t ps : / / w w w . s hu t t e r s t o c k. c o m / i m a g e - i l l us t r a t i o n/ dn a - m o l e c ul e s - bi n a r y - c o de - 3d - r e nde r - 25561 8778   ( a c c e s s e d  O c t .   15,   20 20) .   [ 24]   M.   A.   M ur i l l o - E s c o ba r ,   C .   C r uz - H e r ná n de z ,   F .   A bundi z - P é r e z ,   R .   M .   L ópe z - G ut i é r r e z ,   O .   R.   A c o s t a   D e l   C a m po ,  " A   R G B   i m a g e   e nc r y pt i o n  a l g o r i t hm   b a s e d  o n  t o t a l   pl a i n  i m a g e   c ha r a c t e r i s t i c s   a nd  c ha o s , "   Si gna l   P r oc e s s i ng ,   v o l .   109 ,   p p.   11 9 - 131 ,  20 15 ,  ht t ps : / / do i . o r g / 10 . 101 6/ j . s i g pr o . 2014 . 10 . 0 3 3 .   [ 25]   W.   Z ha ng ,   K .   W.   W o ng ,   H.   Y u ,   Z. - L.   Z hu ,   " An   i m a g e   e nc r y pt i o n  s c he m e   u s i ng   r e v e r s e 2 - d i m e ns i o na l   c ha o t i c   m a pa nd   de pe n de n t   d i f f us i o n , "   C om m un .   N onl i ne ar   Sc i .   N um e r .   Si m u l .,   v o l .   18 ,   no .   8,   pp .   2066 - 20 80 ,  20 13 ,   ht t ps : / / do i . o r g / 10. 1016 / j . c ns n s . 2012 . 1 2. 0 12 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.