Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   12 ,  No.   3 ,  Decem ber   201 8 , p p.   1297 ~ 1304   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 2 .i 3 .pp 1297 - 1304          1297       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Preser vin g A uth enticit y and Inte gr it y   of  Distribu ted Net works   throu gh No ve l  Mess age A uth entication  Co de       Gurpree t  K our So dhi 1 , Gurj ot Singh  Ga b a 2 , Lavish  Kan sa l 3 , Edu ard  Babula k 4 ,  M ohamme d  AlZ ain 5 ,  Sa n deep  Kum ar Aror a 6 ,  M e hedi M asud 7   1,2,3,6 School  of E le c troni cs  and El ec tr ic a l Engg., L ovely   Profess ion al   Univ ersity ,   Jal andha r ,   Indi a  –   1 44411   4 Zi gura t  School   of  Business a nd   Te chno log y   Inn ovat ion ,   Spain   -   08018   4 Nati ona l  Sci ence  Foundat ion, Washington, D. C. ,   US A  –   22314   5 Depa rtment of I nform at ion  T ec h nolog y   T ai f   Uni ver sit y ,   Saudi   Arabi a   –   21974   7 Depa rtment of  Com pute r  Scie n ce ,   T ai f   Univer si t y ,   Saud i  Arab ia  –   21974       Art ic le  In f o     ABSTR A CT     Art ic le  history:   Re cei ved   A ug   2 8 , 201 8   Re vised  Oct   15 , 2 018   Accepte d  Oct   29 , 201 8       In  thi s  era   of  unive rsal  e lectr on ic   connect iv ity ,   comm unic at ion  is  no  m ore   conf ine d  to  tra ns fer   of  dat a  from   one  end  to  the   othe r;  rat h er  it   ai m s  at   sec ur e   dat a  tra nsfer .   C om m unic at ion  sec tor  h as  dev eloped  be y on d  this   tra ditiona l   boundar y   of  da t a  tra nsfer  and  is   now  working  o n  wa y s  to  provi de  dat a  from   the   intended  s ende rs  to  the   int end ed  recei v ers  in  an  unalter ed  form .   Consideri ng  al l   the se   cond it io ns,  the  da ta  tr ansfe r  ne eds  to   foll ow  th e   princ iples  of  au the nti cation,  co nfide ntial ity   and   integrity .   The   form er  two   have   be en  add ressed  using  di git al  signat ur es  and  en cr y pti o n  sche m es   respe ctively ,   while   th e  soluti on  to  the   la t e r  is  the   use  of  Mess age   Authent i ca t ion  Code.   Th is  pap er  pre sents  a  Mess age   Authenti ca t ion  Code   sche m e,   which   uses  the   b i ologi c al   cha ra ct er isti cs  r epr e sente d   b y   Deox y ribon uclei c  ac id  combine d  with  the   output   of  Blum   B lum  Shub   Random  Nu m b er  Gene rat o r,   a s  a  sec ret   ke y  al ong  with  a  novel   hash   al gorit hm .   Thi s  Mess age   Authen ti c at ion  Cod e  st ruc ture  is   ev al u at ed  on   th e   basis  of  Nati on a l  Instit ut e  of  Sc i enc e  and  T ec hn olog y   te st  sui te   for  ran dom   num ber s,  ava la n che   criter i a  and  net work  at t ac ks.   The   result s  rev ea l  th at   the  proposed  sche m e  per form s  well   under   al l  th e  criter i a  and  thus  is  ca pable  of   pre servin g  integ rity ;  thi s  inc r eas es  it s  appl ic ab il ity   in  an y   da t a  sensiti ve   envi ronm ent .   Ke yw or ds:   Bl um  b lu m  sh ub r a ndom   nu m ber   ge ner a tor   DNA   Hash   In te gr it y   Me ssage A uthe ntica ti on  C ode     Copyright   ©   201 8  Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed.   Corres pond in g  Aut h or :   Sandeep  Kum a r  A r or a ,   School  of   Ele c tro nics and  Ele ct rical  Eng g .,   Lo vely  Prof es s ion al   Un i ver sit y,   Jal andhar,  Indi a  –   1444 11 .   Em a il : sand eep .1693 0@ l pu.c o. in       1.   INTROD U CTION   On e  form   of   Com m un ic at io ns   sec ur it y   is  pr e ve nting   una uthorize d  inter cepto rs  f ro m   a ccessi ng   th e   data  wh il e  bei ng  tra ns fe rr e d  to  t he  i nten de d  receive rs.  W it h  t he  a dva ncem ents  in  t he  fiel d  of  el e ct roni c   com m erce,  the   data  bein g  t ra ns fe rr e d  over   Netw orks  sho ul d  be   kep t  c onf identia l  an d  re qu i re  to   b e   pr e ven te d  from   any  un a ut horized  acce ss   or   m od ific at io n  [ 1].  T hus,  da ta   integrity   is  the  ne ed  of  the  hour  w he n  it   com es   to  the  pr e sent  form   of   com mu nicat io n.   Eac h  bit  of   in f orm at ion   carries   a  certai n  valu e  wh ic h  nee ds  to  be  retai ned an d  a ny   m od ific at ion  b y t he  i ntr ud e r c an  le ad  to  d is ast ers  [ 1].   Var i ou s  m et ho ds   ha ve  bee n  app li ed  to  a uth e ntica te   data  in  the  past.  A  dat a  authen ti cat io n  schem e  is  pro po se d  wh ic h  hel ps   in  pr i va cy   pr ese rv at i on   a nd  is  base d  on  e ncr y ptio n  sc hem e,  ‘p se udonym   te chnolo gy’  and  Me ssa ge   Au t hen ti cat io n  Co de  [ 1].   A uth entic at io n  re f ers  to   co nfi rm at ion ,  t hat  the   data  ha s  been  r ecei ved  from   the  pr oje ct ed  sen der   an d  this  is  us ual ly   ver ifie d  us i ng   sec ret  keys  wh ic h  are  known  to  ei ther  ends     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1297   –   1304   1298   on ly   [ 2].  T his   erad ic at es  t he   cha nce  of   dat a  bein g  rec ei ve d  f r om   an  ad visory  since  t he  key  has   no t  been  sh are d  to  a nyone.  Bi om et rics  serv e s  the  bes t  purpose  wh e n  it   com es  to  authe ntica ti on ;  it   inv ol ves  the  us e  of   char act e risti c  featur e s  of  the  us e r  w hic h  are  un i qu e   fo r  a n  in di vidual  an d  cannot  be  rep l ic at ed.     So fia  et   al .  in  [ 3],  pointed  out  to  that  featur e  of   hu m an  body   wh ic h  can  be  us e d  as  the  aut hen ti cat io n  ide ntit y.  The  aut hen ti ca ti on   proce ss  is  carried  out  by  us in g  this  uniq ue  featu re  as  a  key  to  de velo p  a  secur e  syst e m   [4 ] .  A  m ulti  bio m et ric  us er  aut hen t ic at io n  schem e  is   pr op os e d  by  K oong  et   al .  [5 ]   w hich  util iz e  both  the   ph ysi ologica l  and   behavi or al   bio m et rics.  Fing e r  m ov e m e nts  on  m ulti  t ou c h  de vices  are  us e d  f or   s ecur it y  le vel.  I n  ad diti on   to  t his,  th e  us er  c red e nt ia l  is  m ade  re placea ble  to  preve nt  any  pri vacy  le akag e .  Dilli   and   Cha ndra  [ 6]  present  a no ther  sc hem e   i nvolv i ng  the  us e  of   HM AC  SHA  256  Al gorithm   fo r  m essage   authe ntica ti on   and   data  inte gri ty   [6 ] .  Ve rm a  and   Pr a j a pati  [7 ]   present  a   novel  S HA   w hich  e xecu te s  in  le ss   execu ti on ti m e  and  possesses  higher  b it   diff e ren ce , th is c an   be  im planted  s o  as  to  i ncr ease  the sec ur it y.   In   this  pa per,  a  schem e   has  be en  presente d  to   design,  MAC  (Message A ut he ntica ti on   Co de )  wh ic h  is  us e d  to  ver i fy  the  integrity   of  a  m essage.  It  assures  that  the  data  receive d  is  un al te re d  and   no t  m od ifie d  by   any  m eans.  As   obser ved  f ro m   Eq uation  1,  MAC  us e s  a  secr et   key  &  ha sh   al gorithm   and   ta kes  the  m essage  a s   input  to  produ ce  a  ta g,   al so   known  as  cry pt ographic  chec ks um .  This  ta g  is  app e nd e d  to  the  m essage  and   com par ed  at   the  receiv er  en d  to  con cl ud e  if  the  m essage  is  in  it s  or iginal  form .  Her e  the  assum ption   is  that  the secret  key i s sh a re d betwe en  the  se nd i ng  and the  receivi ng p a rty  only .      = ( , )   (1)     Wh e re,   C   is  t he  MAC   f un c ti on ,  K   is  the   s ecret  k ey ,  M   is  the  m essage  i nput ,   M AC   is  the  m essage   a uth e ntica ti on   c od e  [8].   The  sec ret  key   to  be  use d  in  t he  pr ese nted   s chem e  is  gen er at ed  us i ng  D N A  ( De ox y rib onuclei c  aci d)   wh ic h  is  pr e se nt  in  li vi ng  be ing s   an d  is  uniqu e   to  e ve ry  ind i vidual.  T hu s,  D N A  ca n  be   eff ic ie ntly   use d  for  authe n ti cat ion   pro vision.   Fu rt her,  to  in crease  the  str eng t h  of  the  al gorithm   B B SG   (Blum   Blu m   Sh ub   Ra ndom   Nu m ber  Gen e rato r)   has   been  us e d  t o  furthe r  inc reas e  the  com plex it y  of   the  al go rithm .  This  ge ner at or   ta kes  a   seed  value  as  the  in pu t  an d  pro duc es  a  ran dom   se q ue nce  as  the  ou t pu t. Ap a rt  f ro m   the  secret  key,  a  hash   al gorithm   has  al so   bee n  us e d  in  MAC  desig ning.  T hi s  novel  ha sh   al gorithm   is  a  resu lt   of   t he  inte gr at io n  of   ‘f’  f un ct io n  in  the  e xisti ng  SHA - 160  al gorithm .  The  pro po s ed  w ork  ha s  bee n  e xp la in ed  with  the  hel p  of   a  flo w  c ha rt  in   Figure  1.   The   detai le d descri ption i s  pr ese nt  in  Sect io n 2 f ol lowed b y  res ul ts i n  Sect io n 3 .           Figure  1. MAC  G e ner at io n Pr ocess       2.   RESEA R CH MET HO D   Data  integ rity   is  m ai ntained  us in g  MAC  w hich  c onsti tutes  of   a  m essage   input,  a  secre t  key  and   a   has h  al gorithm .  The  pro pose d  schem e  us es  a   novel  has h  al gorithm   wh ic h  f ollows  the  basi c  structu re  of   S HA - 160,   to  en ha nc e  it s  s treng t h  an  ‘f’  functi on  has  bee n  i nteg rated  al ong  wi th  a  secret  key  wh ic h  is  pro duced   us in g  D NA   se qu e nce  an d  B BSG  pro duced   rando m   sequ e nce.  T he  pro posed  MAC  sche m e  is  co m patib le   with   the  existi ng  se cur it y  pa rad i gm s  and   does  not  ad d  a ny  m or e  com plexity .  The  e xisti ng  s yst e m s  can  repl ace  the  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Preservin g  A u t h entici ty a nd Integrity  o f Dist ribu te d  Net wor ks thr o ug h … ( Gu r pr eet  K our  Sodhi )   1299   tradit ion al   versi on s  of   M A C  with  the  ne w  pro pose d  MAC.  The  de ta il ed  structu r e  is  exp la ine d  in  the  fo ll owin g  s ubs ect ion s.     2.1.      N ovel  H as h   Algori th m   The  novel  ha s h  al gorithm   use d  in  t he  pr opos e d  al gorith m   is  a  resu lt   of   t he  inc orp orat ion   of  ‘ f’  functi on  in  t he   basic  str uctu r e  of  S HA - 16 0.  The  SHA - 160  al gorithm   const it utes  of   t otal  80   r ounds  a nd  f or   ever y  20  rou nds  a   co ns ta nt  ‘K’  is  us e d  a s  in pu t.   T her e   are  f our  ‘K’   value s,  eac h  of  w hich   is  8  dig it   hex a decim al   values.   T he  m essage  dig est   (M D)   pro duced   is  of  16 0  bi ts.  T he  ‘ f’  f unct ion  co ns ti tutes  of  three   op e rati ons;  Ex pansi on  (E XP ) ,  Substi tuti on   us in g  S - box  (S)  an d  m od ulo   2 48  ad diti on   (+ )  ap plied  on  th e  five  reg ist er  v al ues (A, B, C,  D, E )  [4].   T he  str uct ur e  of the  h a sh al gorithm  is exp la ine d usi ng  Figure  2.           Figure  2. A  No vel H a sh Al gor it h m       2.2.     D NA - BB SG  Based  Secret   Key   The  novel  has h  al go rithm   is  app li ed   on   the  m essage  in pu ts   al ong  with  t he   secret  key.  T he   secret  key   us e d  in  t he  pro posed  sche m e  is  fr am ed  us in g  th e  D NA   w hich  re pr ese nted   in  t he  f orm   of   a  seq uen c e  com pr isi ng  o f  ‘ag ct ’  c har act e rs  f ollow i ng   a u ni qu e p at te rn  f or  eve ry  ind iv idu al .  T he  cha r act erist ic   un iq uen e ss   of a  DNA  se qu ence m akes it i m po ssible t o b e re plica te d  or  stolen  [8 ] .   To  stre ngthe n  t he  sec ur it y,  B BSG  is  us ed  t o  pro du ce  a n  ou tpu t  ra ndom   sequ e nce  w hich  i s  the  res ult   of   the  sec ret  seed  val ue  giv e n  to  the  ra ndom   nu m ber   generator .  The  D NA   se quence  is  conver te d  into  it s   bin a ry  fo rm   and   exclusi ve - or  op e rati on  is  app li ed  in  betwe en  D NA   an d  BB SG   seq uence.  This  res ults  into  a   256 - bit  key,  w hich  is  fur t her   us e d  in  the  for m at ion  of MA C [9 ] .     2.3.     Form ati on o f MA C   MAC  is  al so  known   as  ke ye d  Has h  du e   to  it s  com posit ion   ha ving  a  secret  key  and   a   ha s h    al gorithm   [1 0].   The  DNA - BB SG   key  is  of  256  bits  an d  t his  key  has   to  be  furthe r  s plit   into  f our  32 - bit  ke ys  in   o r der   t o  be   us e d  f or   M AC,  th eref or e  var i ous   op e rati ons  are   app li ed   on  the   256 - bit  key  in   order   t o  c onve rt  it   into  f our  32 - bi t  keys.  T he  var i ou s   ap plied  op e rati ons  a re  ex plaine d  t hro ugh  ps e udocode  a nd  gr a ph ic al   represe ntati on   for bet te r unde rstan ding.   1)   Apply  6 - bit  ci rcu la r  s hift  on  the  25 6 - bit  DNA - BB S G  key  f our  tim es  and   store  the  se que nce  eve ry  tim e   it ’s  sh ifte d.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1297   –   1304   1300   2)   The n  s plit  the  256 bit  s hifted key  into  fo ur   pa rts of  64 - bit eac h.   3)   Apply  Excl us ive - or   operati on  on  first  tw o  par ts,  f ollow e d  by  re peati ng   it   for  the   la st  tw o  pa rts,  resu lt in g  in a se quence  of  64 - bits.   4)   Sp li t t he ob ta i ne d 64 - bit seq ue nce in t o  tw o pa rts of  32 - bit eac h.   5)   Apply E xclusi ve - or ope rati on b et wee n  t he o btained  se qu e nc es.   6)   Convert t he obt ai ned   32 - bit s equ e nce i nto h exad eci m al  f orm , f or m ing  the  8 - bi t  hex k ey .   7)   Re peat ste ps 2   to 6 eve ry ti m e  the  key is s hift ed by 6 - bits, th us   ob ta i ning f i nal fo ur   keys.   A pseud o  c ode  g ivi ng a  bette r  d esc riptio n of  the ope rati ons  involve d  is  give n unde r.     Y= in it ia l key  of 25 6 - bits   for  i= 0: 4         // rep eat ing t he op e rati on  f our   tim es   Y( i)=  circs hift  (Y , 6)     // ci rcu la r  s hift  of 6 - bits a nd st or e  the  bit stre a m   end   for  i= 0: 3         // sp li tt ing  the  ke y i nto   4 parts  of 64 - bit eac h   x( i+ 1, :)=  Y (64 *i+1:6 4*(i+ 1))   end   for j=1: 4   k(j) =  ~x or( x(2 *j - 1, :),  x( 2*j ,:) )   // Ap plyi ng  ex cl us ive - or  ope ra ti on   bet wee n  co ns ecuti ve   pair  and   the n  betwee n  thei r r esults f or m ing   on e  62 - bit se quence .   end   for  i= 0: 3         // sp li tt ing  the  ke y i nto   2 parts  of 32 - bit eac h   x( i+ 1, :)=  Y (32 *i+1:3 2*(i+ 1))   end   for j=1: 2   k(j) =  ~x or( x(2 *j - 1, :),  x( 2*j ,:) )   // Ap plyi ng e xc lusive - or  o pe ra ti on   end   // k   rep re sents t he key //   // The  f our key   values  are  c on ver te d  int o hexa decim al  f or m   and the n use d  i n  MAC/ /     A gr a phic al  r e pr ese ntati on is  giv e n  in  Fig ure  3 .           Figure  3. Key  Gen e rati on P rocess   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Preservin g  A u t h entici ty a nd Integrity  o f Dist ribu te d  Net wor ks thr o ug h … ( Gu r pr eet  K our  Sodhi )   1301   The  final  f our   keys  a re  re presented   in  he xad eci m al   fo r m   as  sh own  i n  Ta ble  1.  T he   SHA - 160  al gorithm   us es  four   32 - bit  co ns ta nt  values  [ 11 ]   w hic h  are  rep la ce d  with  the  f our  keys  wh ic h  we re  f r a m ed  us in g  t he op e ra ti on s.  Th e  s of t war e  to ol MA TLAB  has bee n use d  f or the  s i m ulati on .       Table  1.   Secu ri ty  K ey s   S.No.   32 - b it Key s  (Hexa d eci m al)   K 1   CD2 7 4 0 EB   K 2   AF3 4 9 D0 3   K 3   0 EBCD2 7 4   K 4   D0 3 AF3 4 9       This  f or m s  a  novel  MAC  al gorithm .  The  M AC  val ues  obt ai ned ,  us i ng   t he   pro po se d  te c hn i qu e  a re   giv e n  in  Ta ble  2.       Table  2.   M AC   Values   Inp u t   Hex  f o r m   MAC V alu es  (H ex ad eci m al )   G     67   d 4 b e6 3 6 1 4 7 9 e2 7 0 5 9 5 4 f b e2 1 6 4 1 c9 2 d 9 a3 7 c6 5 e3     So d h i     6 f 6 4 6 8 6 9   9 ced6 4 e5 2 0 ccf d 7 4 1 b 8 ed 3 8 3 2 6 e3 3 a6 b 8 8 a6 5 b 5 2     Un ited states   7 5 6 e6 9 7 4 6 5 6 4   7 3 7 4 6 1 7 4 6 5 7 3   f 2 9 d 9 0 3 1 3 9 0 5 8 7 0 1 e3 9 e3 ceb1 c1 7 7 6 3 1 6 4 5 4 ef0c       The  com pu te d  MAC  values  are  then  co nve rted  into  bi nary   fo rm   fo r  eva luati on   on  ra ndom ness  an d  avalanc he  c rite ria.       3.   RESU LT S  AND A N ALYSIS   The  propose d  te chn iq ue  is  a naly zed  usi ng  NI S T  te st  su it e  of   rand om ness  an d  the  stri ct   avalanch e  crit eria.  These  te sts  are  per f orm ed  fo r  th ree  diff e re nt  input  values  eac h  ha ving  a  diff e re nt   le ng th.  T hese   te sts   com pu te   the  P - value  f or  a  bina ry  seq uen ce;   wh ic h  m us t  be  gr eat er  tha n  0.01   for  a  seq ue nce  to  be  c onsidere d  as r a ndom  [ 12] .   In   or der   to  vali date  the  eff ic ie ncy  of   our  pro po s ed  te ch niqu e,  the  NI S T  res ults  of   the  pro po se d  MAC  schem e  are  com par ed  with  tho s e  of   t he  exi sti ng   te ch niqu es.  The  ei ght  di git  hex a decim al   key  us ed  f or   these  HMAC tec hn i qu e s is  ‘3A 54E2 6B’, w hich  is k e pt c on sta nt for  all  the  sc hem es.   A br ie f  ove rv ie w of  t he vari ous NIST tests  is  giv e n  as:   1)   Fr e qu e ncy T es t   Fr e qu e ncy  te st  cal culat es  the  rati o  of   the  num ber   of   on es  a nd   zer os   in  the   entire  sequ e nc e.  It  checks   the adjace ncy  betwee n  the  nu m ber  o f o nes  a nd the  num ber  o f  ze r os . A se quence  is co ns i de red  t o be ran dom  if   the  rati o  of  both  is  cl os e  to   each  oth e r  [ 12] .  T he  res ults  in  Ta ble  3  dep ic t  that  t he   pro po se d  al gorithm   pro du ces  b et te r  proxim i ty  b et ween t he  c ount  of  on es  and ze ro s  as c om par ed  to  o t her te ch niques.       Table  3 .   NIST  te st resu lt s  for Fre qu e ncy test   MAC  Techn iq u e   P - v a lues   G   So d h i   u n ited states   HMAC  MD2   0 .37 6 8   0 .37 6 8   0 .47 9 5   HMAC  MD5   0 .85 9 7   0 .59 5 9   0 .85 9 7   HMAC  SHA - 160   0 .87 4 4   1 .00 0 0   0 .87 4 4   HMAC  SHA - 256   0 .26 0 6   0 .90 0 5   0 .08 0 1   HMAC  SHA - 384   0 .22 0 7   0 .12 5 8   0 .30 7 4   HMAC  SHA - 512   0 .79 0 9   0 .92 9 6   0 .92 9 6   Prop o sed  T echn iq u e   0 .87 7 4   0 .93 8 9   0 .92 1 9       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1297   –   1304   1302   2)   Bi nar y  De rivat ive Test   The  Bi nar y  De rivati ve  Test   proceed s  by  app l yi ng   exclusi ve - or  operati on  be tween  al l  the  consecuti ve   bits  of  the   se quence   unti l  only   on e   bit  is  le f t.  The n,  the  ra ti o  of  the   num ber   of  on es   to  the  total   num ber   of   el e m ents  in  the  sequ e nce  is  cal culat ed  for  e ach  case.  Final ly ,  the  aver age   of   the  rati o  f or  al l  the  sequ e nces  is  cal culat ed,  if th is value lie s nea r  to 0.5, then t he  sequence i s r an do m  [ 12 ] . T he  res ults in  Table 4  il lustra te  that  the outp ut  of th e pro posed  sc hem e is rando m .       Table  4 .   NIST  te st resu lt s  for B inary De rivat ive test   MAC  Techn iq u e   P - v alu es   G   So d h i   u n ited states   HMAC  MD2   0 .49 5 2   0 .51 2 6   0 .50 1 6   HMAC  MD5   0 .51 2 9   0 .49 0 1   0 .51 4 9   HMAC  SHA - 160   0 .50 6 9   0 .49 2 4   0 .50 2 6   HMAC  SHA - 256   0 .50 4 6   0 .50 0 7   0 .50 4 0   HMAC  SHA - 384   0 .50 0 5   0 .49 6 4   0 .49 9 3   HMAC  SHA - 512   0 .50 2 6   0 .50 3 4   0 .49 8 7   Prop o sed  T echn iq u e   0 .51 6 0   0 .51 3 6   0 .50 9 2       3)   Discrete F ouri er T ran s f or m  Test (DFT)   The  fo c us   of  the  D FT  te st  is  to  fin d  t he   pea k  hei gh ts   in  the  Discre te   Four ie r  Tra ns f or m   of   a   seq uen ce .  It  de te rm ines  the  pr esence  of   sim il ar  patte rn s  in   the  sequ e nce  wh ic h  furthe r  ind ic at es  a  de viati on  from   the  exp e ct ed  rand om ness.   The  pu rpo se  is  to  check  if  m or e  than  5%  of  the  pea ks   excee d  the   95 %   thres ho l d [12].  The res ults f or   DF T test  a re su m m arized in  T able 5.       Table  5.   NIST  te st   resu lt s  for DFT test   MAC  Techn iq u e   P - v alu es   G   So d h i   u n ited sates   HMAC  MD2   0 .14 4 3   0 .09 4 0   0 .33 0 4   HMAC  MD5   0 .87 1 1   0 .51 6 4   0 .07 4 4   HMAC  SHA - 160   0 .14 6 8   0 .46 8 2   0 .02 9 5   HMAC  SHA - 256   0 .42 2 0   0 .42 2 0   0 .13 5 9   HMAC  SHA - 384   0 .77 8 7   0 .77 8 7   0 .51 2 1   HMAC  SHA - 512   0 .37 2 3   0 .25 6 1   0 .62 6 5   Prop o sed  T echn iq u e   0 .87 4 0   0 .77 9 8   0 .63 1 8       4)   Appro xim at e E ntr op y Te st   This  te st  cal c ulate s  the  fr e quency  of  al l  t he  overla pp i ng  bit  patte rn s  pr ese nt  in  the   sequ e nce.  It   com par es  the  f reque ncy  of   overla pp i ng   bloc ks   of   tw o  s ub seq uen t  le ngth s  with  the  e xp ect ed  outc om e  for  a   rand om  seq uence [ 12 ] . T he  r e su lt s ar e  g i ven  in Ta ble 6.       Table  6.   NIST  te st resu lt s  for Ap pro xim at e e ntr op y t est   MAC  Techn iq u e   P - v alu es   G   So d h i   u n ited states   HMAC  MD2   0 .74 6 4   0 .77 2 7   0 .73 1 0   HMAC  MD5   0 .45 3 3   0 .89 8 3   0 .88 6 3   HMAC  SHA - 160   0 .92 8 8   0 .88 3 5   0 .98 8 3   HMAC  SHA - 256   0 .83 3 0   0 .94 4 0   0 .95 8 7   HMAC  SHA - 384   0 .98 1 7   0 .98 3 6   0 .98 6 5   HMAC  SHA - 512   0 .99 4 9   0 .98 9 1   0 .98 5 5   Prop o sed  T echn iq u e   0 .94 0 3   0 .98 8 9   0 .98 7 4       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Preservin g  A u t h entici ty a nd Integrity  o f Dist ribu te d  Net wor ks thr o ug h … ( Gu r pr eet  K our  Sodhi )   1303   5)   Ma ur e r’ s  “Uni ver sal   Stat ist ical” Test   This  te st  is  use d  to  fi nd   out  if  a  seq uen ce  can  be  c om pr essed  without  a ny  loss  of  in form ation .  A   seq uen ce  is sai d  to  b e  r a ndom  if it i sn’t com pr essi ble [1 2].  The res ults are  su m m arized in  Table  7.       Table  7.   NIST  te st resu lt s  for M aur e r  te st   MAC  Techn iq u e   P - v alu es   G   So d h i   u n ited states   HMAC  MD2   0 .92 6 8   0 .95 2 8   0 .95 5 3   HMAC  MD5   0 .98 3 1   0 .98 3 3   0 .99 5 1   HMAC  SHA - 160   0 .97 1 3   0 .96 0 0   0 .92 5 5   HMAC  SHA - 256   0 .99 1 2   0 .95 9 9   0 .97 0 5   HMAC  SHA - 384   0 .97 7 4   0 .99 0 9   0 .99 1 3   HMAC  SHA - 512   0 .98 6 5   0 .99 0 9   0 .97 6 5   Prop o sed  T echn iq u e   0 .99 8 7   0 .99 3 9   0 .99 9 3       As  it   is  obser ve d  f ro m   Table  3  to  Ta ble  7  th e  pro po se d  sc hem e  per f or m s  bette r  by  passi ng   t he  NI S T  crit eria. T hus,  i nd ic at in g  it s e f fici ency as a  MAC tec hniq ue.   The  obj ect ive   of  MAC  is  t o  pr ese rv e   the   integrity   of  t he  data  an d  t o  sig nifica ntly   detect   any   m od ific at io n  in  the   recei ved  data  [13].  Also ,  eve ry  MA C  represe nts  s pecific  data  co ntent  a nd  th us  it   c a n  sign ific a ntly   noti fy  a  cha ng e   in  the  data  [14].  To  stu dy  this  cha racteri st ic ,  Av al a nche  te st  is  app li ed  to  the  MAC  values .  This  te st  cal culat es  the  chang e  in  the  outp ut   with  res pect  to  the  c hange  i n  the  in put,  w hich  is  known  as t he  a valanc he  e ff ect  and is cal c ulate d usin g  t he  f orm ula as g ive n i n  E q uatio n   ( 2) [16 ] .     Av al a nch e  Eff ect  =    .               .                  × 100     (2)     To  a pp ly   this  t est ,  a  sin gle  ch aracte r  of   t he  input  va lue  is  a lt ered ,  a nd  ava la nch e  e ff ect   is   cal culat ed .   The A valanc he  Test res ults ar e su m m arized in  Ta ble  8.       Table  8.   A valanch e  Test a nal ysi s   Origin al I n p u t   Altered  Inp u t   No .  o f   b its f lip p ed   Av alan ch e E f f ect (% )   G   P   79   4 9 .37   So d h i   So d h b   81   5 0 .62   Un ited states   u n ited straten   76   4 7 .50         It  can  be  cl ea rly   ob se rv e d  that  the  pro po s ed  te chn i que  pe rfor m s  well   un de r  this  crit er ia   too ,  thus   dem on strat in g  it s  eff ic ie ncy.  The  pro po s ed  MAC  te ch niqu e  has  highe r  c om plexity ,  whic h  m akes  it   hig hly   resist ive  to wa rd s  va rio us   at ta cks  on  inte gri ty ,  thu s  i ncrea sing   it s  a ppli cabil it y  in  ne tworks  dem and i ng     secur it y [ 17] .       4.   CONCL US I O N   This  pa per   pr e sents  an  ef fici ent  MAC  te chn i qu e;   de sig ned   us in g  a  novel  has h  al gorithm   and   a  secre t   key  ge ne rated  us in g  DNA  a nd  BB S G.   T he  pro po se d  te c hniq ue  is  te ste d  us in g  N IS T  st at ist ic al   te st  su it e  for   rand om   and   pse udoran dom   nu m ber   ge nerat or s  for  c rypt ogra ph y  a ppli cat ion s  a nd  th e  avalanc he  c rite ria.   MAC  al so   known  as  c rypt ogra phic   chec ksum   is  an  auth entic at ion   te ch nique  w hic h  use s  a  has h  te c hn i que   al ong  with  a  se cret  key  to  pr otect   integrity   of  a  m essage  an d  to  validat e  the   m essage.  The  pro po se d  te ch ni que   involves  t he  use   bio m et ric  char act erist ic s  al ong  with  a  no ve l  hash   al go rithm   to  fr am e  the  MAC.  The  a naly sis  on   the  ba sis  of  diff e re nt  te st   resu lt s  dem on strat es  that  the  pro pos ed  a lgorit hm   per form s  bette r  than  the  existi ng   HMA C  schem es  su ch  as  MD 2,   M D5,  SHA - 16 0,  SH A - 256,   S H A - 384  a nd   SHA - 512.   This  sc hem e   us es  a  secret  ke y  wh ic h  in vo l ves  D NA   c harac te risti cs  of   the  us e r,   th us   m aking   it   le ss  su sce ptible  to  at ta cks .   The  c om bin at ion  o f  bio l og i cal   char act e risti cs  al ong  with  m at he m at ic a l  op e rati ons  m ake  this  te c hn i qu e   eff ic ie nt e noug h  to  b e  used  un der inte ns e  sec ur it y re qu i rin g areas,  su c h  as   m ilit ary, r esear ch,   ba nks,  et c.   The  propose d  MAC  can  be  app li ed  i n  va ri ou s  c rypt ogra phic   scena ri os   f or   e nhance d  s ecur it y  an d   pr e ve ntion  aga inst  at ta cks  on  data  inte gr it y.   Furthe rm or e,  key  ge ne rati on  can  be  done   usi ng   ot her   bio l og ic a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   12 , N o.   3 ,  Dece m ber  2 01 8   :   1297   –   1304   1304   char act e risti cs  in  the  fo rm   of   im age,  vo ic e,  gestu res,   f aci al   exp ressi on s  et c.  w hic h  w ou l d  i m pr ov e  th e   un i qu e ness  and   ori gin al it y o f  t he key  pr oduce d,  t hus leadi ng  to enha nced se cur it y.       REFERE NCE S   [1]   Zhong   H,  Shao   L.   A  Li ghtwei g ht  and  Secur e  Data   Authentic at i on  Scheme  with  Privacy   Preserv at ion  for  W ire les s  Sensor Net works ,   Inte rn ational  Confer ence  on   Networki ng  and   Netw ork  Applicati ons (NaNA).   2016;  210   –   217.   [2]   Abdulla h  N,   Sa le h,   Moham m ad  A,  Ahm ad  A.   Secur ity   of  a  New  Cr y ptogr a phic   Hash  Func ti on  –   Ti t ani um ,   Indone sian  Jour nal   of   E le c tri c al  Engi ne eri ng  and   Com pute r  Sci en ce ,   Kuw ai t ,   201 8;  10(3):   1244~1 250.   [3]   Sofia  NR,  Hm a d   R,   Abdoll ah   MF ,   Dutkie wic z   E.   A  b iometric - base d  sec ur ity   for  data  au the nt i ca t ion  in  W ir el e ss  bod y   Area   Netw ork  (W BA N),  1 5th  Inte rna t ional   Confer enc e  on  Advanc ed  Com m unic at ions  Tec hnolog y   (ICAC T),   2014;  998  –   100 1.   [4]   Um a  M,  Anand  S.  Survey   o f  Source   Anon y m ous  Mess age  Authent icati on   Scheme  using   Anal y t ical  an d  Com puta ti onal  Approac h,   I nte rna ti ona l  Journal  of  El e ctronics,   E lectr i c al   and  Com p uta ti on al   S y ste m ,   La kshm anga rh,  2015;  7(2).   [5]   Koong   GS ,   Yang   T,   Tseng   C.   A   Us er  Authentic at ion  Sch eme  U sing  Ph y siolog ical  and  Beh avi or al   Biom e tri cs  fo r   Multi touc h   Devi ce s, The   Sci ent if ic   W orld   Journal   Resea r ch  Art ic l e,   Tung  Univ ersi t y ,   Hs inc hu ,   Tai wan,   2014 .   [6]   Dill i  R ,   Ch andr a   S .   Im ple m entation  of   HMAC - SH A  256  al gori th m   for  h y br id  rou ti ng  pro toc ols  in   MA NETs,   IE E E  Inte rna ti ona l  Co nfe ren c e  on  Ele ct roni c  Design,   Com pute r  Networks  &  Autom at ed  Veri fi ca t ion  (EDCAV ),   2015;   154   –   159 .   [7]   Verm a  S,  Praja pat i  GS .   Robustness  and  Secur ity  Enha nce m en t  of  SH A  with  Mo difi ed  Mess age   Digest  and  La rg e r   Bit   Diff ere n ce .   I EE E   S y m posiu m   on  Colossal  D at a   Anal y sis  and   Networki ng   (C DA N),  2016;  1 - 5.   [8]   Sodhi  GK ,   Gaba   GS .   “An  eff ic ient  hash  al gorit h m   to  pre serve   dat a  integrity , ”  Journal  of  Engi ne er ing  Scie nc e  and   Te chno log y   ( ESTE C),   2018;   13( 3);  778 - 789.   [9]   Sodhi  GK ,   Gaba   GS .   “ DN A  and  Blum   Blum   S hub  Random  Num ber   Gene rat o r  Based  Secur ity   Ke y   G ene r a tion  Algorit hm ”,   Internat ion al   Journ al of  Secu rity   and   it s Appli ca t ions  (IJS IA),  2017;  1 1(4):  1 - 10.   [10]   Stal li ngs  W .   Cr y ptogr aph y   and   Network  Secur ity :  Prin ci p le s  &  Prac tices, ”  New  York,  NY :  Pea rson  Educ ation .   2014;  752.   [11]   Ea stl ake   D ,   Han sen  T, RFC,  N etw ork  W or king G roup,   SH A - 160.   2016 .   [12]   Rukhin  A,  Soto  J,  Nec hva ta l   J,  S m id  M,  Barke r  E,   L ei gh  S ,   L ev enso  M,  Vange   ML,   Banks  D,  Hec ker t   A,  Dra y  J,   Bassham III  LE .   A  Stat isti c al   T est  Suite   for  Ra ndom   and  Ps eu dora ndom   Number   Gene ra tors  for  Cr y ptogr aph ic  Applic a ti ons.  20 10 .   [13]   Hans  P,  Christi a n  L,   Ulr ic h  L,  UMAC   — A  Univer sal  MA C  ar chitecture   for   heter ogene ous  hom e  net works ,   IE EE  Inte rna ti ona l  Co nfe ren c e  on   Ultr a  Modern   Tele c om m unic at ions  &  W orkshops ,   2 009;  1 - 6.   [14]   Mavrom at i  C,   Ke y - r ec ove r y   a t ta cks  aga inst   th e  MA C  al gori th m   Chaske y ,   Spr nger ,   In te rn at ion al   Conf ere nc e  o n   el e ct ed   Area s   in Cr y ptogr aph y ,   2 015;  205 - 216.   [15]   Adeshina  A,  H ashim  R,   Com puta ti on al   Appro ac h  for  Se cur in g  Radi olog y - Di agnosti c  Da ta   Connec t ed  Hea l th   Network  using  High - Perform anc e  GP U - Acc elera t ed  AES,  I nte rdisc ipl in ar y  Scie nc es:  Co m puta ti onal  Li f e ,   Springer,   2017 ; 140 – 152.   [16]   Khali lian  R ,   Re z ai   A,   Abedini  E ,   Khali l ia n   R.   An   eff i ci en t  m et ho d  to  improve  W BAN   sec urity .   Advanc ed   Scie n ce  and  T ec hnolo g y   Le tters.   2014;  43 – 46.   [17]   Mar am  B,   Gnan ase kar   JM ,   A  B loc k  Ciph er  Alg orit hm   to  Enhance   th e  Aval anche  Eff e ct   Us ing   D y namic  Ke y -   Depe ndent S - Box  and  G ene t ic Opera t ions.  In te rn at ion al   Journa l  o f  Pure  and  Appli ed  Math ematics.   2018;  399 - 418 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.