Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   10 ,   N o.   3 ,  June   2020 ,  pp. 3 295~ 3306   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v10 i 3 . pp3295 - 33 06          3295       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   Effici ent   two - sta ge cr ypt ograph y schem e for s ec u re dist ributed  data st orage in cl oud com pu ting       Rabab F.  Abd el - Kader 1 , Sa mar  H.  El - S he ri f 2 , Rawy a Y.  R iz k 3   1,3 Depa rtment   of   Elec tr ical Engi n ee ring ,   Port - Sa id   Univer sit y ,   Eg ypt   2 Facul t y   of  Man age m ent   Techno lo g y   and   Inform at ion   S y st ems ,   Port - Sa id  Univ ersity ,   Eg y pt       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Oct   23 , 201 9   Re vised  Dec   18 ,   2019   Accepte d  Ja n   8 , 2020     Cloud  computing  envi ronm ent   req uire s  sec ure   a cc ess  for  dat a  from   the   cl oud   serve r,   sm al l   ex e cution  ti m e ,   an d  low  ti m e  complexi t y .   Exi sting   tra di ti on a l   cr y p togra ph y   algorithms   are   no t  suita bl e  for  c l oud  storage .   In   thi s  pape r ,     an  eff i ci en t  two - stage   cr y ptog rap h y   sche m e  is  pr oposed  to  ac c ess  and  store  dat a  int o  cl oud  safe l y .   It  comprises  both  user   au the ntica ti on  and   enc r y p ti o n   proc esses.  First ,   a  two - factor  aut hen ti c at ion   sche m e  one - ti m e   passw ord    is  proposed.   It   over comes  the  wea knesses  in  t he  exi st ing  au t hent i ca t ion  sche m es.   The   pr oposed  aut hen ti c at ion  m et hod  do es  not  req uir e  sp ec if ic   ex tr a   har dw are   or  a ddit ional  proc e ss ing  ti m e  to  ide ntit y   the   us er.   Second ,     the   pl ai nt ext   is  divi ded  int o  two   par ts  which  are  enc r y pt ed  sepa r at e l y   using     a  unique  ke y   fo r  each.   Thi s  div ision  inc r ea ses  t he  sec ur ity   of  t he  propose d   sche m e  and  in  addi ti on  decre ase s  the   enc r ypti on  ti m e.   Th e  ke y s  ar e   gene ra te d  using   logi sti c  ch aos  m odel   the or y .   Chaos  equatio n  gene ra te s   diffe ren t  val u es  of  ke y s  which   are   ver y   sensit ive   to  initial  co ndit ion  and   cont rol  p ara m eter  val u es  en te r ed  b y   th e  use r.   Th is  sche m e   ac hi eve s     high - sec uri t y   l ev el   b y   int roduc in g  diffe r ent   se cur ity   proc esses  wit h  diffe r ent   stage s.  The   sim u la ti on   result s  d e m onstrat e  th at   th e  proposed  sch e m e  red uce s  the   size   of  th e  ci pher te xt  and  both  enc r y pt ion   and  dec r y pti on   ti m es  tha n   competi ng  sch e m es  without   add ing  an y   comp le x ity .   Ke yw or d s :   Au t hen ti cat io n   Chaos m od el     Cl oud  c om pu ti ng sec ur it y  Crypto gr a phy   Decr y ption /E nc ryptio n   Copyright   ©   202 0   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 :   Ra bab F. A bde l - Ka der ,     Dep a rtm ent o f El ect rical  En gi neer i ng,   Po rt - Said  Univ ersit y,    Po rt - Said , 425 23, E gypt.   Em a il :   rab abf a kad e r@ e ng. psu.e du.eg       1.   INTROD U CTION   Crypto gr a phy  is  ver y  i m po rta nt  to  conve rt  or iginal  te xt  (p l ai ntext)  into  e nc rypt ed  te xt  ( c i ph e rtext)  to   keep  sen sit ive  data  m or e  secu re.  T his  proces s  can  be  done   by  m any  encr ypti on  te ch niqu es,  an d  t he  in ve rse  of  this  process  is   done  to  get  ba ck  the  plainte xt  us in g  the  c orres pondin g  de crypti on  te chn i qu e s.  Crypt ogr aph y   te chn iq ues   use   a  sec ret  key  to  e ncr ypt   an d  dec rypt  se ns i ti ve  data.   Cry ptogra phy  ach ie ves  m any  secur it y  issues li ke  d at a  integ rity , au th entic at ion ,  no n - re pudiati on, a nd con fide ntial it y, so  it  g ai ns   high im po rtanc e   [ 1] .    Stand a r d  c rypt ogra ph y  al gori thm s  are  cl assifi ed  i nto  t hr e e  m ai n  cat egorie s  [ 2 ]   as  sho wn  in  Fi g ure   1.   Firstl y,  sy m m e tric   al go rithm s  wh ic h  us e  a  sing le   secret  key   fo r  enc ryptio n  and   dec ryptio n.   This  ke y  is  know n  to  the  sen der  a nd  recei ver .   T her e   are  m any  fam ou s  sym metri c  al gorithm s  su c h  a s  D at a  Enc ryptio n  St and a r d  (D E S) ,   3DE S,   A dv a nce d  E nc ryptio n  Sta ndard   ( AES),  Bl owfish ,  RC 6.  Seco nd ly ,  a sym m e tric   al gorithm s   wh ic h  us e  t wo  keys,  the  publ ic   key  for  enc r ypti on   a nd   pr i vate  key  f or   de crypti on.  T he se  al gorithm s  can  be   descr i bed   by  hi gh   c om pu ta ti on al   cost  a nd   slow   sp ee d  in  c om par ison   wit h  sym m et ric  alg ori thm s.  There  are   m any  exam ple s  of  asy m m et ri c  al gorithm s  su ch  as  Ell ipti c  Curve  Cry ptog raphy  (ECC ),   Diff ie   Hell m an ,  RSA ,   and   Ell ipti c  Curve  Digital   S ign at ure  Algor it h m   (ECDSA ).   T hir d,   Has h  al gorithm s,  com pr ess  data  to  be  conve rted fr om ar bitrary siz e t o fixe d  siz e.  S om e exa m ples o f  h as h  al gorithm s ar e MD 5 and S HA.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une  2020  :    32 95   -   3306   3296       Figure  1. The  thr ee  m ai n  cat e gories  of stan da rd crypt ogra phy al gorithm s       Cl oud  c om pu ti ng  I nfrastr uctu re  as   a  Ser vice  (I A AS)  pr ese nts  an  i m po rta nt  serv ic e  to  use rs  thr ou gh   the  internet  w hich  cal le d  cl oud  st or a ge  [ 3 - 6 ].   The re  are  m any  adv a ntages  to  this  ser vice  su c h  as  possibl e   rem ote  data  ac cess  at   any  tim e  and   on - de m and   res ource   dep loym ent.  Data  m us t  be  store d  safely   into  cl oud  stora ge,   s o  c rypto gr a phy  is  ve ry   i m po rta nt.   Encr y ptio n  pr ocess  m us t  be   done  on  file s   befor e  sto rin g  into    the  cl oud.  I n  a dd it io n,   a uth e nt ic at ion   in  cl ou d  is  a  ver y  im po rta nt  ste p  wh i ch  prov e s  that  the  acce ssin g  use r  is   the  real  us e r  [ 7 - 9 ] .  Ma ny  a ut hen ti cat ion  sc hem es  wer e  propose d  to   aut he ntica te   us er s  i n  cl ou d,   but  a  lot  of  them   had   s om e  secur it y  tro uble s.  T he  pr e vious  w ork   in  a uth e ntica ti on   process   su f fer e d  from   so m e    pro blem s  [ 10 ,   11 ] .  T hese  pro blem s  can  be  su m m arized  in  us in g  m obil e  ph one  a pp l ic at ion s,  us in g  extra  hard war e,  r ece iving  m essage throug h  the  int ern et ,  and e xtr a tim e to iden ti ty  the u se r.     In   this  pa per,   a  two - sta ge  crypto gr a phy  schem e  fo r  secur e  dist rib uted  data  stora ge   (TCS_DD )     is  propose d  t o  enc rypt  file s  befo re  sen di ng   them   into   the  cl oud.  It   include s  bot h  aut hen ti cat io n  a nd  crypto gr a phy  s ta ges.   Fir st,  a  two -   fact or   a ut hen ti cat ion   s c hem e  is  pr esented  t o  overc om e  the  weakn esses  fou nd   in  e xisti ng   a uth e ntica ti on   sc hem es.  Second,   t he  pla intext  is  div i de d  into  t wo   pa rts  sent  to  different   cl oud  ser ve rs  in ord e r  to  guar antee m o re s ecur it y. I n  each  pa rt, only half  of the ch a racters  are  enc rypted .  Each   par t  is   enc rypt ed  us in g  a   un i qu e   ke y  that  is   ge ner at e d  us in g  lo gisti c  c haos  m od el   the or y .  U sers   can   down l oa d  the  two  pa rts  of   his  file   at   any  tim e.  Each  char act e r  in  ea ch  pa rt  is  de c r ypte d  usi ng  it s  un i qu e  key  w hich  is   gen e rated  fro m  the sam e chaos eq uatio n use d  in  the e nc ryp ti on   process .   The  orga nizat ion   of  this  pa per   is  as   f ollo ws:  a  bri ef  ov erv ie w  of  rela te d  w ork  is  presente d  in    s ect ion   2.  Th e  pro posed   two - sta ge   cry pt ography  sc he m e  is  introduc ed  in   s ect io n  3.  Sect io n  4  show s     the  sim ulati on   res ults  of  t he   pro posed   sc hem e  com par ed  to   the   exi sti ng   sc hem es.  Finall y,  t he   m a in   con cl us io ns  a r e presente d  in   s ect ion   5.       2.   RELATE D  W ORK   Diff e re nt  crypt ogra ph y  sc hem es  wer e p r opose d  to  kee p  da ta   secur e b ut  eac h  with  it s  own  lim it at ion s  and   dr a wb ac ks.  Subarea  in  [ 12 ]   pr ese nted   a  sche m e  wh ic h  us ed  ECC   to  encr ypt  th e  plainte xt  an d  then   com m un ic at ed  with  the  des ti nation  thr ou gh   a  sec ur e d  channel.  Sim ultaneousl y,  MD5  was  us e d  to  get    the  has h  val ue   from   the  sam e  plainte xt.  This  val ue  wa s  encr y pted  usi ng   DUAL  R SA   an d  al so   s ent  to     the  destinat io n.  This   sc hem e  a chieve d  i nteg rity   by  com par in g  t he  new  hash  val ue  with  t he   dec rypted   on e   a nd   al so   ac hieve d  diff ic ulty   for  a tt ackers  to   ext r act   the  te xt  f r om   th e  encr y pte d  on e ,  bu t  it   use d  tw o  a sym m et ri c   encr y ption al gorithm s ( ECC   and DU AL  RS A)   w hich  expl oit extra  tim e fo r  en c ryptio n.   Anothe r  sche m e  that  us ed  a  com bin at ion   of   sy m m et ric   and   asy m m etr ic   crypto gr a phy  al go rit hm s   was  prese nted  in  [ 13 ] .  In   t his  schem e,  AES   was  use d  firstl y  fo r  e nc ryptio n  an d  the n  EC C.  MD5  was  use d  to  get  the  has h  value  f r om   th e  c iph e rtext  a nd   t hen   was  com par ed  with  one  w hic h  was  eval uated  at     the  destinat io n.  The  decr y ption   process  wa s  al so   pe rfor m ed  by  A ES  a nd  ECC .  T his  schem e  req uire d  m or e  tim e fo r  e ncr y ption an d dec r ypti on   beca us e  two cry ptogra ph y al gorithm s  w e re  us ed  se quentia ll y.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Eff ic ie nt two - stag e  cry ptograp hy  sc he me  for   secure  distri bu te d  data  stor ag e…  (Raba b  F.   Ab del - Ka der)   3297   A  hy br i d  of  sy m m e tric   and   a sy m m e tric   al go rithm s  was  pr opos e d  by  Zh u  in  [ 14 ] .  AES   was  us ed  t o  encr y pt  the  plainte xt  an d  ECC   was  us ed  to  encr y pt  the  key  and   d i gital   sign at ure  be longed  to  t he   AE S   al gorithm .  The   key  K AES   be longed   to   the  AES  was   us ed   f or  one  ti m e  on ly   by  the   se nd e r.  At  t he  re cei ver  side,  sig natu re   ver ific at io n  was  do ne  to  ob ta in  t he  ori gin al   in form ation .  T his  sc hem e  su ff e red   fro m     a low - sec ur it y  l evel.   A  tw o - phase  hy br id  c rypt ogr aph y  al go rith m   (TH CA )  f or  wireless  netw orks  was  pr ese nted  in   [ 1 5 ] .   This  schem e  sp li ts  the  plainte xt  into  tw o  pa rts.  The  first  pa rt  was  enc rypt ed  by  the  AES   al gorithm   and   it s  key   was  enc rypted   us in g  the  E CC   al go rithm .  Both  a re  co ns ide red   asy m m et ric  cryptog ra phy  al go rit hm s.    The  sec ond  pa rt  was  e ncr y pted  us in g  the   RSA  al gorit hm .  It  al so   us ed  the  M D5   al gorithm   fo r  in te gr it y.     The reve rse o f t he  pre vious st eps was  done  for dec ryptio n  a nd r et rie ving t he plai ntext.     A  sec ure  cl ust er - based  r outi ng  protoc ol   (S CB RP)   is  al so  prese nted   f or  wi r el ess  sens or     netw orks  [ 1 6 ] .   It  us es   ada ptive  par ti cl e  s w arm   op tim iz at i on  ( PS O)  with   opti m iz ed  fire fly   al gorithm s  durin g  data  transm issio n.  Data  in  e nc ryptio n  f or m   was  se nt  to  the   sink   node.   Th e  me ssage  that  sh ould  be  se nt   was   div ide d  int o  tw o  sub - bl ock s . Th e  fi rst  one  w as  encr y pted  usi ng  A ES  al gor it h m ,  bu t  the o ther  one  is  encry pted   us in g  RC 6  al gorithm .  MD5  al gorithm   was  al so   us e d  to  achieve  data  integ rity .  SCB RP  aim ed  to  r edu ce   energy  consu m pt ion   over  a n  ind i vidual  node  to  im pr ove  the  w ho le   network   li fet i m e.  Ener gy - e ff ic ie nt  cl us te rin g,   sec ur e  routin g,   a nd  sec ur it y  ve rificat ion   wer e  us e d  to  desig n  SCB RP.  H ow ever,  this  al go rithm   us es t wo sym m et ric al go rith m s w hich  are  c on si der e d  a  v e r y weak  point i n   it s  desig n.   Existi ng   tra diti on al   crypt ogr aph y  al gorith m s   are  no t  sui ta ble  fo r  cl ou d  stora ge.   T he re  are  so m e   requirem ents  m us t  be  achie ved   for  the  cl oud  com pu ti ng  en vir on m ent  su ch  as  sec ure  acce ss  fo r  da ta   fr om     the  cl oud  ser ve r,   sm al l  execu ti on  tim e,  and   lo w  ti m e  com plexit y.  Ma ny  recent  e ncr y ption  schem es  wer e   app li ed  to data   befor e  uploa di ng into  clo ud s tora ge,  s om e are d isc us se d ne xt.    Ba ns al   in  [ 1 7 ] ,  pr ese nted  a  sc hem e  to  store  f il es  into  the  cl oud  st or a ge  in  a  secur e  m anner.  T he  use r   acce sses  the   cl oud   stora ge  sa fely   us in g  a  uniqu e  key.   Im age  m a tc hin g  wa s  us e d  f or   a uthe ntica ti on   for  m or e   secur it y.  T hen,   the  us e r  co uld  up l oad   his  file   into  the  cl oud.  To  kee p  data  safe  in  the  cl oud  st or a ge,   t he   us er   div ide s  the  file   into  blo c ks   and   c hose  som e  bits  fr om   ea ch  one;   thes e  bits  wer e  en crypted  us in g  the  ECC   al gorithm .  Af te r  that,  the  file   was  store d  in  the  cl oud  safel y.    In   this  sche m e,  Me ta data  was  ch os e n  fro m   each   blo c k  a nd  e nc rypted   us i ng  ECC ,  an d  t he n  st or e d  at   t he   bac k  of  the   file .  I nteg rity   cou l d  be  ac hie v ed   by  com par ing   Me ta data  with  the  or igi nal  file   a nd   m aking   sur e  that  no   cha nges  ha ve  occ urred.  In   this  sc hem e,    the  w hole   file   was  no t  e nc rypted,  only   s om e  bits  so   it   a chieve d  le ss  over hea d,   CP U  powe r  a nd   exe cutio n  tim e.  This  sch e m e  did   n o t  ac hieve  e noug h  secur it y  f or  th e  w ho le   data  i n  the   file .  It  m igh t  be  us ef ul  on ly   to   check i f data   ha d been  m od ifie d or n ot.    A  hybri d  of  th e  sy m m et ric  a nd   the  asy m metri c  encr ypti on  al gorithm s  f or   cl oud  c om pu ti ng   sec ur it y  was  pro po s ed   in  [1 8 ] .  Af te r  sel ect in g  one  file   to  b e  uploa ded  int o  t he  cl ou d,   t he  sy m m e tric   Blo w fis h  al gorithm   is  app li ed   to   enc r ypt  the  file .  T he  sec ret  key  of  the  Bl owfis h  al go rithm   was  enc rypte d  us in g    the  asym m e tric   RSA  al gorithm .  Af te r  that,   secur e  hash   a lgorit hm - 2  (SHA - 2)  wa s  ap plied  to  the  en crypted   file   to  gen erate   the  m essage  dig it .  Nex t,  the  dig it al   sign at ur e  al go rithm   (D SA )  was  ap plied  to  the  pr e vi ou sly   gen e rated  m es sage  dig it .  S H A - 2  an d  DSA   wer e  us e d  to   achieve  secu r e  transm issi on   and   aut horizat ion .     Using  a  c om bin at ion  of  sym m et ric  and   asy m m e tr ic   al gorithm s  m ade  the  dec ryptio n  process  ver y  dif f ic ult  for   hack e rs  to  at ta ck.   Howe ver ,  it   su ff e rs  f ro m   high  com plex it y  becau se  of   us in g  a  hy br i d  of  sym m et ri c  and  asym m e tric  algo rithm s in  ad di ti on  to  S HA - 2 and D SA f or a uth e ntica ti on .   Chu e h  et   al .   de sign e d   a nd   i m ple m ented  a  secur it y  syst em   fo r  cl oud  st or a ge  [ 1 9 ] .  T he   schem e  us ed   the third   par ty  au dito r  (T PA)  with the A E S en cry ption  alg or it h m  f or  sto rin g  file s into  the  cl oud  safely . Before   up l oad i ng   a  file   into  the  cl ou d,   a  32 - byte   pa sswor d  is  ge ne rated  ra nd om ly  and   s ubj ect e d  to  a  pass w ord - base d  key  de rivati on   functi on  2  (PB KD F 2)  an d  HMAC - SHA 256  t o  pr oduce  the  de rive d  en crypti on  key.  This  ke y   was  us ed   to  e ncr y pt  the  ori gin al   file   us in g  the  AES  en crypti on  al gori thm .  Af te r  the   encr y ption   pr ocess,    the  us er  c ou l d  enter  a  pas swor d  w hich  would  be  co nsi der e d  a  m as te r  key  after  app ly in g  (P B KDF2).     This  m ast er  key  was  us ed  to   encr ypt  the  e ncr y ption   key.   Finall y,  the  encr y pted  file   was  sent  to  th e  cl ou d  stora ge  prov i de r  (CS P),  an d  the  enc rypte d  encr y ption  key   was  se nt  to   th e  TPA.  Using  the  TP A  for  st or i ng    the  enc rypte d  key  of  t he  e nc rypted   file   pr e ven te d  a ny  use r  or   C SP  it sel f   from   decr ypti ng  the  e nc rypt ed  file .   This  sc hem e  a chieve d  bette r  key  m anag em e nt  in  a ddit ion   t o  sa fer   ve rificat ion .  A ny  tim e ,  the  us e r  co ul d  get   t he  enc rypte d  f il e  fr om   the  CSP  an d  t he  e nc ryptio n  key  fro m   the  TPA.  T he n,   he  c ou l d  de crypt  the  e nc ryption  key  by  us in g  hi s  pr e - c hosen  pa sswor d  to  get   the  m ast er  key.  Finall y,  he  cou l d  dec rypt  the  encr ypte d  file   and   get  the  s ource   file   safely .  I n  t his  sc hem e,  the  key  need e d  t o  be  e ncr ypte d  befo re  sto rin g  into  t he  TP A  wh ic h  cause d  m or e over hea d  a nd in creased  co m plexity .   A  c iph e rtext  P olicy   Attribu te - Ba sed  E ncr y pt ion   (CP - ABE )  schem e  was  pro po se d  by  K.   Ha n  an d  oth e rs  in  [ 20 ] .  This  sc hem e  dep en de d  on  ge ner at in g  keys  with  m ulti ple  at tribu te s  us in g  m ulti ple  distrib uted  par ts.   It  al s o  a chieve d  backw ard   secrecy   by   updatin g  at tri bu te s  an d  re - e ncr y pted  ci ph e rtext.  In  this  s chem e,  Diff e re nt  crypt ogra ph y  sche m es  wer e  pro po s ed  to  keep  data  secur e  but  each  with  it s  own  lim it a tio ns   a nd   dr a w back s .  S ub a rea  in  [ 12 ]   pr esented  a   schem e   wh ic h  us e d  ECC   to  encr ypt  th e  plainte xt  an d  then   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une  2020  :    32 95   -   3306   3298   com m un ic at ed  with  the  des ti nation  thr ou gh   a  sec ur e d  channel.  Sim ultaneousl y,  MD5  was  us e d  to  get    the  has h  val ue   from   the  sam e  plainte xt.  This  val ue   wa s  encr y pted  usi ng   DUAL  R SA   an d  al so   s ent  to     the  destinat io n.  This   sc hem e  a chieve d  i nteg rity   by  com par in g  t he  new  hash  val ue  with  t he   dec rypted   on e   a nd   al so   ac hieve d  diff ic ulty   for  a tt ackers  to   ext r act   the  te xt  f r om   the  encr y pte d  on e ,  bu t  it   use d  tw o  a s ym m et ri c   encr y ption al gorithm s ( ECC   and DU AL  RS A)   w hich  expl oit extra  tim e fo r  en c ryptio n.   Secu rity - Aw a r e  Ef fici ent  Distribu te d  St or a ge   (SA - ED S)   sc hem e  was  pr opose d  in  [ 21 ] .  Ther e   w ere   three  al gorith m s  us ed  in  thi s  schem e.  The   first  is  cal le d  the  Alte r nati ve   Data  Dist rib ution   (AD 2)   al gorithm   wh ic h  was  use d  to   kn ow  if   the  plainte xt   nee ds   t o  be  div ide d  a nd  st or e d  i n  distrib uted  cl oud  ser ver s .     The  sec ond  on e  is  cal le d  Secur e  E ff ic ie nt  Data  Distrib ution s  (S E D 2)   al gorithm   wh ic h  too k  t he  plain te xt  as   input  an d  g a ve   two  se par at e   ci ph erte xts  as   ou t pu t.  T he  t hir d  one  is  cal le d  the  Eff ic i ent  Data  Co nfl at ion   (ED C on)  al gorithm   wh ic h  was  us e d  to   enab le   us e rs  t o  ret rieve  t he   te xt  by  m ergi ng   t he  tw o  s epar at e   c iph e rtexts  fro m   distribu te d  cl oud  ser ver s .  It  too k  the  tw o  encr y pted  pa rts  of   the  te xt  and   the  ke y  an d  the n  gav e  the  plaint ext.  In this sc hem e, u sin g  t hr e e algori thm s caus e d  m or e ove rh ea d  a nd m or e com plexity .   Desig n  a nd  im plem entat ion   of  the   sel f - enc r ypti on  m et ho d  on  file   sec ur it y  wer e   pr opose d  i n  [ 22 ].  The  sc hem e  was   a pp li e d  to  the   te xt  befor e  uploa ding   it   into  the   c loud.  It  di vide d  the   plainte xt  an d    the  ci pherte xt  into  1024  bits  chun ks   us in g  t he  XO R  proce ss.  T he  sc hem e  us e d  the   date   an d  sta rtin g  ti m e  of   the  enc ryptio n  process   as  a  s eed  key.  It  al s o  us ed   a  da ta ba se  f or   st or i ng  the  I D  of  the  file   wh ic h  c onta ine d    the  plainte xt  and  the  key.  At  the  dec ryp ti on   ph a se,  t he   key  was  re trie ved  f ro m   the  database   to  get    the  plainte xt.  Stor i ng   the  ke y  into  the  database  was  co ns i der e d  a  dr a w ba ck  in  this  sch e m e  becau se  it   cou ld    b e att acke d.       3.   THE  PROPO SED T CS_DD  IN   CLO U D CO MP UTING   In   this  pa per,  a  two - sta ge  cr yptogra ph y  sc hem e  is  pr opose d  to  acce ss  and   sto re  data   into  cl ou d  stora ge  sa fely .  In   t he  fi rst  sta ge,   t he  sc he m e  arch ives  use r  aut he ntica ti on   us in g  th e  pro po se d  T w o - Fact or  Au t hen ti cat io n  Schem e  (TFA S)   t o  prov e   tha t  the  acce ssi ng  us e r  is  t he  rea l  us er .  T he  firs t  factor  dep e nd s  on    a  tradit ion al   use r  nam e  and   pa sswor d.   T he  se cond  fact or  d e pends  on   the one - ti m e  passw ord  ( OTP)  te ch nique.  The  us er   acce s ses  his  cl oud  a ccount  f or  d ow nlo a d  or   uploa ds   his  file   us i ng  O TP  wh ic h  i s  su ccess f ul  f or  only  on e  lo gin .     In   the  sec ond  s ta ge,   the  file   to  be  store d  is  sp li t  into  two  pa r ts  and   enc rypt ed  at   the  us er  side  befor e   sen ding  it   int o  the  cl oud.  T he   tw o  e ncr y pted  par ts   are   sto r ed  i nto   t wo  d if fer e nt  se rv e rs.  Fil es  can   be   di vid e d  into  m or e  par t s  an d  st or e d  in to  m or e  tha n  t wo  ser vers,  bu t  lim it ing   the  di vision  to  t wo   reduces  t he  overh ea d  and im pr ov es  the e ff ic ie ncy.   Ther e f or e,  the   us er  m us t creat e two cl oud ac counts.     A  uniq ue  key  is  us ed  to  en c r ypt  each  odd  c har act er  of   da ta ,  so   we  nee d  a  nu m ber   of   st ream   key s   equ al   to  hal f  the  siz e  of   the  plainte xt.  T o  ge ner at e  the  re qu i red   keys,  log ist ic   cha os   m od el   theor y  is  us ed   wh ic h  de pe nd s   on   tw o  im po r ta nt  par am et ers  (initi al   conditi on   x0  a nd   c ontr ol  par am et e r  µ).  T he  us er  enter s   diff e re nt  par a m et ers  to  encry pt  each  pa rt,  so   it   is  ver y  di ff ic ult  f or   a n  at ta cker   to  pr e dict  these  val ue s  and  decr y pt  the  plainte xt.  T he  c har act erist ic s  of   t he  ge ne rated  ra ndom   sequ e nces  a dher e  to  al l  perf orm ance   char act e risti cs   of   c ha os   m od e ls  as  desc ribe d  in  [ 23 ,  24 ] .  T hese  c har act e risti cs  can  be   sum m arized  as,  e nd i ng  the  pro blem   of   rep et it ion,  go od  ra ndom ness  and   c om plexity ,  extrem e  sensiti vity   to  init ial  conditi on s ,  a nd   l ow   cost  with sim pl e it erati on .   To  retrieve   hi s  file ,  t h e  us e r  fi rst  do wn l oa ds   t he  tw o  pa rts  of  t he  file   an d  decr y pts  each   pa rt   separ at el y,  a nd  then   m erg es  the  tw o  decr y pted  par ts  form i ng  the  or i gin al   file .  T his  sch e m e  keep s  data  m or e  secur e  beca us e   each  s pecific  us er  is  ca pa ble  of   decr y pting  his  file   as  he  has   the  s ole  a ccess  to  the  c on t rol   par am et ers  us e d  in   ge ne rati ng  the   keys .  It  al so   ac hieves  l ess  com plexity   an d  reduces  t he  e xecu ti on   ti m e  of  encr y ption an d dec ryptio n pro cesses.     3.1.    Sta ge 1:   Au t hen tica tio n u sin g  TF AS   In   t his  sta ge ,   a  two - fa ct or  authe ntica ti on   te ch nique  i s  presente d.   This  sc hem e  us es  OTP  a s     the  seco nd   fac tor  of  authe ntica ti on   in  ad diti on   to  the  tra diti on al   us er  na m e  and   pass w ord  as  the  first   factor.   The  process   c on sist s  of  f our   phases;   reg ist rati on  phase,   log i n  ph a se,  e nc ryptio n  ph ase ,  an d   a uth e nti cat ion  ph a se.   Durin g  the  init ia l  us er - re gistrati on  phase,  t he  us e r  sel ect s  his  us e r   nam e  and   pas swor d.   S ubseq uen tl y,   the  use r  sel ect s  a  patte r n  c onta ins  f our   cel ls  in  any  orde r  from   a  3×3   gri d.  The   gri d  c onta ins  9  cel ls  num be r e d  from   C1  to  C 9.  Eac h  of  thes e  cel ls  co ntain s  a  nu m ber   ra ng i ng  f r om   0  to  99.  T hese   num ber s  are   ra ndom ly   gen e rated .  For   the  cho se n  pa tt ern ,  the  us e r  enters  the  num ber   w hich  re pr esents  each  cel l  and   app e ars  on   it .  Both  the   num ber s  in  t he  patte rn   a nd  the  le ngth  of  it   is  cha ng e d  e ver y  l ogin  f or   t he  sam e  us e r.   F or  exa m ple,    he  can  ente r  the  num ber s  w hich  are  a pp ea red   on  C1 ,  C2 ,  C3,  C6  or  C1,  C2,  C 5,   C4   or   C3,  C6 ,  C9,  C8.     The  on ly   restri ct ion   for  the   use r  is  that  he  m us t  recall   the   orde r  of   t he  c hosen  cel ls  to   us e   it   at   the  lo gin   p ha se .   Upo n  the c omplet ion   of  a  ne w - us er  re gistra ti on , th e  us e r  nam e, p assw ord  an d  t he  patte r n  w hich  a re c hose n  by   the user a re s t ored  in  t he data base.  T his  phas e is il lustrate d  i n  Fi gure   2.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Eff ic ie nt two - stag e  cry ptograp hy  sc he me  for   secure  distri bu te d  data  stor ag e…  (Raba b  F.   Ab del - Ka der)   3299   At  the  lo gin   phase,  a  l og i n  pag e  ap pears  to  the  us e r,   in  wh ic h  he   m us t   enter  his  use r   nam e  an d  pass word  w hic h  he   ha d  c hos en  at   the  reg is trat ion   ph a se.  The n  a  gri d  of   3×3  cel ls  will   appear  t o  the   us er .    The  num ber s  s how n  on  the   gri d  cel ls  a re  ra ndom ly   gen era te d.   E ve ry  cel l  co ntains  a   num ber   rangin g  from     0  to  99.  So   th e  n um ber s  can   be  f or m ed  from   on e  dig it   or   tw o  dig it s.  Ther e f or e,  t he   le ng th  of   the  patte r n  form ed  fr om   t he  fou r  cel ls  c ho s en  at   the  r egistrat ion   ph a se  m ay be  4,   5,  6,   7,   or  8  digi ts.  Each  at tem pt   by    the  us er   to   lo g  in,  t he  gr i d  dis play s  a  rand om   nu m ber   in  e ac h  cel l.  The   use r  m us t  rem e m ber   the  patte r n  wh ic h  he  ha d  ch os e n  at   the  reg ist rati on   ph a se  an d  enters  the  num ber s  li ste d  on   th e  cel ls  cor res pondin g  to  the  c ho s e n  patte rn. T hese  nu m ber s a re t he n  e ncr y pted u sing a s pecial  e ncr y ption ap plica ti on .           Figure  2.   The   pro po se d TF A S schem e       Nex t,  durin g  the  encr y ption  ph ase,  a  de sk to p  ap plica ti on   is  us e d  to  enc rypt  the   password .     Wh e n  the  us e r   runs  this  a ppli cat ion ,  a  wi nd ow   form   is  disp la ye d.   T he  f orm   asks  the  use r  to  e nter  his  us er   nam e  and   pas swor d,   a nd   t he n  the   c on te nt s  of   t he  4 - cel l  wh ic h  ha d  be en  got  at   the   log in  phase.  If   al l  inf or m at ion   is  entere d  c orrectl y  in  the  f or m ,  the  us er  ca n  c li ck  on  a  bu tt on  to  r un  the  c ode  of   t he  e ncr y ptio n  process .  The  outp ut  of   t he  en crypti on  co de  m ay be  4,   5,   6,   7,   or   8  dig it s.  T his  outp ut  is  us e d  as  OT P  w hich  is     the sec ond fact or of a uth e ntica ti on  in  this s c hem e.   Finall y,  the  a uth e ntica ti on   ph a se,  the   use r  m us t  enter  his  use r nam e,   pass w ord,   a nd  OTP   i nto    the  log i n  pag e .   This  O TP  m a y  be  4,   5,  6,  7,   or   8  dig it s.  Its   le ng th   m ay   be   change d  e very   log in  for  the   sam e   us er .  All  of  thi s  inf or m at ion   is  sent  to  the  se rv e r.   On   the  se rv e r - si de,   the  s erv e r  has  t he  s a m e  encr ypti on  co de  wh ic h  exists  at   the  us er  side .  It  is  us ed  to  en crypt  the  co ntents  of   the  cel ls   wh ic h  represe nt  the  us er  patte r n.     A  com par iso n  is  per f or m ed  betwee n  the  r ecei ved   O TP  and   the  e valua te d  on e .  If   th e   com par ison   proces s    is  su cces sf ul,  the  us er   can   acce ss  the   sy stem .  Othe rw i se,  a n  e rror  m essage  is  di sp la ye d  t o  t he   us e r.     The  a uth e ntica ti o n process  is  il lustrate d  in  Fi gu re   2.   The  pr opos e d  TFA S  sc hem e  can  resist   pract ic al   at ta cks.   It  ov e rc om es  the  weaknesse s  in  the  existi ng   schem es.  It  is  easy   for  us e r s,  does  not  ha ve  str ong  co nst rains,   does  not  de pe nd  on  receivin g  a  m essage   thr ough the  int ern et ,  and  does  not re quire s pe ci fic extra  h a r dw a re  or ext ra  tim e to iden ti f y t he  use r.     3.2.      St age  2:  Cryp togr ap h y   In   t his  sta ge,   the  plainte xt  is  div i ded   i nto  two  par ts  se nt  to  di ff e ren t   cl oud  ser ve rs .  Each  par t     is  encr ypte d  usi ng   a  uniq ue  ke y  that  is  gen e rated  us in g  lo gi sti c  chao s  m od el   the or y.  In   t he  de crypti on,   each   char act e r  is  de crypted   us i ng  it s  uniq ue  ke y  wh ic h  is  ge ner at e d  f r om   the  sam e  chao s  e quat ion  use d  i n    the en c ryptio n process .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une  2020  :    32 95   -   3306   3300   3.2.1.   The encr yp ti on pr ocess   The  ste ps   of  t he  en crypti on  process  a re  il lustrate d  in  Fi g ure   3.   I n  th e  e ncr y ption   proc ess,  fir stl y,    the  le ngth  of  the  plainte xt  (n)  is  determ ined.   The   plai ntext   is  div i ded  into   two  pa rts;  Par t  A  ( 0:  ( n/ 2)   - 1)  a nd   Part B ( n/2 : n ). On ly  od d - nu m ber e d  c har act er s in  each  par t  will  b e enc rypt ed  by a  un i qu e  key g e ner at e d usin g  th e  cha os   m odel   theor y  w hile   the  eve n - nu m ber e d  c har act e rs  rem ai n  with ou t  e ncr y ption  in  orde r  to  m i nim ize   the  enc ryptio n  and  dec ryptio n  tim e.  The  e ncry ption  k ey s  a re   ge ner at e d  us in g  the   f or m ula o f   the  l og ist ic  ch ao s   m od el  [ 2 5 ]:       k n + 1   =   μ   k n   ( 1 −   k n )   ( 1)     The  us e r  c hoose s  a  ra ndom   nu m ber   f or  μ   and  k 0   su c h  t hat    μ ∈ [ 0 , 4 ]   , a nd   k ∈ ( 0 , 1 )   res pecti vely .   The n  f or  each  n,  t he  c orrespo nd i ng k n+ 1  is cal culat ed by ( 1).           Figure  3. The  e ncr y ption p ro c ess of TC S_D D       Fo r   Pa rt  A ,  the   us e r  e nters  t he   init ia l  cond it ion   of  the   cha os  f or m ula  k 0A     an d  the  c on t ro l  pa ram et er  μ A   .   Stream   keys  are  ge ne rated  usi ng   l og ist ic   c haos  f or m ula.  So m e  sy m bo ls  m us t  be  e ncr y pted  i n  this  pa rt ;   each  on e  is e nc rypted  w it h i ts un i qu e  k ey   us i ng XOR.     C A   = ASCII ( s i ) XOR   ASCII ( k A   [ l ] )   (2)     W he re  C A   re presents  each  e nc rypted  c har ac te r  of   Part  A ,  s i   (for   i= 0  t o  i= (n / 2) - 1)  re pr e s ents  a  cha racter  in     Part  A ,  k A   [ l ]   is  the  ar ray  of  ke ys  us ed   to  e nc rypt  Pa rt  A.   T he  en crypte d  c har act er s  of  Pa rt  A  a re  ap pe nded  t o  the  Ci ph e rtext   of   P a rt  A  (E A )   us in g  the  f un ct ion :  E A .appe nd te xt(C A )  in  t he  enc ryptio n  al gorithm   sh ow n  in  Figure   4   w hile  the  une ncr ypt ed  cha racters  are  ap pe nd e d  us in g  the  f un c ti on :  E A .appe ndte xt( s i )  as  s ho wn   i n    the alg or it hm .   Fo r   Pa rt  B,   the   us e r  enter s  th e  init ia l  co nd it ion  of  c ha os   f orm ula  k 0B     an d  t he   co ntr ol  par am et er  μ B .  The  sam e p re vi ou s  steps  are d on e  to  e nc rypt  so m e sy m bo ls of Part B .     C B   = ASCII   ( s j ) XOR   ASC II ( k B [ l ] )   (3)     W he re  C B   repr esents  eac h  e nc rypted   cha rac te r  of  Pa rt  B,  s j   (  for  j =n/ 2  to   j = n)  represe nts   each  c harac te r  in    Part  B,   k B [ l ]   is  the  a rr ay   of  keys  us e d  to  e nc rypt  Pa rt  B,   an d  E B   is  the   Ci phe rtext  of  Pa rt  B  wh ic h  is   ap pe nded   us in g  t he  f un ct ion :  E B .a pp e nd te xt  (C B )   in  the   al gorith m .  The  oth e r   sym bo ls  of  Part  B  a re  a ppen de d    us in g  t he  fu nc ti on :  E B .a ppe nd te xt  ( s j )  as   i ll us trat ed  i n  t he  al gorithm   wh ic h  is  sho wn  in   Fig ure   4.     Wh e n  the  e nc r ypti on  proce ss  is  com plete ,  th e  us e r  ca n  sen d  E A   to  a   cl ou d  se rv e r,  w hile  E B   is  se nt  to   a no t her  cl oud  se rv e r  t o ens ur e  d at a  se cur it y. Fi g ure   4  s hows  the   pse udo - co de of  the e ncr y ption  process .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Eff ic ie nt two - stag e  cry ptograp hy  sc he me  for   secure  distri bu te d  data  stor ag e…  (Raba b  F.   Ab del - Ka der)   3301   Pseu d o - co d e of  en cry p tio n  pro cess   Inp u t      : F   ( p lain te x t)   Ou tp u t :  E A   ( cip h ertext o f  Par t A ),    E B (ciph ertext o f  Par t B)   1.     n  =  .  ℎ   //Get leng th  of  plain tex t   2.     Let  i  =0 ; L et  j  =n /2 ; L et    =0 ;   //in itial va lu es   3.     Declar e  K A [  ]  and   K B [  ]   //Arr a y s  K A   an d  K B   sav e   k ey s   us ed  to en cry p t Pa rt  A a n d  B  resp ectiv ely   4.     Inp u t k A [ 0 ]    //Inp u t initial co n d itio n  of  chao s  f o r m u la ( rand o m  valu e  f ro m  0 to  1)  f o r  Part  A ,  k 0A   5.     Inp u t  µ A   //Inp u t   co n trol p ara m ete r  (  r an d o m  v alu e f ro m  1 to  4) f o r  Part  A   6.     Inp u t k B [ 0 ]   //Inp u t initial co n d itio n  of  chao s  f o r m u la ( rand o m  valu e  f ro m  0 to  1)  f o r  Part  B, k 0B   7.     Inp u t  µ B   //Inp u t   co n trol p ara m ete r  (  r an d o m  v alu e f ro m  1 to  4) f o r  Part  B   8.     Do       {     9.     P A   =  ∑ = 2 − 1 = 0   //Part  A ,    represen t  sy m b o l of  Par t  A   10.                   C A   = ASC II ( )  XOR  ASCI I  (k A [ ])   //Encry p t  each s y m b o l  with  its un iq u e key   11.     E A .app en d tex t ( C A )   //Ap p en d  eac h  encry p ted  char  to E A   12.                                      i++   //in cre m en t   i   13.     E A .app en d tex t ( )   //ap p en d  char    to  E A   14.     K A [ +1 ]  = µ A   k A [ ](1 -   k A [ ])   //Gen erate  a  k e y  u sin g  chao s f o r m u la   15.                                    i ++   //in cre m en t  i   16.     P B   =  ∑ = = / 2   //Part  B,     represen t  the sy m b o l  of  Par t  B   17.                   C B   =  ASCI I  ( )  XOR  ASCI I  (k B [ ])   //Encry p t  each s y m b o l  with  its un iq u e key   18.     E B .app en d tex t ( C B )   //ap p en d  eac h  encry p ted  char to  E B   19.     j++   //in cre m en t  j   20.     E B .app en d tex t ( )   //ap p en d  char    to  E B   21.     K B [ +1 ]  = µ B   k B [ ](1 -   k B [ ])   //Gen era te  a  k e y  u sin g  chao s f o r m u la   22.     j++   //in cre m en t  j   23.     ++}   //in cre m en t    24.     W h ile(i<  n/2  &&  j  <  n )   //Rep eat this  loo p  un til i=n/2  and    j= n     Figure  4. The   ps e udo - c ode  of the e ncr y ption p ro ces s       3.2.2.   The  de cr yp ti on pr ocess   Figure  5  il lustr at es  the  ste ps   of   the  d ecry ption   process .  Th e  us er  ca n  do w nlo a d  his  data  at   any  tim e.  Each  data  part   is  retrieved   from   the  cor res pondin g  cl oud  se rv e r  sa ved   on  an d  de crypted  se pa r at el y.     As  ex plaine d  befor e  in  t he  encr y ption   pro cess,  the  odd  char act e rs  of  the  Ci ph e rtext  of   Pa rt  A   (E A )  are   decr y pted  us i ng   t he  fo ll ow ing   e quat ion   after  e nterin g  the  init ia l  co nd it io n  of   c ha os   f orm ula  k 0A     and    the contr ol  para m et er  μ A   w hich were  u se d  at  t he  en c ryptio n process  f or  t his  pa rt.     D A   = ASCII   ( s i ) XOR   A SCII ( k A   [ l ] )   (4)     W he re  D A   re pr ese nts  eac h  decr y pted  c ha racter  of  part   A,   s i   rep rese nts  each  c harac te r  in  E A ,  K A   [ l ]    is  the  a rr ay   of  TCS_ DD  keys   us e d  t o  decr y pt   E A .  Each   de crypted   cha rac te r  is  a pp e nde d  to   the   plaint ext  ( F)  us in g  the  func ti on :  F.a ppen dt ext  (D A )  in  th e  al gorithm .  The  ot her   sym bo ls  of  this  par t   are  ap pe nd e d  us in g    the fu nction:  F. app e ndte xt  ( s i ) a s sho wn in t he a lgorit hm  in  Figure   6.   Fo r   the   sec o nd   pa rt  of  t he  da ta ,  the  e xact  s a m e  ste ps   ar e  rep eat e d.   First,   the  us e r  e nter s  the  i niti al   conditi on  of  c haos  f or m ula  k 0B     and  the  c on t ro l   par am et er  μ B   w hi ch  we re  us ed   at   the  enc ryption  proce ss  f or   this pa rt.  Nex t,  the TCS _DD  s tream  k ey s ar e  gen e rated  u si ng lo gisti c cha os f or m ula.     D B   = ASCII   ( s j ) XOR   A SCII ( k B [ l ] )   (5)     W he re  DB  re pr ese nts  eac h  decr y pted  c ha racter  of  Pa rt  B,  s_j  re pr e s ents  eac h  c ha r act er  in  EB,  KB   [l]    is  the  arr ay   of   keys  us e d  to  de crypt  EB.  Th e  functi on :  F. a pp e ndte xt  ( DB )  in  the  al gorit hm   is  us ed  to  app e nd    the  decr ypte d  char act e rs  to   Plai ntext  ( F),  wh il e  t he  func ti on :  F .appe ndte xt  (s _j)   is  use d  t o  a ppen d  ot her  sy m bo ls o f  t hi s p a rt as s how n i n  the al gorith m  p resen te d  i n Fi g ure   6.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une  2020  :    32 95   -   3306   3302       Figure  5. The   decr y ption p rocess o f  TC S_D D       Pseudo - co de of  de cryp tion pro cess   in p u t: E A   (ciph erte x t of  Par t A) ,  E B   (c ip h ertext o f  Par t B )   o u tp u t: F ( p lain tex t)   1.     n A   =  E .  ℎ   // Get  th e  len g th  of the f irst decr y p ted  part   2.     Declar e  k A   [  ]  :  ar r ay  of    d o u b le   //Arr a y  of  K A   sav e  k ey s wh ich  ar e us e d  to d ecry p t the  ci p h ertext o f  Par t A   3.     Inp u t k A [ 0 ]   //Inp u t initial co n d itio n  of  chao s  f o r m u la k 0A   (us ed  at  the  encry p ti o n  pro ces s o f  the f irst  p art)     4.     Inp u t  µ A   //Inp u t con trol p ara m ete r  (us ed  at  the  encry p tio n  pro ces s o f  the f irst part)   5.     Let  i  =0   //Initialize i  with z ero   6.     n B = E .  ℎ   // g et the len g th  of  the seco n d  decry p te d  part   7.     Declar e  k B [  ]  :  ar ra y  of    d o u b le   // Ar ray o f  K B   sav e   k ey s  wh ich  ar e  us ed  to d ecry p t the  ci p h ertext o f  Par t B   8.     Inp u t k B [ 0 ]   //Inp u t initial co n d itio n  of  chao s  f o r m u la k 0B   (us ed  at  th e encry p tio n  pro ces s o f  Par t A)     9.     Inp u t  µ B   //Inp u t   co n trol p ara m ete r  (us ed  at  the  encry p tio n  pro ces s   o f  Par t B)   10.     Let  j  = 0;   //Initialize j  with z ero   11.     Let    = 0;   //Initialize    with  zero  ( in d ex  of  ar ray)   12.     Do {     13.     = ∑ = = 0       // ciph ertext o f  Par t A   14.     D A   =  ASCII  ( )  X O R  ASCII  (k A [ ])   //d ecry p t e ach s y m b o l with d if f erent  k ey   15.     F.app en d tex t ( D A )   //ap p en d    each d ecry p ted  char  to  F   16.     i++   // I n cre m en t i   17.     F.app en d tex t ( )   //ap p en d  char    to  F   18.     K A [ +1 ]  = µ A   k A [ ](1 -   k A [ ])   //Gen erate  a  k e y  u sin g  chao s f o r m u la   19.     i++   //Incre m en t i   20.     = ∑ = = 0      //cip h ertext o f  Par t  B   21.     D B   = ASCI I  ( )  XO R  AS CII  (k B [ ])   //d ecry p t e ach s y m b o l with d if f erent  k ey   22.     F.app en d tex t ( D B )   //ap p en d    each d ecry p ted  char  to F   23.     j++   // incre m en t j   24.     F.app en d tex t ( )   //ap p en d  char    to  F   25.                k B [ +1 ]  = µ B   k B [ ](1 -   k B [ ])    //Gen erate  a  k e y  u sin g  chao s f o r m u la   26.     j++   // incre m en t j   27.     ++}   //in cre m en t    28.     W h ile(i<n A & &  j  < n B )   //Rep eat this  loo p  un til i=n A   an d  j  = n B     Figure  6. The   ps e udo - c ode  of the  decr y ption p ro ces s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Eff ic ie nt two - stag e  cry ptograp hy  sc he me  for   secure  distri bu te d  data  stor ag e…  (Raba b  F.   Ab del - Ka der)   3303   3.2.3.   Il l ust ra tion o f  t he   pr oposed  TCS_D D  algo ri th m   To  f urt he r  ex pl ai n  the  pr opose d  TCS _DD  al go rithm ,  a  detai le d  exam ple  ru n  on  a  sm al l  plainte xt  of   siz e 44 c har act ers.   The  p la int ext is ass um ed  to b e:   Plaintex t :   https ://w ww .sciencedirect .com/sc ie nce/arti cl   Af te r  ru nn i ng the  pro po se d  e nc ryp ti on alg ori thm , th e resu lt i ng cip her te xt is:   Ci ph ert ext : “It tpr:. /v wv .rc he oc ddhrdc u. c om / rche ncd /` ru i bl”   That  can  be  de crypted  us in g  the  decr ypti on  al gorithm   to   fo rm   the  sa m e  plainte xt.    The  res ults  are   li ste d  in  Table  1  an d  Ta ble  2.   The  detai le d  s te ps   are  as  fo ll ow s:  T he  file   is  first  di vid e d  into  tw o  pa rts;   each   on e  c onta ins  ha lf  the  num ber  of   c ha racters  in  the  file   wh i ch  is  22  c har a ct ers.   O nly  hal f  of  the  c harac te rs  in  each  par t  will  b e e ncr y pted  a nd the  oth e r ha lf w il l rem ai n  without e ncr y pt ion . T he p urp os e  of that i s to  r ed uce   bo t h  e ncr y ptio n  a nd  de cepti on  ti m e.  Fo r  t he   first  par t ,  ass um ing   the   ra ndom   init ia l  con dit ion   k 0A   of  ( 1)  c an  be  0.73,  a nd  the  con t ro l  par am et er  µ A   can   be   2.3 7.   For  th e  seco nd  par t,   there   are  11   cha racters  m us t  be   encr y pted.   The   ran dom   initial  conditi on   k 0B   of   (1)  ca n  be  a ssu m ed  to  be  0.5 12,  an d  c on t r ol  pa ram et er  µ B  al so   can  be  ass um e d  to  be  3.9 5.   F ro m   Table  1  and   Ta ble  2,   it   is  sh own  ho w  ra nd om l y  keys   are  gen e rated  us in g   the lo gisti c cha os  m od el . T hes e k ey s a re  us e d t o  m ake en c rypti on and  dec r y ption   proces s es m or e eff ic ie nt.       Table  1.   Detai le d  c rypto gr a ph y process  for  pa rt  A   Origin al charact er   Encry p tio n  key   Encry p ted  cha ract er   Decr y p tio n  key   Ou tp u t character   h   0 .73   I   0 .73   h   t   0 .46 7 1 2 7   T   0 .46 7 1 2 7   t   s   0 .58 9 9 3 8 8 9 7 1 1 4 2 7   R   0 .58 9 9 3 8 8 9 7 1 1 4 2 7   s   /   0 .57 3 3 2 9 0 5 7 6 4 2 5 0 9   .   0 .57 3 3 2 9 0 5 7 6 4 2 5 0 9   /   w   0 .57 9 7 5 6 1 5 2 8 5 3 4 7   V   0 .57 9 7 5 6 1 5 2 8 5 3 4 7   w   w   0 .57 7 4 2 4 3 2 5 9 1 4 3 7 3   V   0 .57 7 4 2 4 3 2 5 9 1 4 3 7 3   w   s   0 .57 8 2 9 2 9 7 2 8 0 3 3 9 1   R   0 .57 8 2 9 2 9 7 2 8 0 3 3 9 1   s   i   0 .57 7 9 7 2 3 9 8 6 7 0 7 7   H   0 .57 7 9 7 2 3 9 8 6 7 0 7 7   i   n   0 .57 8 0 9 1 1 2 2 9 5 7 8 9 8   O   0 .57 8 0 9 1 1 2 2 9 5 7 8 9 8   n   e   0 .57 8 0 4 7 2 1 0 3 4 0 9 6 4   D   0 .57 8 0 4 7 2 1 0 3 4 0 9 6 4   e   i   0 .57 8 0 6 3 4 6 0 1 1 0 4 4 4   H   0 .57 8 0 6 3 4 6 0 1 1 0 4 4 4   i       Table  2.   Detai le d  c rypto gr a ph y process  for  pa rt  B   Origin al charact er   Encry p tio n  key   Encry p ted  cha ract er   Decr y p tio n  key   Ou tp u t character   e   0 .51 2   D   0 .51 2   e   t   0. 9 8 6 9 3 1 2   U   0 .98 6 9 3 1 2   t   c   0 .05 0 9 4 7 1 2 5 5 4 2 9 1 1 5   C   0 .05 0 9 4 7 1 2 5 5 4 2 9 1 1 5   c   m   0 .19 0 9 8 8 4 8 7 9 7 0 2 1 4   M   0 .19 0 9 8 8 4 8 7 9 7 0 2 1 4   m   s   0 .61 0 3 2 1 9 4 7 4 6 0 6 0 9   R   0 .61 0 3 2 1 9 4 7 4 6 0 6 0 9   s   i   0 .93 9 4 2 4 8 1 8 2 3 8 5 7   H   0 .93 9 4 2 4 8 1 8 2 3 8 5 7   i   n   0 .22 4 7 7 8 0 2 5 0 0 8 2   N   0 .22 4 7 7 8 0 2 5 0 0 8 2   n   e   0 .68 8 2 9 8 8 1 4 7 0 2 3 7   D   0 .68 8 2 9 8 8 1 4 7 0 2 3 7   e   a   0 .84 7 4 4 7 0 4 7 7 0 7 6 4 6   `   0 .84 7 4 4 7 0 4 7 7 0 7 6 4 6   a   t   0 .51 0 6 5 8 1 6 8 7 0 5 0 0 2   U   0 .51 0 6 5 8 1 6 8 7 0 5 0 0 2   t   c   0 .98 7 0 5 1 2 9 3 5 8 7 4 3   B   0 .98 7 0 5 1 2 9 3 5 8 7 4 3   c       4.   SIMULATI O N RESULTS   To  e valuate  the  pe rfo rm ance  of   t he  pr opose d  TC S_D D  sc hem e  and   it s  eff ect iv eness,   t hr ee   pe r form ance  m easur e s  we re  c al culat ed:  the  s iz e  of   t he  ci ph ertext,  e ncr y ption  an d  decr y ption   ti m es,  and   tim e  com plexity .      The  siz e  of the  ciph e rtext is  the size  of the  e ncr y pted plai n t est  f il e in  byte s.      Encr y ption   ti m e  is  cal culated   as  the  ti m e  require d  f or   encr y ption   i. e.  the  tim e  tak en  t o  co nver t    the  plainte xt  i nto   ci phe rtext.   Decr ypti on  Ti m e  is  the  tim e   require d  f or   c onve rting   t he  ci ph e rtext  bac k  into the  p la i ntext.      Ti m e  co m plexity   is  the  com pu ta ti onal   co m plexit y  that  descr i bes  the  a m ou nt  of   ti m e  it   ta k es  to  ru n    an  al go rithm .   These  pe rfor m ance  m easur es   wer e   com pared  to   ot her   re cent  com petin g  e ncr y ption  appr oach es  wh ic h  us e  a  com bin at ion   of  sy m m e tric   a nd / or   asy m m e tric   al go rithm s.  These  al gori thm s  are:   Su ba sree   al gorithm   [ 9 ] ,  Ku m ar  al gorithm   [ 10 ] ,  Zh u  a lg ori thm   [ 11 ] ,  THCA   al gorith m   [ 12 ] ,  an d  S CB RP  al gorith m   [ 13 ].     The  propose d  al gorithm   was  i m ple m ented  usi ng   C #  pr ogra m m ing   la ngua ge  an d  the  sim ulati on s  wer e  r un   on   an  In te l  i5 - 3317U   1.7 0  G Hz  CPU  with  4.0 0  GB  of  RAM  us in g  64 - bit  im ple m entat ion s  to  e nsure   m a xi m u m   util iz at ion  of t he har dware.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une  2020  :    32 95   -   3306   3304   4.1.    Siz e o f  ci pher t ext   TCS_ DD  sc he m e  al ong  with   Subas ree,   K um ar,  Z hu,  T H CA,  a nd  SCB RP  we re  us e d  to  e nc rypt  sever al   te st  file s  with  di ff e re nt  siz es  ra ng i ng  f ro m   609  by te s  to  184,1 62   byte s.  The  re su lt ed  ci phere d  file   (cip h ertext )  siz e  was  m easur ed  in  byte s  a nd   li ste d  in  Table  3.   F ro m   Table  3,   eac h  of  S ubasraa,  Z hu,  SC BR P,   and   TCS _DD  pro du ces  a  ci pherte xt  siz e  wh ic h  is  equal   to  the  siz e  of   the  plainte xt.  Wh il e  both  T HCA  an d  Ku m ar  hav e  a  bigger  ci phe rtext  siz e.  This  is  du e  t o   the  fact  that  in  the  pro pose d  al gorithm   each  odd  c harac te r   of p la in  text is  encr y pted usin g  a  uniq ue key   gen e rati ng  on e  en c rypted  ch a racter.       Table  3.   Size  of cip her te xt (b yt es)   Size of  Plaintex t ( b y tes)   Su b asree   K u m ar   Zhu   THCA   SCB RP   TCS_ DD   609   609   846   609   641   609   609   2 5 ,61 5   2 5 ,61 5   3 5 ,14 2   2 5 ,61 5   2 5 ,64 7   2 5 ,61 5   2 5 ,61 5   3 5 ,08 0   3 5 ,08 0   4 8 ,22 6   3 5 ,08 0   3 5 ,11 2   3 5 ,08 0   3 5 ,08 0   6 1 ,38 6   6 1 ,38 6   8 4 ,34 0   6 1 ,38 6   6 1 ,41 8   6 1 ,38 6   6 1 ,38 6   1 8 4 ,162   1 8 4 ,162   3 5 3 ,008   1 8 4 ,162   1 8 4 ,194   1 8 4 ,162   1 8 4 ,162       4.2.    Encr yption  an d d ecr yptio n  ti me   Table s   4  a nd  5  sho w  the  e nc ryptio n  an d  de crypti on  tim e s  for  di ff e ren t   siz es  of   plain te xt  rangin g  from   609  byte s  to  184 , 162   by te s  us i ng  TCS _DD,  S ub a sree ,  K um ar,  Z hu,  THCA ,  a nd  S CB RP.  It  is   cl ear  tha t     the  pro pose d  T CS_DD  yi el ds   the  le ast   proce ssing   t im e  fo r  bo t h  e ncr ypti on  an d  dec ryption   proces ses.  This  i s   achieve d  beca us e  t he  propos ed  sc hem e  sp li ts  the  file   i nto   two  pa rts  w hic h  ca n  be  e ncr y pted  sim ultane ou sly .   Howe ver,  w he n  the  siz e  of   file   reaches  18 4,162  b y te s ,  SCB RP  con s um e s  le ss  tim e.  This  is  du e   that  SCB RP   us es  tw o  sym m et ric  al go rith m s   wh ic h  ar e  ver y  sim ple  to  i m ple m ent  ho wev e r  they   ar e  ver y  wea k  a gainst   hack e rs.  Fig ure   7  a nd Fi g ure   8  s how  t he dif f eren ce  of e ncry ption  a nd  dec ryptio n  ti m es b et ween  al gorithm s.       Table  4.  E nc ryption t i m e (m s )   Size o f  Plaintex t ( b y te)   Su b asree   Ku m ar   Zhu   THCA   SCB RP   TCS_ DD   609   2063   1500   998   998   650   45   2 5 ,61 5   3683   1518   1022   1022   725   384   3 5 ,08 0   5651   1526   1059   1059   743   526   6 1 ,38 6   1 5 3 5 1   4219   3143   3143   2150   920   1 8 4 ,162   1 0 5 8 8 9   5752   3814   3814   2256   2762       Table  5.   Decr y pt ion t i m e (m s )    Size of  Plaintex t ( b y te)   Su b asree   Ku m ar   Zhu   THCA   SCB RP   TCS_ DD   609   1078   966   562   562   356   40   2 5 ,61 5   1085   972   713   713   452   320   3 5 ,08 0   1082   980   824   824   483   438   6 1 ,38 6   1197   991   891   891   525   520   1 8 4 ,162   2087   1099   907   907   547   767             Figure  7. Com par is on   of e ncry ption  ti m e w it h  com peting  al gorithm s     Figure  8. Com par is on of  decry ption  ti m e w it h  com peting  al gorithm s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.