Real-Time and Portable Chaos-based Crypto-Compression Systems for Efficient Embedded Architectures
Systèmes de Crypto-Compression basés Chaos en Temps Réel et Portables pour Architectures embarquées Efficaces
Résumé
Image and video protection have gained a lot of momentum over the
last decades. In this work, first we designed and realized in an
efficient and secure way a pseudo-chaotic number generator
(PCNG) implemented in sequential and parallel (with P-threads)
versions. Based on these PCNGs, two central applications were
designed, implemented and analyzed. The former application deals
with the realization of a random number generator (RNG) based
PCNG, and the obtained results are very promising. The latter
application concerns the realization of a chaos-based stream cipher.
The cryptographic analysis and the statistical study of the realized
chaotic systems show their robustness against known attacks. This
result is due to the proposed recursive architecture which has a
strong non-linearity a technique of disturbance, and a chaotic
multiplexing. The computation performance indicate their use in real
time applications. Second, based on the previous chaotic system,
we designed and implemented in effective manner a real time joint
crypto-compression system for embedded architecture. An
end-to-end selective encryption solution that protects privacy in the
HEVC video content is realized. Then, a ROI encryption is
performed at the CABAC bin string level for the most sensitive
HEVC parameters including motion vectors and transform
coefficients. The format compliant encryption of Intra Prediction
Modes has been also investigated. It increases a little bit the bit
rate. Subjective evaluation and objective rate-distortion-complexity
tests showed that the proposed solution performs a protection of
privacy in the HEVC video content with a small overhead in bit rate
and coding complexity.
La protection des images et vidéos est une problématique cruciale.
Dans ce travail nous avons d’abord, conçu et réalisé d’une façon
efficace et sécurisée un générateur de nombre pseudo-chaotique
(PCNG) mis en oeuvre en séquentielle et en parallèle par P-threads.
Basé sur ces PCNGs, deux applications centrales ont été conçues,
mises en oeuvre et analysées. La première traite la réalisation d’un
générateur de nombre aléatoire et les résultats obtenus sont très
prometteurs. La deuxième concerne la réalisation d’un système de
chiffrement/déchiffrement par flux. L’analyse cryptographique des
systèmes chaotiques réalisés montrent leur robustesse contre des
attaques connues. Ce résultat est dû à la structure récursive
proposée qui intègre une forte non-linéarité, une technique de
perturbation et un multiplexage chaotique. La performance obtenue
en complexité de calcul indique leurs utilisations dans des
applications temps réel. Ensuite, basé sur le système chaotique
précédent, nous avons conçu et mis en oeuvre efficacement un
système de crypto-compression pour des applications temps réel et
portable pour architectures embarquées. Une solution de
chiffrement par flux sélectif des contenus vidéo HEVC est réalisée.
Puis, un chiffrement d’une région d’intérêt est effectué au niveau
CABAC pour les paramètres les plus sensibles incluant des
vecteurs de mouvement et des coefficients transformés. Le format
le chiffrage conforme de Modes de Prédiction Intra a été aussi
vérifié. L’évaluation subjective et des tests de complexité d’altération
de taux objectifs ont montré que la solution proposée sécurise le
contenu vidéo avec un débit binaire et une complexité de codage
légèrement augmentés.
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