Chaos-based security under real-time and energy constraints for the Internet of Things
Sécurité basée Chaos sous contraintes temps réel et d’énergie pour l’Internet des Objets
Résumé
Nowadays, due to the rapid growth of Internet of
Things (IoT) towards technologies, the protection of
transmitted data becomes an important challenge.
The devices of the IoT are very constrained resource
in terms of computing capabilities, energy and
memory capacities. Thus, the design of secure,
efficient and lightweight crypto-systems becomes
more and more crucial. In this thesis, we have studied
the problem of chaos based data security under
real-time and energy constraints. First, we have
designed and implemented three pseudo-chaotic
number generators (PCNGs). These PCNGs use a
weak coupling matrix or a high diffusion binary
coupling matrix between chaotic maps and a chaotic
multiplexing technique. Then, we have realized three
stream ciphers based on the proposed PCNGs.
Security performance of the proposed stream ciphers
were analysed and several cryptanalytic and statistical
tests were applied. Experimental results highlight
robustness as well as efficiency in terms of
computation time. The performance obtained in
computational complexity indicates their use in
real-time applications. Then, we integrated these
chaotic stream ciphers within the real-time operating
system Xenomai. Finally, we have measured the
energy and power consumption of the three proposed
chaotic systems, and the average computing
performance. The obtained results show that the
proposed stream ciphers can be used in practical IoT
applications.
De nos jours, la croissance rapide des technologies
de l’Internet des Objets (IoT) rend la protection des
données transmises un enjeu important. Les
dispositifs de l’IoT sont intrinsèquement contraints à la
mémoire, à la puissance de traitement et à l’énergie
disponible. Ceci implique que la conception de
techniques cryptographiques sécurisées, efficaces et
légères est cruciale. Dans cette thèse, nous avons
étudié la problématique de la sécurité de l’information
basée chaos sous contraintes temps réel et d’énergie.
À ce sujet, nous avons conçu et implémenté dans un
premier temps, trois générateurs de nombres
pseudo-chaotiques (PCNGs). Ces PCNGs utilisent
une matrice de couplage faible ou une matrice de
couplage binaire à forte diffusion entre des cartes
chaotiques, et une technique de multiplexage
chaotique. Puis, nous avons réalisé trois systèmes de
chiffrement/déchiffrement par flux basés sur les
PCNGs proposés. L’analyse cryptographique des
systèmes chaotiques réalisés a montré leur
robustesse contre des attaques connues. La
performance obtenue en complexité de calcul met
bien en évidence leur utilisation dans des applications
temps réel. Dans un second temps, nous avons
intégré ces systèmes de chiffrement/déchiffrement
chaotiques au sein du système d’exploitation temps
réel Xenomai. Enfin, nous avons mesuré la
consommation d’énergie et de puissance des trois
systèmes chaotiques réalisés ainsi que le temps
moyen de chiffrement/déchiffrement.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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