Systèmes de Crypto-Compression basés Chaos en Temps Réel et Portables pour Architectures embarquées Efficaces

Real-Time and Portable Chaos-based Crypto-Compression Systems for Efficient Embedded Architectures

• Auteur / Autrice : Mohammed Abutaha
• Direction : Safwan El Assad, Olivier Déforges, Audrey Queudet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 12/07/2017
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Danièle Fournier-Prunaret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Damien Sauveron
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Danièle Fournier-Prunaret, Laurent Nana Tchamnda

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes embarqués (informatique)

Protection de l'information (informatique)

Chiffrement (informatique)

Systèmes, Théorie des

Mots clés libres

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Résumé

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 œuvre en séquentielle et en parallèle par P-threads. Basé sur ces PCNGs, deux applications centrales ont été conçues, mises en œuvre 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 œuvre 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.

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.