Agile encryption scheme for multimedia files using random data

Other Title(s)

مخطط تشفير لملفات الوسائط المتعددة باستخدام بيانات عشوائية

Dissertant

al-Halbusi, Muhannad Ali Husayn

Thesis advisor

al-Jarrah, Muzaffar Munir

University

Middle East University

Faculty

Faculty of Information Technology

Department

Computer Science Department

University Country

Jordan

Degree

Master

Degree Date

2021

Arabic Abstract

شهدت السنوات الاخيرة إزديادا كبيرا في تراسل البيانات للملفات المتعددة الوسائط للاستخدامات الشخصية و للاعمال و لتطبيقات التسلية، من خلال الشبكات العامة و الخاصة.

تعرض تبادل ملفات الوسائط المتعددة للاستهداف من قبل الخصوم و المتطفلين و ذلك لاغراض غير شرعية متنوعة، و الذي جعل من الضرورة حماية أمن هذه الملفات من خلال تشفيرها بإسلوب أمن لمنع الوصول الى محتوياتها.

إلا أن ملفات الوسائط المتعددة و بالاخص ملفات الفديو تميل الى كونها كبيرة الحجم و بالتالي يتطلب تشفيرها الى طرق تشفير خفيفة الوزن و بالذات عندما تستخدم على منصات حاسوبية منخفضة القدرة تعرض هذه الرسالة نموذج رشيق (خفيف الوزن) للتشفير المتماثل وذلك لتوفير حماية لا من ملفات الوسائط المتعددة باستخدام البيانات العشوائية.

يشفر النموذج المقترح كل بايت من بايتات ملف النص العادي، و يشمل ذلك بيانات ترويسة الملف باستخدام طريقة التشفير الدفقي، و ذلك لتحقيق مستوى أعلى من الامن مقارنة مع التشفير الانتقائي.

تستخدم خوارزمية التشفير مجموعة من الاعداد العشوائية المولدة بالاعتماد على مفتاح سري يكون بذرة بدء سلسلة الاعداد العشوائية، و تستخدم الاعداد العشوائية في إحتساب البايتات المشفرة.

تستخدم خوارزمية فك التشفير نفس المفتاح السري المستخدم في التشغير و تتبع خطوات معكوسة لخطوات التشفير.

يتكون المفتاح السري من مجموعة من الارقام العشرية المولدة عشوائيا، و الذي يوفر مدى واسع للمفتاح.

تم تنفيذ النموذج المقترح كنظام عامل باستخدام لغة ماتلاب لتشفير ملفات وسائط متعددة متعددة الأنواع، مثل الفديو الصوت الصور، سواء كانت مضغوطة أو غير مضغوطة.

تركز العمل التجريبي على تشفير الملفات الفديوية لميلها لان تكون كبيرة الحجم و واسعة الاستخدام في تطبيقات متنوعة مثل التدفق الفديوي.

تم إستخدام مجموعة بيانات عامة لملفات فديوية باحجام مختلفة من نوع MP4 و هو النوع الاكثر استخداما ضمن الانواع الفديوية، و ذلك لتقييم كفائة اداء النظام.

أظهرت النتائج التجريبية معدل إنتاجية تشغير يبلغ 1297 كيلو بايت بالثانية، و بقيمة مماثلة لعملية فك التشفير.

تم تقييم سلامة عمليتي التشفير و فك التشفير من خلال مقارنة ملفات النص العادي مع ملفات النص الناتج عن فك التشفير و بينت المقارنة تطابق تام.

تنتهي الرسالة باستنتاجات و مقترحات لاعمال مستقبلية.

English Abstract

In recent years there has been a big increase in the transmission of multimedia data for personal, business, and entertainment applications, over private and public networks.

The exchange of multimedia files has been targeted by adversaries and hackers for various illegal purposes, which made it necessary to protect the security of these files by encrypting the files in a secure way to prevent access to their contents.

However, multimedia files, especially videos, tend to be large and so require lightweight encryption methods, in particular when used on low performance computing platforms.

This thesis presents an agile (lightweight) symmetric encryption model to provide protection for the security of multimedia files using random data.

The proposed model encrypts every byte of the plaintext file, including the header data, using stream cipher method, in order to provide higher level of security compared with selective encryption.

The encryption algorithm utilizes a generated set of random numbers using a secret key as a seed, to be used in calculating the encrypted bytes.

The decryption algorithm uses the same secret key and follows an inverse of the encryption steps.

The secret key consists of a set of randomly generated decimal digits which provide a large key space.

The proposed model is implemented in MATLAB as a working system to encrypt multimedia files of various types, such as video, audio, or image, compressed or uncompressed.

The experimental work was focused on video files as they tend to be large and are widely used in various applications such as streaming video.

A dataset of public video files of various sizes of the MP4 type, which is the most widely used video type, is utilized in evaluating the performance efficiency of the system.

The metric of throughput as KB per second was used as a measure of the performance efficiency.

The experimental results showed an average of encryption throughput of 1297 KB / second, and a similar value for the decryption throughput.

Evaluating the integrity of the encryption / decryption processes was carried out by comparing the plaintext and the decrypted files, which showed complete compatibility.

The thesis ends with conclusions and suggestions for future work.

Main Subjects

Information Technology and Computer Science

No. of Pages

74

Table of Contents

• APA
• MLA
• AMA

Language

English

Data Type

Arab Theses

Record ID

BIM-1403069