Cifrado de imágenes mediante autómatas celulares caóticos

Han pasado más de diez años desde que surgió la idea de utilizar el caos para cifrar mensajes.

El enfoque es sencillo. Empiece con un mensaje, superpóngalo a una señal caótica y envíelo. Si se elige cuidadosamente el caos, esta señal puede parecer aleatoria y, por lo tanto, parecer un ruido de fondo. Para revelar el mensaje original, el receptor debe estar en posesión de la misma señal caótica y simplemente necesita restarla del mensaje encriptado. ¡Voila!

Hoy, Marina Jeaneth Machicao y algunos amigos de la Universidad de San Paul en Brasil revelan una forma sencilla de extender este método a las imágenes.

Su idea es utilizar un autómata celular para generar una señal pseudoaleatoria. Un autómata celular es una matriz en forma de cuadrícula en la que cada celda puede ser negra o blanca en cualquier momento. Sin embargo, en el siguiente paso de tiempo, cada cuadrado cambia de acuerdo con una regla predeterminada y el color de los cuadrados que lo rodean.

El truco, por supuesto, es encontrar una regla que genere una salida pseudoaleatoria para que la cuadrícula resultante parezca ruido.

Estos chicos examinan varios autómatas para ver cuál genera la salida más aleatoria. Miden la calidad de la aleatoriedad después de 20 millones de iteraciones utilizando pruebas estadísticas estándar conocidas como ENT y DIEHARD. Se deciden por uno llamado Fredkin B1357 / S02468, que da resultados consistentemente aleatorios.

Un punto crucial es que la salida de este autómata está determinada con precisión por su estado inicial. Use un patrón de celdas diferente y terminará con una salida completamente diferente.

Eso es importante porque dicen que este estado inicial puede actuar como una contraseña. Eso significa que los autómatas se pueden distribuir libremente para que cualquiera pueda usarlos, pero solo una persona con la contraseña puede descifrar un mensaje determinado.

Así es como funciona. Comience ingresando la contraseña para producir un patrón inicial de células en el autómata celular. Luego, ejecute 20 millones de iteraciones para generar una salida pseudoaleatoria. Superponga esto a la imagen que desea cifrar y luego envíelo.

Un receptor con la contraseña correcta puede ver la imagen realizando el procedimiento a la inversa.

Es un enfoque interesante, pero plantea una serie de preguntas importantes. El más obvio de ellos es qué tan seguro sería dicho sistema.

El problema es este. Aunque la salida parece aleatoria, se genera mediante un proceso completamente determinista. Esa es una debilidad potencial que un fisgón esperaría aprovechar. De hecho, los criptógrafos han encontrado todo tipo de lagunas en tipos similares de generadores pseudoaleatorios.

Sin embargo, otros han demostrado que los autómatas celulares pueden generar resultados que son esencialmente indistinguibles de la aleatoriedad natural. De hecho, Stephen Wolfram, uno de los pioneros en esta área, cree que el universo obtiene su aleatoriedad de procesos celulares similares a autómatas. El generador de números aleatorios en el software Mathematica de Wolfram usa exactamente este enfoque.

Puede ser que Machicao y compañía puedan demostrar algún tipo de seguridad computacional, que un mensaje encriptado requeriría una cantidad significativa de poder de cómputo para descifrarlo. Entonces, este tipo de mensajes serían útiles para el secreto a corto plazo.

Pero si no, entonces sería un valiente criptógrafo quien confió secretos a este método.

Ref: arxiv.org/abs/1112.6326 : Método de cifrado caótico basado en autómatas celulares realistas

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