DOI: https://doi.org/10.64643/ijirtv12i8-191503-459
تاريخ النشر: 2026-01-21
المؤلف: Mohammed Ali Qasem وآخرون
الموضوع الرئيسي: تشفير الصور/الإشارات المعتمد على الفوضى
نظرة عامة
في سياق الحوسبة السحابية وإنترنت الأشياء (IoT)، فإن تأمين البيانات من خلال التشفير أمر بالغ الأهمية لحماية المعلومات الحساسة من الوصول غير المصرح به. يقدم هذا البحث طريقة جديدة لتوليد المفاتيح باستخدام نظام فوضوي ثلاثي الأبعاد ضمن خوارزمية تشفير خفيفة هجينة مصممة خصيصًا لأمان السحابة في إنترنت الأشياء. تدمج تقنية التشفير المقترحة خوارزمية التشفير الخفيفة (LEA) مع معيار التشفير المتقدم (AES)، مما يعزز حماية البيانات من خلال دمج مكونات AES مثل S-box وShift Rows وMix Columns وAdd Round Key في خوارزمية Z-LEA. تزيد هذه التحسينات بشكل كبير من تعقيد البيانات المشفرة، مما يقلل من احتمالية فك التشفير غير المصرح به.
يعتبر النظام الفوضوي ثلاثي الأبعاد محوريًا في إنتاج مفاتيح غير خطية وديناميكية وآمنة للغاية، مما يساهم في القوة العامة لعملية التشفير. علاوة على ذلك، يقوم النظام المقترح بتحسين الأداء من خلال تقليل عدد جولات التشفير ووقت التنفيذ من خلال تقنيات المعالجة المتوازية. تشير النتائج التجريبية إلى أن نظام تشفير Z-LEA يقاوم بفعالية مختلف أساليب الهجوم، ويقلل بشكل كبير من وقت الحساب، وينتج تدفق مفاتيح عشوائية للغاية، كما تم تأكيده من خلال اختبار عشوائية NIST.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الأهمية المتزايدة لحماية البيانات في سياق التقدم السريع في تكنولوجيا المعلومات. مع تزايد تبادل البيانات، يصبح الحاجة إلى حلول تشفير فعالة أمرًا بالغ الأهمية، خاصة في البيئات التي تفتقر إلى الموارد الحاسوبية، مثل إنترنت الأشياء والحوسبة السحابية. يتم التأكيد على خوارزميات التشفير الخفيفة، بما في ذلك RC6 وChaCha وPresent وLEA، لقدرتها على توفير أمان قوي مع الحفاظ على الكفاءة. يتم تصنيف هذه الخوارزميات إلى تشفيرات كتلية وتدفق، مع تعريف طرق التشفير المتماثلة وغير المتماثلة بناءً على استخدام المفتاح.
تناقش الورقة أيضًا أهمية نظرية الفوضى في التشفير، مشيرة إلى قدرتها على تعزيز الاتصال الآمن من خلال نمذجة الأنظمة الديناميكية المعقدة. يقترح المؤلفون تشفيرًا خفيفًا هجينيًا يجمع بين نقاط القوة في CLEFIA وRECTANGLE، بهدف معالجة التحديات التي تطرحها البيئات ذات الموارد المحدودة. تم تصميم هذا النموذج الهجين لتحسين الأمان دون مطالب حاسوبية مفرطة، مما يجعله مناسبًا للمشهد المتطور للأجهزة المتصلة. تمهد المقدمة الطريق لاستكشاف مفصل لاستراتيجيات التشفير التي توازن بين الأمان والكفاءة والقدرة على التكيف في مواجهة التهديدات الرقمية المتزايدة.
نقاش
تسلط قسم النقاش في الورقة الضوء على الطلب المتزايد على شبكات الاتصال الآمنة في الحوسبة السحابية، خاصة بسبب التعامل مع البيانات الحساسة. غالبًا ما تفرض طرق التشفير التقليدية، على الرغم من كونها آمنة، عبئًا حاسوبيًا كبيرًا، مما يؤدي إلى تأخير ومشكلات في الأداء. لمعالجة هذه التحديات، يقترح المؤلفون خوارزمية تشفير هجينة خفيفة تُسمى Z-LEA، والتي تجمع بين عمليات ARX الفعالة لخوارزمية التشفير الخفيفة (LEA) مع شبكة الاستبدال-التبديل (SPN) القوية لمعيار التشفير المتقدم (AES). تهدف هذه الطريقة الهجينة إلى ضمان نقل البيانات بسرعة عالية مع الحفاظ على أمان قوي، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للبيئات السحابية.
تستخدم خوارزمية Z-LEA مخطط تشفير ذو مستويين يستفيد من المعالجة المتوازية لتوزيع المهام عبر عدة نوى CPU، مما يقلل بشكل كبير من التكاليف الحاسوبية عند إدارة تدفقات البيانات الكبيرة. تشير النتائج التجريبية إلى أن Z-LEA تحقق مستويات أمان مقارنة بالمعايير المعمول بها مثل AES، ولكن مع متطلبات موارد أقل. تؤكد الورقة على أهمية التشفير الخفيف في التطبيقات الحديثة، خاصة مع توسع إنترنت الأشياء (IoT)، مما يتطلب خوارزميات فعالة يمكن أن تعمل تحت موارد محدودة. بشكل عام، تمثل Z-LEA حلاً واعدًا لتعزيز أمان البيانات في الحوسبة السحابية، مع تحقيق توازن فعال بين الأداء والأمان.
DOI: https://doi.org/10.64643/ijirtv12i8-191503-459
Publication Date: 2026-01-21
Author(s): Mohammed Ali Qasem et al.
Primary Topic: Chaos-based Image/Signal Encryption
Overview
In the context of cloud computing and the Internet of Things (IoT), securing data through encryption is paramount to safeguarding sensitive information from unauthorized access. This research introduces a novel key generation method utilizing a 3D chaotic system within a hybrid lightweight encryption algorithm designed specifically for IoT cloud security. The proposed encryption technique integrates the Lightweight Encryption Algorithm (LEA) with the Advanced Encryption Standard (AES), enhancing data protection through the incorporation of AES components such as S-box, Shift Rows, Mix Columns, and Add Round Key into the Z-LEA algorithm. These enhancements significantly increase the complexity of the encrypted data, thereby reducing the likelihood of unauthorized decryption.
The 3D chaotic system is pivotal in producing highly secure, nonlinear, and dynamic keys, contributing to the overall robustness of the encryption process. Furthermore, the proposed system optimizes performance by decreasing the number of encryption rounds and execution time through parallel processing techniques. Experimental results indicate that the Z-LEA encryption system effectively resists various attack vectors, significantly lowers computation time, and generates a highly random key stream, as confirmed by the NIST randomness test.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the increasing importance of data protection in the context of rapid advancements in information technology. As data exchange becomes commonplace, the need for effective cryptographic solutions is paramount, particularly in environments with limited computational resources, such as IoT and cloud computing. Lightweight encryption algorithms, including RC6, ChaCha, Present, and LEA, are emphasized for their ability to provide robust security while maintaining efficiency. These algorithms are categorized into block and stream ciphers, with symmetric and asymmetric encryption methods defined based on key usage.
The paper also discusses the relevance of chaos theory in cryptography, noting its potential to enhance secure communication through the modeling of complex dynamic systems. The authors propose a hybrid lightweight cipher that combines the strengths of CLEFIA and RECTANGLE, aiming to address the challenges posed by resource-constrained environments. This hybrid model is designed to optimize security without excessive computational demands, making it suitable for the evolving landscape of interconnected devices. The introduction sets the stage for a detailed exploration of cryptographic strategies that balance security, efficiency, and adaptability in the face of growing digital threats.
Discussion
The discussion section of the paper highlights the increasing demand for secure communication networks in cloud computing, particularly due to the handling of sensitive data. Traditional encryption methods, while secure, often impose significant computational overhead, leading to latency and performance issues. To address these challenges, the authors propose a lightweight hybrid encryption algorithm named Z-LEA, which combines the efficient ARX operations of the Lightweight Encryption Algorithm (LEA) with the robust Substitution-Permutation Network (SPN) of the Advanced Encryption Standard (AES). This hybrid approach aims to ensure high-speed data transfer while maintaining strong security, making it particularly suitable for cloud environments.
The Z-LEA algorithm employs a two-level encryption scheme that utilizes parallel processing to distribute tasks across multiple CPU cores, significantly reducing computational costs when managing large data streams. Experimental results indicate that Z-LEA achieves security levels comparable to established standards like AES, but with lower resource requirements. The paper emphasizes the importance of lightweight cryptography in modern applications, especially as the Internet of Things (IoT) expands, necessitating efficient algorithms that can operate under constrained resources. Overall, Z-LEA represents a promising solution for enhancing data security in cloud computing, balancing performance and security effectively.