چکیده

با توجه به نیاز روزافزون بشر مبنی بر استفاده از خدمات شبکههای کامپیوتری مشاهده می شود که استفاده از رایانش ابری با پشت سر گذاشتن موانع پیش رو در حال گسترش میباشد. یک چالش مهم در استفاده از رایانش ابری امنیت ارسال داده است، در این مقاله سعی بر آن بوده که الگوریتم زمانبندی بهینهای جهت ارسال ایمن دادهها با استفاده از اتوماتای سلولی نامعین ارائه شود. فاکتورهای بهینهسازی این روش که در شبیهسازی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است عبارتند از افزایش سرعت ارسال به واسطه زمانبندی مناسب و افزایش سرعت رمزنگاری با استفاده ازپردازش موازی که مجموعا موجب افزایش سرعت انتقال می شوند و این امر در رایانش ابری به واسطه بلادرنگ بودن سیستم هائز اهمیت است.

.۲ رمزنگاری

محرمانگی اطلاعات یکی از نیازهای ضروری در زمینه اطلاعات است و رمزنگاری یکی از ابزارهای بالقوه آن میباشد. با گسترش استفاده از شبکههای کامپیوتری و انتقال مداوم دادهها یکی از راههایی که امنیت را برقرار میکند به رمز در آوردن اطلاعات است. الگوریتمهای بسیاری جهت رمزنگاری وجود دارد که هم اکنون در پروتکلهای امن مورد استفاده قرار میگیرد اما با توجه به اینکه ما میخواهیم در رایانش ابری از این رمزنگاری استفاده کنیم سرعت اجرا نیز دارای اهمیت است ودر انتقال تصاویر نیز روشهای موجود با مشکلاتی روبرو است. به همین دلیل به بررسی روش جدید رمزنگاری با استفاده از اتوماتای سلولی نا معین و تحلیل فاکتورهای امنیتی آن می پردازیم.

کلمات کلیدی
اتوماتای سلولی نامعین، رمزنگاری تصاویر، رایانش ابری

.۱ مقدمه

راینش ابری در واقع همان امکان استفاده از منابع نرم افزاری و سخت افزاری موجود بر روی سرور توسط کاربر می باشد، که کاربر را از به روزرسانی مداوم سخت افزار و نرم افزار سیستم شخصی خود بی نیاز میسازد، با استفاده از این فناوری شما تنها نیاز دارید از یک بستر با سرعت مناسب و امنیت بالا جهت دسترسی به سرور استفاده کنید در واقع دو موضوع سرعت وامنیت در دسترسی از چالشهای موجود در فناوری رایانش ابری نیز میباشد، در این مقاله سعی بر آن است تا با ارا ئهی راهکارهایی این دو مانع مرتفع گردد.

در بخش اول مقاله یک الگوریتم رمزنگاری معرفی میشود که علاوه بر امنیت بالا دارای سرعت اجرای مناسب نیز میباشد، در بخش دوم الگوریتمی جهت زمانبندی رایانش ابری با توجه به الگوریتم رمزنگاری ارائه میشود و تاثیر الگوریتم رمزنگاری در سرعت دسترسی به سرور مورد بررسی قرار میگیرد، در ادامه جدولها و نمودارهای حاصل از شبیهسازی بررسی شده است و به عنوان بخش پایانی پس از جمع بندی نتایج به دست آمده مطرح گردیده است.

.۱-۲ اتوماتای سلولی

اتوماتای سلولی اولین بار در سال ۱۹۴۰ توسط ون نیومن به عنوان فورمال از موجودیت خود تکثیر پیشنهاد شد. مطالعات بیشتر بر روی شبکههای نامحدود یکبعدی و دوبعدی ادامه یافت. سپس فیزیکدانها و زیستشناسها به منظور مدل کردن در زمینههای خاص خود، شروع به مطالعه بر روی اتوماتای سلولی کردند. در سالهای اخیر، اتوماتای سلولی از زوایای مختلفی مورد بررسی قرار گرفته است .[۱]

کاربرد اتوماتای سلولی در رمزنگاری به حدود سال ۱۹۸۶ بر میگردد، ولفرم که سابقهی بسیاری در اتوماتای سلولی دارد، برای اولین بار کاربرد اتوماتای سلولی در رمزنگاری را بیان نمود. پس از آن در زمینههای مختلف رمزنگاری از اتوماتای سلولی استفاده شده است .[۲]

اتوماتی سلولی سیستمهای دینامیکی گسسته هستند که رفتارشان کاملا بر اساس ارتباط محلی استوار است. در اتوماتای سلولی فضا بصورت یک شبکه تعریف می گردد که به هر خانه آن سلول گفته میشود. سلولها می توانند تنها یک حالت از مجموعهای از حالات متناهی را دارا باشند. زمان در اتوماتای سلولی به صورت گسسته پیش می رود و دارای قوانینی است که از طریق آن در هر مرحله هر سلول وضعیت جدید خود را با در نظر گرفتن همسایههای مجاور خود بدست می آورد. قوانین اتوماتای سلولی نحوه تاثیر پذیرفتن سلول از سلولهای همسایه را مشخص میکند .[۳]

×
Si,t+1(cell)=F(Si-r,t ,…….,Si, t ,…..,Si+r , t ) (1)

.۲-۲ اتوماتی سلولی نا معین

در اتوماتای سلولی معین همهی سلولها بر اساس یک قانون مشترک به روز رسانی میشوند اما دراتوماتای سلولی نامعین چندین قانون برای بروزرسانی سلولها وجود دارد. اتوماتای سلولی یک بعدی نامعین را میتوان به صورت زیر تعریف کرد .[۴]

×

Si(t+1)=Fi(Si-r(t),…….,Si(t),……Si+r(t)) (2)

به طوریکه Fi قانون سلول i ام و r شعاع همسایگی میباشد.

.۳-۲ اتوماتای سلولی توسعه یافته

در صورتی که حالت هر سلول در زمان t به حالت سلول در زمانهای قبل نیز بستگی داشته باشد به آن اتوماتای سلولی توسعه یافته میگویند .[۴]

×
(۳) Si(t+1)=Fi( ci-rt-Ʈ si-rt-Ʈ ,, ci+rt-Ʈ si+rt-Ʈ ,, ci-rtsi-rt,, ci+rtsi+rt)
به طوریکه r شعاع همسایگی، t مرحله زمانی و Ʈ فاصله زمانی موثر و ci-rt-Ʈ
فاکتور اهمیت سلول i-r در مرحله زمانی t-Ʈ برای سلول i در زمان t+1
میباشد.

پیچیدگی این اتوماتای سلولی نمایی از شعاع زمانی است. اتوماتای سلولی توسعه یافته ساده شده را می توان به صورت زیر تعریف نمود :

×
(۴) Si(t+1) =Fi(Sit-1,…….,Si-1t,……Sit, Si+1t)

.۴-۲ الگوریتم پیشنهادی

می دانیم هدف از رمزنگاری، پنهانسازی اطلاعات است تا افراد غیرمجاز به اطلاعات دسترسی نداشته باشند. اگر فرض کنیم M تصویر اولیه باشد آنگاه به دنبال راهی هستیم تا این تصویر اولیه را به تصویر رمز شده C تبدیل کنیم و اطلاعاتی که در این تبدیل از آنها استفاده میکنیم به عنوان کلید (K) در نظر میگیریم. اتوماتای سلولی نامعین به ما امکان میدهد تا با شروع از تصویر اولیه M به عنوان پیکربندی اولیه برای اتوماتای سلولی نامعین، مجموعهای از تصاویر رمز شده C، که همان پیکربندی نهایی هستند را بدست آوریم، اینکه کدامیک از تصاویر رمز شده را تولید کنیم اهمیت چندانی ندارد حال میتوان از پیش مشخص کرد که در هر مرحله بروز شدن اتوماتای سلولی نامعین، از کدامیک از قوانین موجود استفاده کنیم و این اطلاعات را به عنوان کلید این سیستم رمزنگاری در نظر میگیریم. اگر اتوماتای سلولی نامعین را مطابق کلید انتخاب

شده بروز کنیم آنگاه اتوماتی سلولی نامعین به یک اتوماتای سلولی معین تبدیل میشود. در واقع کلید انتخاب شده کمک می کند تا عدم قطعیت را در اتوماتای سلولی نامعین از بین ببریم. به عنوان مثال اگر فرض کنیم دو قانون انتخاب شده r1,r2 باشند در مرحله i ام از رمزنگاری i) k[i] امین بیت کلید ) به ما کمک می کند تا بصورت کاملا معین عملیات رمزنگاری را انجام دهیم به طوری که اگر k[i] برابر صفر باشد آنگاه از قانون r1 و اگر برابر یک باشد از قانون r2 استفاده میکنیم.

حال تمام افرادی که کلید را در اختیار دارند با اتوماتای سلولی معین کار میکنند و افرادی که کلید در اختیارشان نیست با یک اتوماتای سلولی نامعین باید کار کنند که عملا پیکربندی بسیار زیادی را خواهند داشت. الگوریتم شکستن این سیستم رمزنگاری جزء الگوریتم های NP میباشد.

.۵-۲ تولید الگو با اتوماتای سلولی

اتوماتای سلولی مورد استفاده برای تولید الگو دارای ویژگیهای زیر میباشد : دو بعدی، توسعه یافته، نامعین، اندازه متغیر.

در ابتدا اندازه هر بعد اتوماتای سلولی انتخاب میشود. اتوماتای سلولی با اندازه مورد نظر ایجاد و مقداردهی اولیه میشود مقداردهی اولیه سلولهای اتوماتا توسط تابع Random صورت میگیرد. ابتدا مقدار اولین سلول انتخاب و در کلید ذخیره میگردد. در سلولهای دیگر، مقدار هر سلول با توجه به مقدار اولیه سلول قبل تولید میگردد. تعداد تکرارهایی که برای تولید مقادیر اولیه اتوماتای سلولی استفاده میشود به عنوان بخشی از کلید ذخیره خواهد شد. بعد از اینکه اتوماتای سلولی مقداردهی اولیه شد این مقادیر توسط قوانین اتوماتای سلولی به روزرسانی گشته، سپس این قوانین به صورت تصادفی تعیین و در کلید ذخیره میگردند.

برای بروزرسانی سلول Ci، خود این سلول، مقادیر سلول های همسایه و با توجه به اینکه اتوماتای سلولی توسعه یافته میباشد مقدار سلول در زمان های قبل نیز استفاده میشود.
ci-rt-Ʈ si-rt-Ʈ ,, ci+rt-Ʈ si+rt-Ʈ ,, CA_Scheme i , j (t+1) = Fi (
(5) ci-rtsi-rt,,ci+rtsi+rt)

در این بخش ابعاد اتوماتای سلولی، قوانین اتوماتا، مقدار اولیه وتعداد تکرار به عنوان بخشی از کلید خصوصی ذخیره میشود.