]> AND Private Git Repository - HindawiJournalOfChaos.git/blob - IH/iihmsp13/securityci3.tex
Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Private GIT Repository
abstract, conclusion
[HindawiJournalOfChaos.git] / IH / iihmsp13 / securityci3.tex
1 % \subsection{Recall about \CID and topology}\label{sec:recall-ci2-topo}
2
3
4 % \subsubsection{Notations and
5 % terminologies}\label{sec:ci2-topological-model-notations}
6
7
8
9 \subsection{Topological Model}
10 \label{sec:cis2-topological-model}
11
12 % \section{THE NEW TOPOLOGICAL SPACE}
13 In this section, we firstly recall the topology used in~\cite{fgb11:ip}, 
14 to model the steganographic scheme \CID as a
15 discrete dynamical system in a topological space. 
16 The security level of \CID is then recalled
17 at the end of this section.
18
19
20
21
22
23 % \begin{definition}
24 % For $k \in \mathds{N}^\ast$, 
25 % the \emph{initial function} is the map $i_k:  \mathbb{S}_k  \longrightarrow
26 % \llbracket 1, \mathsf{k} \rrbracket$ defined by $i_k\left((S^{n})_{n\in
27 % \mathds{N}}\right) = S^{0}$.
28 % \end{definition}
29 % Intuitivelly speaking, this function returns the first element of a strategy.
30
31 % \begin{definition}%[Shift function] 
32 % Let $k \in \mathds{N}^\ast$. The \emph{shift
33 % function} is the map $\sigma_k: \mathbb{S}_k  \longrightarrow
34 %  \mathbb{S}_k$ defined by $\sigma_k\left((S^{n})_{n\in
35 % \mathds{N}}\right)=(S^{n+1})_{n\in \mathds{N}}$.
36 % \end{definition}
37
38 % Intuitivelly speaking,
39 % this function shifts the strategy to the right, or, equivalently,
40 % removes its first element. 
41 % It is now possible to give some recalls in the field of the mathematical
42 % topology~\cite{Schwartz80} to make this document self contained.
43
44 % \subsection{Topological spaces, open sets, and neighborhoods}
45
46 % \subsection{Iteration Function, Phase Space, and Distance}
47
48 % \label{Defining}
49
50
51 % \begin{definition}[Function $F$]
52 Let
53 \begin{equation*}
54 \begin{array}{ll}
55 \mathcal{F}: & \llbracket0;\mathsf{N-1}\rrbracket \times
56 \mathds{B}^{\mathsf{N}}\times \llbracket0;\mathsf{P-1}\rrbracket  \times
57 \mathds{B}^{\mathsf{P}}
58 \longrightarrow \mathds{B}^{\mathsf{N}} \\
59  & (k,x,\lambda,m)  \longmapsto  \left( \delta
60  (k,j).x_j+\overline{\delta (k,j)}.m_{\lambda}\right) _{j\in
61  \llbracket0;\mathsf{N-1}\rrbracket}\\
62  \end{array}%
63 \end{equation*}%
64 %\end{definition}
65
66 %\noindent where + and . are the Boolean addition and product operations.
67 \noindent where + and . are the Boolean ``or'' and ``and''
68 operators, and where $\delta(b_1,b_2)$ is 0 iff $b_1$ is equal to $b_2$.
69
70 Consider the phase space $\mathcal{X}_2$ defined as follows:
71 $\mathcal{X}_2 =  \mathbb{S}_N \times \mathds{B}^\mathsf{N} \times \mathbb{S}_P
72 \times \mathds{B}^\mathsf{P} \times \mathbb{S}_P,$
73 %\begin{definition}[Phase space $\mathcal{X}_2$]
74 % \begin{equation*}
75 % \mathcal{X}_2 =  \mathbb{S}_N \times \mathds{B}^\mathsf{N} \times \mathbb{S}_P
76 % \times \mathds{B}^\mathsf{P} \times \mathbb{S}_P,
77 % \end{equation*}
78 where $\mathbb{S}_N$ and $\mathbb{S}_P$ are the sets introduced in
79 Section~\ref{sec:ci2:notations}.
80
81 %\end{definition}
82
83 The map $\mathcal{G}_{f_0}:\mathcal{X}_2  \longrightarrow 
84 \mathcal{X}_2$ is defined by: $\mathcal{G}_{f_0}\left(S_p,x,S_c,m,S_m\right) = $
85 $$\left(\sigma_N(S_p),\mathcal{F}(i_N(S_p),x,i_P(S_c),m),\sigma_P(S_c),G_{f_0}(S_m,m),\sigma_P(S_m)\right)$$
86 % \begin{equation*}
87 % \mathcal{G}_{f_0}\left(S_p,x,S_c,m,S_m\right) =  \left(\sigma_N(S_p),\right. 
88 % \end{equation*}
89 % \begin{equation*}
90 % \left.\mathcal{F}(i_N(S_p),x,i_P(S_c),m),\sigma_P(S_c),G_{f_0}(m,S_m),\sigma_P(S_m)\right).
91 % \end{equation*}
92 where $i_N$ and $\sigma_N$ are given in Section~\ref{sec:common-notations}.
93
94 Then $\CID$ can be described by the
95 iterations of the following discrete dynamical system:
96 $$X^0 \in \mathcal{X}_2 \text{ and } X^{k+1}=\mathcal{G}_{f_0}(X^k).$$
97
98 %\begin{definition}[Discret Dynamical System for SCISMM]
99 % \begin{equation*}
100 % \left\{
101 % \begin{array}{l}
102 % X^0 \in \mathcal{X}_2 \\
103 % X^{k+1}=\mathcal{G}_{f_0}(X^k).%
104 % \end{array}%
105 % \right.
106 % \end{equation*}%
107 %\end{definition}%
108
109
110 %\subsection{Cardinality of $\mathcal{X}_2$}
111
112 % It has been proven
113 % in~\cite{fgb11:ip} that:
114
115 % \begin{proposition}
116 % %The phase space $\mathcal{X}_2$ has, at least, the cardinality of the
117 % %continuum.
118 % $\mathcal{X}_2$ has, at least, the cardinality of the continuum.
119 % \end{proposition}
120
121 % \begin{proof}
122 % Let $\varphi$ be the map defined as follow:
123
124 % \begin{equation*}
125 % \begin{array}{lcll}
126 % \varphi: & \mathcal{X}_1 & \longrightarrow & \mathcal{X}_2 \\
127 %  & (S,x) &  \longmapsto  &(S,x,0,0,0)\\
128 %  \end{array}%
129 % \end{equation*}%
130
131 % \noindent $\varphi$ is  injective.
132 % So the cardinality of  $\mathcal{X}_2$ is greater than or equal to the
133 % cardinality of $\mathcal{X}_1$. And consequently
134 % $\mathcal{X}_2$ has at least the cardinality of the continuum.
135 % \end{proof}
136
137
138
139 %\begin{remark}
140 %This result is independent on the number of cells of the system~\cite{fgb11:ip}.
141 %\end{remark}
142
143
144 %\subsection{The Distance on $\mathcal{X}_2$}
145
146 A new distance has been defined on $\mathcal{X}_2$ as follow: 
147 %\begin{definition}[Distance $d_2$ on $\mathcal{X}_2$]
148 $\forall X,\check{X} \in \mathcal{X}_2,$ if
149 $X =(S_p,x,S_c,m,S_m)$ and
150 $\check{X} = (\check{S_p},\check{x},\check{S_c},\check{m}, \check{S_m}),$ then:
151 $d_2(X,\check{X}) =$
152 $$d_{\mathds{B}^{\mathsf{N}}}(x,\check{x})+d_{\mathds{B}^{\mathsf{P}}}(m,\check{m})
153 + d_{\mathbb{S}_N}(S_p,\check{S_p})+d_{\mathbb{S}_P}(S_c,\check{S_c}) +
154 d_{\mathbb{S}_P}(S_m,\check{S_m}),$$
155
156
157 % \begin{equation*}
158 % \begin{array}{lll}
159 % d_2(X,\check{X}) & = &
160 % d_{\mathds{B}^{\mathsf{N}}}(x,\check{x})+d_{\mathds{B}^{\mathsf{P}}}(m,\check{m})\\
161 % & + &
162 % d_{\mathbb{S}_N}(S_p,\check{S_p})+d_{\mathbb{S}_P}(S_c,\check{S_c})\\
163 % & + &d_{\mathbb{S}_P}(S_m,\check{S_m}),\\
164 % \end{array}
165 % \end{equation*}
166 where 
167 %  $d_{\mathds{B}^{\mathsf{N}}}$, $d_{\mathds{B}^{\mathsf{P}}}$,
168 % $d_{\mathbb{S}_N}$, and $d_{\mathbb{S}_P}$
169 % are the same distances than in
170 %Definition~\ref{def:distance-on-X1}.
171 %\end{definition}
172 % are the two distances defined by:
173
174 $\displaystyle{d_{\mathds{B}^{\mathsf{N}}}}$ and
175 $\displaystyle{d_{\mathds{S}^{\mathsf{N}}}}$ are the two distances defined in
176 Section~\ref{sec:common-notations}.
177
178
179
180
181
182
183
184 %\subsection{Devaney's topological chaos of $\mathcal{CIS}_2$}
185 %\subsection{Topological security and stego-security of $\mathcal{CIS}_2$}
186
187 %To demonstrate that \CID is another example of topological chaos in the
188 %sense of Devaney, it has been firstly 
189 We have then established 
190 %in~\cite{fgb11:ip} 
191 that
192 $\mathcal{G}_{f_0}$ is continuous on $(\mathcal{X}_2,d_2)$. %~\cite{fgb11:ip}.
193 %\begin{proposition}
194 %$\mathcal{G}_{f_0}$ is a continuous function on $(\mathcal{X}_2,d_2)$.
195 %\end{proposition}
196
197 Using these materials, the security study of
198 \CID has been initiated in~\cite{fgb11:ip}. 
199
200 % \begin{proof}
201 % We use the sequential continuity.
202
203 % Let $((S_p)^n,x^n,(S_c)^n,m^n,(S_m)^n)_{n\in \mathds{N}}$ be a sequence of the
204 % phase space $\mathcal{X}_2$, which converges to $(S_p,x,S_c,m,S_m)$. We will prove
205 % that $\left( \mathcal{G}_{f_0}((S_p)^n,x^n,(S_c)^n,m^n,(S_m)^n)\right) _{n\in
206 % \mathds{N}}$ converges to $\mathcal{G}_{f_0}(S_p,x,S_c,m,S_m)$. Let us recall
207 % that for all $n$, $(S_p)^n$, $(S_c)^n$ and $(S_m)^n$ are strategies, thus we
208 % consider a sequence of strategies (\emph{i.e.}, a sequence of sequences).
209
210
211 % As $d_2(((S_p)^n,x^n,(S_c)^n,m^n,(S_m)^n),(S_p,x,S_c,m,S_m))$ converges to 0,
212 % each distance
213 % $d_{\mathds{B}^{\mathsf{N}}}(x^n,x)$, $d_{\mathds{B}^{\mathsf{P}}}(m^n,m)$,  
214 % $d_{\mathbb{S}_N}((S_p)^n,S_p)$, $d_{\mathbb{S}_P}((S_c)^n,S_c)$, and
215 % $d_{\mathbb{S}_P}((S_m)^n,S_m)$ converges to 0. But
216 % $d_{\mathds{B}^{\mathsf{N}}}(x^n,x)$ and $d_{\mathds{B}^{\mathsf{P}}}(m^n,m)$
217 % are integers, so $\exists n_{0}\in \mathds{N}, \forall
218 % n \geqslant n_0,
219 % d_{\mathds{B}^{\mathsf{N}}}(x^n,x)=0$ and $\exists n_{1}\in \mathds{N},
220 % \forall n \geqslant n_1, d_{\mathds{B}^{\mathsf{P}}}(m^n,m)=0$. 
221
222 % Let $n_3=Max(n_0,n_1)$.
223 % In other words, there exists a threshold $n_{3}\in \mathds{N}$ after which no
224 % cell will change its state:
225 % $\exists n_{3}\in \mathds{N},n\geqslant n_{3}\Longrightarrow (x^n = x) \wedge
226 % (m^n = m).$
227
228 % In addition, $d_{\mathbb{S}_N}((S_p)^n,S_p)\longrightarrow 0$,
229 % $d_{\mathbb{S}_P}((S_c)^n,S_c)\longrightarrow 0$, and
230 % $d_{\mathbb{S}_P}((S_m)^n,S_m)\longrightarrow 0$, so $\exists n_4,n_5,n_6\in
231 %  \mathds{N},$
232 %  \begin{itemize}
233 %    \item $\forall n \geqslant n_4, d_{\mathbb{S}_N}((S_p)^n,S_p)<10^{-1}$,
234 %    \item $\forall n \geqslant n_5, d_{\mathbb{S}_P}((S_c)^n,S_c)<10^{-1}$,
235 %    \item $\forall n \geqslant n_6, d_{\mathbb{S}_P}((S_m)^n,S_m)<10^{-1}$.
236 %  \end{itemize}
237 %  
238 %  Let $n_7=Max(n_4,n_5,n_6)$. For
239 %  $n\geqslant n_7$, all the strategies $(S_p)^n$, $(S_c)^n$, and $(S_m)^n$ have the same
240 %  first term, which are respectively $(S_p)_0$,$(S_c)_0$ and $(S_m)_0$ :$\forall n\geqslant n_7,$
241 % $$((S_p)_0^n={(S_p)}_0)\wedge
242 % ((S_c)_0^n={(S_c)}_0)\wedge ((S_m)_0^n={(S_m)}_0).
243 % $$
244
245 % Let $n_8=Max(n_3,n_7)$.
246 % After the $n_8-$th term, states of $x^n$ and $x$ on the one hand, and $m^n$ and $m$ on the other hand, are
247 % identical. Additionally, strategies $(S_p)^n$ and $S_p$, $(S_c)^n$ and $S_c$, and $(S_m)^n$
248 % and $S_m$  start with the same first term.
249
250 % Consequently, states of
251 % $\mathcal{G}_{f_0}((S_p)^n,x^n,(S_c)^n,m^n,(S_m)^n)$ and $\mathcal{G}_{f_0}(S_p,x,S_c,m,S_m)$ are equal,
252 % so, after the $(n_8)^{th}$ term, the distance $d_2$ between these two
253 % points is strictly smaller than $3.10^{-1}$, so strictly smaller than 1.
254
255 %  We now prove that the distance between $\left(
256 % \mathcal{G}_{f_0}((S_p)^n,x^n,(S_c)^n,m^n,(S_m)^n)\right) $ and $\left(
257 % \mathcal{G}_{f_0}(S_p,x,S_c,m,S_m)\right) $ is convergent to 0.
258 % Let $\varepsilon >0$. 
259
260 % \begin{itemize}
261 % \item If $\varepsilon \geqslant 1$, we have seen that distance
262 % between $\mathcal{G}_{f_0}((S_p)^n,x^n,(S_c)^n,m^n,(S_m)^n)$ and 
263 % $\mathcal{G}_{f_0}(S_p,x,S_c,m,S_m)$ is
264 % strictly less than 1 after the $(n_8)^{th}$ term (same state).
265 % \medskip
266
267 % \item If $\varepsilon <1$, then $\exists k\in \mathds{N},10^{-k}\geqslant
268 % \frac{\varepsilon}{3} \geqslant 10^{-(k+1)}$. As
269 % $d_{\mathbb{S}_N}((S_p)^n,S_p)$, $d_{\mathbb{S}_P}((S_c)^n,S_c)$ and
270 % $d_{\mathbb{S}_P}((S_m)^n,S_m)$  converges to 0, we have:
271 % \begin{itemize}
272 %  \item $\exists n_9\in \mathds{N},\forall n\geqslant
273 %  n_9,d_{\mathbb{S}_N}((S_p)^n,S_p)<10^{-(k+2)}$,
274 %  \item $\exists n_{10}\in \mathds{N},\forall n\geqslant
275 %  n_{10},d_{\mathbb{S}_P}((S_c)^n,S_c)<10^{-(k+2)}$,
276 %  \item $\exists n_{11}\in \mathds{N},\forall n\geqslant
277 %  n_{11},d_{\mathbb{S}_P}((S_m)^n,S_m)<10^{-(k+2)}$.
278 % \end{itemize}
279 %   
280 % Let $n_{12}=Max(n_9,n_{10},n_{11})$
281 % thus after $n_{12}$, the $k+2$ first terms of $(S_p)^n$ and $S_p$, $(S_c)^n$ and
282 % $S_c$, and $(S_m)^n$ and $S_m$, are equal.
283 % \end{itemize}
284
285
286 % \noindent As a consequence, the $k+1$ first entries of the strategies of
287 % $\mathcal{G}_{f_0}((S_p)^n,x^n,(S_c)^n,m^n,(S_m)^n)$ and $
288 % \mathcal{G}_{f_0}(S_p,x,S_c,m,S_m)$ are the same
289 % (due to the shift of strategies) and following the definition of
290 % $d_{\mathbb{S}_N}$ and $d_{\mathbb{S}_P}$:
291 % $$d_2\left(\mathcal{G}_{f_0}((S_p)^n,x^n,(S_c)^n,m^n,(S_m)^n);\mathcal{G}_{f_0}(S_p,x,S_c,m,S_m)\right)$$
292 % is equal to :
293 % $$d_{\mathbb{S}_N}((S_p)^n,S_p) + d_{\mathbb{S}_P}((S_c)^n,S_c) +
294 % d_{\mathbb{S}_P}((S_m)^n,S_m)$$
295 % which is smaller than $3.10^{-(k+1)} \leqslant 3.\frac{\varepsilon}{3} =\varepsilon$.
296
297 % Let $N_{0}=max(n_{8},n_{12})$. We can claim that
298 % \begin{equation*}
299 % \forall \varepsilon >0,\exists N_{0}\in \mathds{N},\forall n\geqslant N_{0},
300 % \end{equation*}
301 % \begin{equation*}
302 % d_2\left(\mathcal{G}_{f_0}((S_p)^n,x^n,(S_c)^n,m^n,(S_m)^n);\mathcal{G}_{f_0}(S_p,x,S_c,m,S_m)\right)
303 % \leqslant \varepsilon .
304 % \end{equation*}
305 % $\mathcal{G}_{f_0}$ is consequently continuous on $(\mathcal{X}_2,d_2)$.
306 % \end{proof}
307
308 % \subsection{$\mathcal{CIS}_2$ is Chaotic}
309
310 \subsection{Known Security Related Resultson \CID}
311
312
313 %%%% Then it has been proven% in~\cite{fgb11:ip}
314 %Then it has been
315 We have proven
316 that $(\mathcal{X}_2,\mathcal{G}_{f_0})$ is topologically \textbf{transitive},
317 \textbf{regular}, and has \textbf{sensitive dependence on initial conditions}.
318 Then we have the result:
319
320 \begin{theorem}%[$\mathcal{G}_{f_0}$ is a chaotic map]
321 \label{theo:topo-secure-cis2}
322 $\mathcal{G}_{f_0}$ is a chaotic map on $(\mathcal{X}_2,d_2)$ in the sense of
323 Devaney. Consequently the scheme \CID is topologically secure.
324 \end{theorem}
325
326 % So the topological security is established:
327
328 % \begin{theorem}%[Chaos-security of $\mathcal{CIS}_2$]
329 % \label{theo:cis2-chaosecurity}
330
331 % \end{theorem}
332
333 Let us finally recall the following theorem about the security of \CID, which has been established too
334 in~\cite{fgb11:ip}.
335
336 \begin{theorem}
337 \label{theorem:stego-secu-cis2}
338 \CID is stego-secure.
339 \end{theorem}
340
341 % In previous works~\cite{arxive:lyapunov-CIS-2}, it has been also mathematically
342 % studied and evaluated the lyapunov exponent of \CID.
343 % Consider a dynamical system with an infinitesimal error on the initial condition
344 % $x_0$ . When the Lyapunov exponent is positive, this error will increase
345 % exponentially (situation of topological chaos), whereas it will decrease if
346 % $\lambda (x_0) \leq 0$.
347
348
349 % \begin{theorem}
350 % $\forall x^0 \in \mathcal{L}$, the Lyapunov exponent of \CID having
351 % $x^0$ for initial condition is equal to $\lambda(x^0) = \ln (NP^2)>0$.
352 % \end{theorem}
353 % %\subsection{New Security Properties}
354
355 In the following subsection, one other  security-related
356 property concerning the watermarking scheme \CID will be established. It is  a
357 qualitative property called strong transitivity.
358
359 % \subsection{Constant of Sensitivity
360 % Evaluation}\label{sec:quantitative-properties-ci2}
361
362 % In this section, we study and evaluate one of the quantitative properties
363 % of the topological-security of the steganographic process \CID: the constant of
364 % sensitivity.
365
366 % \begin{proposition}%[Constant of sensitivity of $ \mathcal{G}_{f_0}$]
367 % \label{prop:sensitivity-constant-evaluation}
368
369 % $(\mathcal{X}_2,\mathcal{G}_{f_0})$ has sensitive dependence on initial
370 % conditions, and its constant of sensitivity $\delta$ is equal to $\mathsf{N-1}$.
371 % \end{proposition}
372
373 % \begin{proof}
374 % Let us define $\mathcal{X}:\mathcal{X}_2\rightarrow \mathbb{B}^{\mathsf{N}},$
375 % such that $$\mathcal{X}(S_p,x,S_c,m,S_m)=x$$ and
376 % $\mathcal{M}:\mathcal{X}_2\rightarrow \mathbb{B}^{\mathsf{P}},$ such that
377 % $\mathcal{M}(S_p,x,S_c,m,S_m)=m$.
378
379 % Let $\check{X}=(\check{S_p},\check{x},\check{S_c},\check{m}, \check{S_m})\in
380 % \mathcal{X}_2$ and $\varepsilon > 0$. We are looking for
381 % $\widetilde{X}=(\widetilde{S_p},\widetilde{x},\widetilde{S_c},\widetilde{m},\widetilde{S_m})$
382 % in $\mathcal{X}_2$ such that $d_2\left(\check{X},\widetilde{X} \right) \leq
383 % \varepsilon$ and $\exists n_0 \in \mathds{N},
384 % d_2\left(\mathcal{G}_{f_0}^{n_0}(\check{X}),\mathcal{G}_{f_0}^{n_0}(\widetilde{X})
385 % \right) \geq N-1$.
386 % Let $k_{0}(\varepsilon)=\lfloor - \log _{10}(\frac{\varepsilon}{3})\rfloor +1$,
387 % and consider the set:
388 % $$\mathcal{S}_{\check{S_p},\check{S_c},\check{S_m}, k_0} =\left\{ S
389 % \in \mathbb{S}_N \times \mathbb{S}_P \times \mathbb{S}_P/ ((S_p)^k= \right.$$
390 % $$\left.(\check{S_p})^k) \wedge ((S_c)^k =(\check{S_c})^k)) \wedge
391 % ((S_m)^k=(\check{S_m})^k)), \forall k \leqslant k_0(\varepsilon) \right\}.$$
392 % Then, 
393 % $\forall (S_p,S_c,S_m) \in
394 % \mathcal{S}_{\check{S_p},\check{S_c},\check{S_m},k_0},$
395 % $$d_2((S_p,\check{x},S_c,\check{m},S_m);(\check{S_p},\check{x},\check{S_c},\check{m},
396 % \check{S_m})) < 3.\frac{\varepsilon}{3}=\varepsilon.$$
397
398 % Let $\mathcal{J} =\left\{i\in
399 % \llbracket0,\mathsf{N-1}\rrbracket/
400 % \mathcal{X}\left(\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}}(\check{X})\right)_{i} \neq
401 % \mathcal{X}\left(\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}+N}(\check{X})\right)_{i}\right\}$ the
402 % set of the indexes of cells of the second component different between the two
403 % states $\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}}(\check{X})$ and
404 % $\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}+\mathsf{N}}(\check{X})$.
405
406 % Let $\lambda = card(\mathcal{J})$ be the number of differences.
407
408 % \begin{enumerate}
409 %   \item If $\lambda = \mathsf{N}$, then the point
410 %   $\widetilde{X}=(\widetilde{S_p},\widetilde{x},\widetilde{S_c},\widetilde{m},\widetilde{S_m})$
411 %   defined by: \begin{enumerate}
412 %     \item $\widetilde{x}$ = $\check{x}$ and $\widetilde{m}$ = $\check{m}$ in
413 %     order to have the same second and fourth projections that $\check{X}$,
414 %     and thus have a possibility to be at a distance inferior to 1 of
415 %     $\check{X}$.
416 %   \item $\forall k \leqslant k_0(\varepsilon), (S_p^\ast)^k=
417 %   (\check{S_p})^k$, $(S_c^\ast)^k= (\check{S_c})^k$, and
418 %   $(S_m^\ast)^k= (\check{S_m})^k$ in order to be $\varepsilon$-close to
419 %   $\check{X}$.
420 % \item Let us now explain how to construct the three strategies $S_p^\ast$, 
421 % $S_c^\ast$, and $S_m^\ast$. It is done by replacing 
422 % $\mathcal{X}(\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}}(\check{S}))_q$, $\forall q \in \llbracket0;\mathsf{N-1}\rrbracket$ with $(\lambda = \mathsf{N})$ in order to
423 % have a second projection $(x)$ whose cells are all different:\newline
424 % First of all, we must replace
425 % $\mathcal{X}(\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}}(\check{S}))_0$ (with $q=0$):
426 % \begin{enumerate}
427 %   \item If $\exists \lambda_0 \in \llbracket0;\mathsf{P-1}\rrbracket /
428 %   \mathcal{X}(\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}}(\check{S}))_q \neq
429 %   \check{m}_{\lambda_0}$, then we can choose $(S_p^\ast)^{k_0+1}=q$, $(S_c^\ast)^{k_0+1}=\lambda_0$,
430 %  $(S_m^\ast)^{k_0+1}=\lambda_0$, and so $I_q$ will be equal to $1$.
431 %  \item If such a $\lambda_0$ does not exist, we choose:\newline
432 %  $(S_p^\ast)^{k_0+1}=q$, $(S_c^\ast)^{k_0+1}=0$,
433 %  $(S_m^\ast)^{k_0+1}=0$,\newline $(S_p^\ast)^{k_0+2}=q$,
434 %  $(S_c^\ast)^{k_0+2}=0$, $(S_m^\ast)^{k_0+2}=0$ \newline and so let us notice
435 %  $I_q=2$.\newline
436
437 % All of the $\mathcal{X}(\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}}(\check{S}))_q$ are replaced similarly.
438 % The other terms of $S_p^\ast$,  $S_c^\ast$, and $S_m^\ast$ are constructed
439 % identically, and the values of $I_q$ are defined on the same way.\newline
440 % Let
441 % $\gamma = \sum_{q=0}^{\mathsf{N-1}}I_q$ with $\lambda= \mathsf{N}$. As $\forall q \in
442 % \llbracket0;\mathsf{N-1}\rrbracket, I_q \geq 1$ we can claim that $\gamma \geq
443 % \mathsf{N}$, so $\gamma >
444 % \mathsf{N-1}$.
445 % \end{enumerate}
446
447 % %  \item $(S_p^\ast)^{k}=(S_p^\ast)^{j}$, $(S_c^\ast)^{k}=(S_c^\ast)^{j}$
448 % %  and $(S_m^\ast)^{k}=(S_m^\ast)^{j}$ where $j\leqslant k_{0}+\gamma$
449 % %  is satisfying $j\equiv k~[\text{mod } (k_{0}+\gamma)]$, if
450 % %  $k>k_{0}+\gamma$.
451
452 % \item $\forall k > k_0 + \gamma, (S_p^\ast)^{k}=0$,
453 % $(S_c^\ast)^{k}=0$ and $(S_m^\ast)^{k}=0$ in order to completely finish defining
454 % $S_p^\ast$, $S_c^\ast$, and $S_m^\ast$.
455 % \end{enumerate}
456
457
458
459 % Let
460 % $X^\ast =(S_p^\ast,\check{x},S_c^\ast,\check{m},S_m^\ast)$.\newline
461 % So,
462 % $\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}+\gamma}(X^\ast)=(S_p^\ast,\overline{(\check{x})},S_c^\ast,m,S_m^\ast)$\newline
463 % (where $\overline{(\check{x})}$ is the boolean negation of $\check{x}$), satisfies\newline
464 % $d_2(X^\ast;\check{X}) < \varepsilon$ (ie. $X^\ast$ is close to
465 % $\check{X}$), and $\forall i \in \llbracket0;\mathsf{N-1}\rrbracket,
466 % \mathcal{X}\left(\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}+\gamma}(X^\ast)\right)_{i} \neq
467 % \mathcal{X}\left(\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}+\gamma}(\check{X})\right)_{i}$, (ie.
468 % the iterate $k_0+\gamma$ of $X^\ast$ is away from the iterate $k_0+\gamma$ of
469 % $\check{X}$ with a distance greater than $\mathsf{N}$), and we have the result.
470
471 % % Let $\mathcal{K} =\left\{ i \in \llbracket0;\mathsf{P-1}\rrbracket / m_i \neq
472 % % \mathcal{M}(X_{B})_{i}, \text{ where }\right.$\newline
473 % % $\left.(S_p^\ast,x_B,S_c^\ast,m,S_m^\ast)=\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}+\gamma}((S_p^\ast,x_A,S_c^\ast,m_A,S_m^\ast))\right\},$\newline
474 % % $\mu = card(\mathcal{K})$ and $r_0 <r_1 < ... < r_{\mu-1}$ the elements of $
475 % % \mathcal{K}$.
476 %  
477 %  
478 %   \item On the contrary, if $\lambda < \mathsf{N}$, let $j_1 < ... <
479 %   j_{\lambda}$ be the elements of $\mathcal{J}$, and $j_0 \not\in
480 %   \mathcal{J}$.  Let us here build $\widetilde{X}$ and the three strategies
481 %   $\widetilde{S_p}$, $\widetilde{S_c}$, $\widetilde{S_m}$ as follows.
482 % \begin{enumerate}
483 %   \item $\widetilde{x}$ = $\check{x}$ and $\widetilde{m}$ = $\check{m}$ in
484 %     order to have the same second and fourth projections that $\check{X}$,
485 %     and thus have a possibility to be at a distance inferior to 1 of
486 %     $\check{X}$.
487 %   \item $\forall k \leqslant k_0(\varepsilon), (\widetilde{S_p})^k=
488 %   (\check{S_p})^k$, $(\widetilde{S_c})^k= (\check{S_c})^k$, and
489 %   $(\widetilde{S_m})^k= (\check{S_m})^k$ in order to be $\varepsilon$-close
490 %   to $\check{X}$.
491 %  \item Let us now explain how to construct the three strategies $S_p^\ast$, 
492 % $S_c^\ast$, and $S_m^\ast$. It is done by replacing 
493 % $\mathcal{X}(\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}}(\check{S}))_q$, $\forall q \in \llbracket0;\mathsf{N-1}\rrbracket$ with $(\lambda = \mathsf{N})$ in order to
494 % have a second projection $(x)$ whose cells are all different:\newline
495 % First of all, we must replace
496 % $\mathcal{X}(\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}}(\check{S}))_0$ (with $q=0$):
497 % \begin{enumerate}
498 %   \item If $\exists \lambda_0 \in \llbracket0;\mathsf{P-1}\rrbracket /
499 %   \mathcal{X}(\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}}(\check{S}))_q \neq
500 %   \check{m}_{\lambda_0}$, then we can choose $(S_p^\ast)^{k_0+1}=q$, $(S_c^\ast)^{k_0+1}=\lambda_0$,
501 %  $(S_m^\ast)^{k_0+1}=\lambda_0$, and so $I_q$ will be equal to $1$.
502 %  \item If such a $\lambda_0$ does not exist, we choose:\newline
503 %  $(S_p^\ast)^{k_0+1}=q$, $(S_c^\ast)^{k_0+1}=0$,
504 %  $(S_m^\ast)^{k_0+1}=0$,\newline $(S_p^\ast)^{k_0+2}=q$,
505 %  $(S_c^\ast)^{k_0+2}=0$, $(S_m^\ast)^{k_0+2}=0$ \newline and so let us notice
506 %  $I_q=2$.\newline
507
508 % All of the $\mathcal{X}(\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}}(\check{S}))_q$ are replaced similarly.
509 % The other terms of $S_p^\ast$,  $S_c^\ast$, and $S_m^\ast$ are constructed
510 % identically, and the values of $I_q$ are defined on the same way.\newline
511 % Let
512 % $\gamma = \sum_{q=0}^{\mathsf{N-1}}I_q$ with $\lambda= \mathsf{N}$. As $\forall q \in
513 % \llbracket0;\mathsf{N-1}\rrbracket, I_q \geq 1$ we can claim that $\gamma \geq
514 % \mathsf{N}$, so $\gamma >
515 % \mathsf{N-1}$.
516 % \end{enumerate}
517 %   \item $\widetilde{S_p}^k=(S_p^\ast)^k$, $\widetilde{S_c}^k=(S_c^\ast)^k$, and
518 % $\widetilde{S_m}^k=(S_m^\ast)^k$, if $k \leqslant k_0 + \gamma.$
519 % \item  Let us now explain how to replace $\mathcal{M}(X_{B})_{r_q}, \forall q
520 % \in \llbracket0;\mathsf{\mu-1}\rrbracket$:
521 %   
522 % First of all, we must replace $\mathcal{M}(X_{B})_{r_0}$:
523 % \begin{enumerate}
524 %   \item If $\exists \mu_0 \in \llbracket0;\mathsf{N-1}\rrbracket /
525 %   \mathcal{M}(X_{B})_{r_0}=(x_B)_{\mu_0}$, then we can choose 
526 %  $\widetilde{S_p}^{k_0+\gamma +1}=\mu_0$, $\widetilde{S_c}^{k_0+\gamma
527 %  +1}=r_0$, $\widetilde{S_m}^{k_0+\gamma
528 %  +1}=r_0$, and $J_{r_0}$ will be equal to $1$.
529 %  \item If such a $\mu_0$ does not exist, we choose:
530 % $\widetilde{S_p}^{k_0+\gamma +1}=0$, $\widetilde{S_c}^{k_0+\gamma
531 %  +1}=r_0$, $\widetilde{S_m}^{k_0+\gamma
532 %  +1}=r_0$,\newline 
533 % $\widetilde{S_p}^{k_0+\gamma +2}=0$, $\widetilde{S_c}^{k_0+\gamma
534 %  +2}=r_0$, $\widetilde{S_m}^{k_0+\gamma
535 %  +2}=0$,\newline 
536 % $\widetilde{S_p}^{k_0+\gamma +3}=0$, $\widetilde{S_c}^{k_0+\gamma
537 %  +3}=r_0$, $\widetilde{S_m}^{k_0+\gamma
538 %  +3}=0$, and so let us notice $J_{r_0}=3$.\newline
539
540 % All the $\mathcal{M}(X_{B})_{r_q}$ are replaced similarly.
541 % The other terms of $\widetilde{S_p}$, 
542 % $\widetilde{S_c}$, and $\widetilde{S_m}$ are constructed identically, and the
543 % values of $J_{r_q}$ are defined on the same way.\newline
544 % Let $\alpha = \sum_{q=0}^{\mu-1}J_{r_q}$.
545 % \end{enumerate}
546 % \item $\forall k \in \mathbb{N}^\ast, \widetilde{S_p}^{k_0+ \gamma + \alpha
547 % + k}=(S_p)_B^{k}$, $\widetilde{S_c}^{k_0+ \gamma + \alpha + k}=(S_c)_B^{k}$, and
548 % $\widetilde{S_m}^{k_0+ \gamma + \alpha + k}=(S_m)_B^{k}$.
549 % \end{enumerate}
550 % \end{enumerate}
551
552 % So,
553 % $\mathcal{G}_{f_0}^{k_{0}+\gamma+\alpha}(\widetilde{S_p},x_A,\widetilde{S_c},m_A,\widetilde{S_m})=X_B$,
554 % with $(\widetilde{S_p},\widetilde{S_c},\widetilde{S_m}) \in \mathcal{S}_{X_{A},
555 % k_0}$.
556 % Then $\widetilde{X} = (\widetilde{S_p},x_A,\widetilde{S_c},m_A,\widetilde{S_m})
557 % \in \mathcal{X}_2$ is such that $\widetilde{X} \in \mathcal{B}_A$ and
558 % $\mathcal{G}_{f_0}^{k_0+\gamma+\alpha}( \widetilde{X}) \in \mathcal{B}_B$.
559 % Finally we have proven the result.
560 % \end{proof}  
561
562 % %\subsubsection{Compacity of the Topological Space for \CID}
563
564
565 % \subsection{Compacity and Strong Transitivity
566 % Study}\label{sec:qualitative-properties-ci2}
567
568 % In this section is introduced a new topological notion called
569 % compacity~\cite{Schwartz80}. This concept will then be used to establish the
570 % strong transitivity, a new qualitative property of the topological-security of
571 %  watermarking process \CID.
572
573 % \subsubsection{Recall About Topological Compacity}
574 % In order to give the topological compacity definition, it is necessary to give
575 % two first other preliminary definitions:
576
577 % \begin{definition}
578 % A Hausdorff space is a topological space in which any two distinct points
579 % always admit disjoint neighborhoods.
580 % \end{definition}
581
582
583 % \begin{remark}
584 % All metric spaces are Hausdorff spaces.
585 % \end{remark}
586
587 % \begin{definition}
588 % Let X be a topological space, then a cover $C$ of $X$ is a collection of subsets
589 % $(U_i)_i \in I$ of X whose union is the whole space X. In this case we say that
590 % C covers X, or that the sets $(U_i)_i \in I$ cover X.
591 % A subcover of C is a subset of C that still covers X.
592 % C is said to be an open cover if each of its members is an open set.
593 % \end{definition}
594
595
596 % \begin{definition}
597 % A Hausdorff topological space is called compact if each of its open covers
598 % has a finite subcover.
599 % \end{definition}
600
601
602
603 % The sequential characterization of the compacity for
604 % metric spaces can now be recalled. This characterization will then be used
605 % in order to prove the strong transitivity of \CID:
606 % \begin{proposition}
607 % A metric space $(\mathcal{X}, d)$ is compact if and only if every infinite
608 % sequence  of $\mathcal{X}$ has a convergent subsequence.
609 % \end{proposition}
610
611 % \subsubsection{Compacity of $\mathcal{X}_2$}
612
613 % So, using the previous sequential characterization of  compacity, it will now be
614 %  proven that:
615
616 % \begin{theorem}
617 % \label{th:compacity-X2}
618 % The metric space $(\mathcal{X}_2, d_2)$ is compact.
619 % \end{theorem}
620
621
622 % \begin{proof}
623 % The following proof is a constructive proof. It will be explain here how it is
624 % always possible to construct a convergent subsequence for any given sequence.
625
626 % Let $(Y^n)_n=((S_p)^n,x^n,(S_c),m^n,(S_m)^n))_{n} \in \mathcal{X}_2^\mathds{N}$
627 % a sequence of points of $\mathcal{X_2}$.
628 % \begin{enumerate}
629 % \item Construction of the first term of the sequential
630 % limit:\newline
631 % \begin{enumerate}
632 %   \item Construction of $I_1$ and $n_x$:\newline
633 %   As
634 %   $\mathds{B}^\mathsf{N}$ is a finite set and as $\forall n \in \mathds{N}, x^n
635 %   \in \mathds{B}^\mathsf{N}$, $\exists \lambda_x \in \mathds{B}^\mathsf{N}$ such
636 %   that $\lambda_x$ appears an infinite number of times in the second projection
637 %   in sequence $(Y^n)_n$.  Let $n_x$ be the first index where this value
638 %   $\lambda_x$ appears. Let $I_1$ denote the set of terms $Y^n$ of the sequence $(Y^n)_n$ such that $x^n=x^{n_x}$. We note $I_1=\left\{ Y^n ~\big/~ n \in \mathds{N} \wedge
639 % x^n=x^{n_x} \right\}$.\newline
640 %   \item Construction of $I_2$ and $n_m$:\newline
641 %   As $I_1$ is an infinite
642 % set, $\mathds{B}^\mathsf{P}$ is a finite set, and $\forall n \in
643 % \mathds{N}, m^n \in \mathds{B}^\mathsf{P}$, $\exists \lambda_m \in
644 % \mathds{B}^\mathsf{P}$ such that $\lambda_m$ appears an infinite number of times
645 % in the second projection in sequence $(Y^n)_n$.  Let $n_m$ be the first index
646 % where this value $\lambda_m$ appears. We note $I_2=\left\{ Y^n \in I_1 ~\big/~ n
647 %  \in \mathds{N} \wedge x^n=x^{n_m} \wedge
648 % m^n=m^{n_m} \right\}$.\newline
649 %   \item Construction of $I_3$ and $p_0$:\newline
650 %   The first terms $\left((S_p)^n\right)^0$
651 % of strategies $(S_p)^n$ of tuples of $I_2$
652 % belong to $\llbracket 1, \mathsf{N} \rrbracket$, and $I_2$ is an infinite set. So, 
653 % $\exists k_p \in \llbracket 1, \mathsf{N} \rrbracket$
654 % for which there is an infinite number of strategies of $I_2$ whose first
655 % term is equal to $k_p$. Let $p_0$ denote the the smallest integer $n$ such that
656 % $Y^n \in I_2$ and $\left( (S_p)^n \right)^0 =  k_p$.
657 % Let $I_3 = \left\{Y^n \in I_2  ~\big/~ \right.$
658 % $n  \in \mathds{N} \wedge x^n=x^{p_0} \wedge m^n=m^{p_0}  \wedge 
659 %  \left( (S_p)^n \right)^0$
660 %  $\left.= \left( (S_p)^{p_0} \right)^0
661 % \right\}$
662 %   \item Construction of $I_4$ and $c_0$, $I_5$ and $m_0$:\newline
663 % In the same way as for the previous item, and for similar reasons, it can be
664 % constructed the two sets $I_4$ and $I_5= \left\{Y^n \in I_4 ~\big/~ \right.$
665 % $n  \in \mathds{N} \wedge x^n=x^{m_0} \wedge m^n=m^{m_0}  \wedge 
666 %  \left( (S_p)^n \right)^0$
667 %  $= \left( (S_p)^{m_0} \right)^0  \wedge  \left( (S_c)^n \right)^0=\left(
668 %  (S_c)^{m_0} \right)^0 $ $\left. \wedge \left(  (S_m)^n \right)^0=\left(
669 %  (S_m)^{m_0} \right)^0 \right\}$
670 % \end{enumerate}
671
672 % \item The construction of all the others
673 % values of the sequential limit and all the other $m_k$ values used in
674 % the subsequence follows exactly the same pattern as
675 % previously.
676 % \end{enumerate}
677
678
679 % \noindent Let $l = \left(\left(\left((S_p)^{m_k}\right)^k,
680 % x^{p_0},\left((S_c)^{m_k}\right)^k,m^{p_0},\left((S_m)^{m_k}\right)^k
681 % \right)_{k \in \mathds{N}}\right)$,\newline then the subsequence
682 % $\left((S_p)^{m_k},x^{m_k},(S_c)^{m_k},m^{m_k},(S_m)^{m_k}\right)$
683 % converges to $l$.
684 % \end{proof}
685
686 % \subsubsection{Strong transitivity of \CID}
687
688 % Let us now give the definition of strong transitivity and recall the
689 % following proposition coming from works of Enrico Formenti~\cite{Formenti1998}:
690
691 % \begin{definition}
692 % \label{def:strong-transitivity}
693 % A discreet dynamical system $(\mathcal{X},f)$ is \emph{strongly transitive} if
694 % and only if $$\forall x,y \in \mathcal{X}, \forall r>0, \exists z \in B(x,r),
695 % \exists n \in \mathbb{N}, f^{(n)}(z)=y.$$
696 % \end{definition}
697
698
699
700 % In other words, for any pair $(x,y)$, there exists a point as
701 % close as we want to $x$ whose one iterate is equal to $y$.
702
703 % We can recall here the following result from~\cite{Formenti1998}:
704
705 % \begin{proposition}
706 % \label{prop:equivalence-transitivity-strong-transitivity}
707 % In a compact metric space, transitivity and strong transitivity are equivalent.
708 % \end{proposition}
709
710 % So according to previous
711 % proposition~\ref{prop:equivalence-transitivity-strong-transitivity}, and the
712 % two theorems~\ref{th:compacity-X2}, and~\ref{theo:topo-secure-cis2}, we have the
713 % following result:
714
715
716
717
718 % \begin{theorem}
719 % \label{theo:strong-transitivity-ci2}
720 % $\mathcal{G}_{f_0}$ is strongly transitive on $(\mathcal{X}_2,d_2)$.
721 % \end{theorem}
722
723 % As a consequence, \CID also strongly transitive.
724
725
726 % %\subsection{Consequences in Attack
727 % %Frameworks}\label{sec:qualitative-properties-ci2}
728
729 % This new qualitative property of \CID allow thus \CID to better
730 % resists attacks in KOA, KMA,CMA and WOA setups as defined in~\cite{Cayre2008} in
731 % a watermarking context.
732
733
734