Homomorphic cryptography in the internet of things ensuring data security and confidentiality
Nesnelerin interneti'nde homomorfik kriptografi: Veri güvenliği ve gizliliğinin sağlanması
- Tez No: 1011217
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMAD ILYAS
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Altınbaş Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Nesnelerin İnterneti (IoT), milyarlarca cihazın bağlanmasını sağlayarak endüstrileri genişletmekle kalmamış, aynı zamanda önemli veri güvenliği ve gizlilik endişeleriyle de patlama yaşamıştır. IoT ağlarında her an veri gönderilip analiz edilir ve depolanırken, sensörler ve akıllı cihazlar gibi sistemler güvenlik ihlallerine karşı savunmasız hale gelmektedir. Geleneksel kriptografik yöntemler, verinin işlenmesi sırasında şifre çözme gerektirdiği için IoT ortamlarının özel gereksinimlerini karşılayamamaktadır. Bu durum, veri gizliliğinin ihlal edilmesine ve ağın savunmasız hale gelmesine neden olmaktadır. Bu tezin ikinci bölümünde, bu güvenlik zorluklarına çözüm olarak homomorfik şifreleme ve özellikle Paillier kriptosistemi incelenmektedir. Paillier şifreleme yöntemi, verilerin şifrelerinin çözülmesine gerek kalmadan doğrudan işlenmesini mümkün kılarak, IoT ortamlarında gizliliği koruyan bir veri yönetimi yaklaşımı sunmaktadır. Bu araştırmada, Paillier kriptosisteminin temel bileşenleri olan anahtar üretimi, şifreleme ve şifre çözme ayrıntılı olarak ele alınmaktadır. Ancak özellikle homomorfik özellikleri, yani şifrelenmiş veriler üzerinde güvenli toplama işlemi yapabilme yeteneği üzerinde durulmaktadır. IoT ortamında Paillier şifrelemesinin gerçek dünyadaki bir uygulaması gerçekleştirilmiş, şifreleme ve şifre çözme süresi, veri iletim gecikmesi ve kaynak kullanımı değerlendirilerek, kaynak açısından kısıtlı IoT cihazları için uygulanabilir olup olmadığı test edilmiştir. Ayrıca, diğer kriptografik yöntemlerle kıyaslama yapılarak, Paillier şifrelemesinin IoT için avantajları ve sınırlamaları ortaya konulmuştur. Elde edilen sonuçlar, Paillier kriptosisteminin IoT için güvenli bir veri yönetimi açısından dengeli bir çözüm sunduğunu doğrulamaktadır. Standart cihazlarda ölçeklenebilir bir şekilde çalışabilmesi, aynı zamanda özel işlemleri desteklemesi açısından uygun bir model olduğu görülmüştür. Son olarak, bu tezde Paillier şifrelemesinin IoT güvenliği bağlamındaki genel etkileri tartışılmakta ve performans optimizasyonu ile daha esnek homomorfik şifreleme sistemleri üzerine ileri araştırmalar yapılması önerilmektedir.
Özet (Çeviri)
The Internet of Things (IoT) has exponentially grown, not only expanding industry by connecting billions of devices but also exploding with significant data security and privacy concerns. With every bit of data being constantly sent, analyzed, and stored in IoT networks, devices such as sensors and smart appliances are vulnerable to security breaches. These traditional cryptographic methods fail to meet the unique requirements of IoT scenarios, as decryption is needed during the process, resulting in data privacy leakage as well as the vulnerability of the network. In the second part of this thesis, we explore homomorphic encryption, particularly the Paillier cryptosystem, as a solution to these challenges that enables operations in encrypted data without the need for decryption. Using Paillier encryption to encrypt data can provide a promising approach for privacy-preserving data management in an IoT environment while keeping data confidential through processing. In this research, we delve deep into the key components of the Paillier cryptosystem, including key generation, encryption, and decryption, but more specifically, its homomorphic properties that enable the secure addition of the encrypted data. A real-world application of Paillier encryption in an IoT environment is demonstrated by doing a practical implementation of it and evaluating encryption and decryption time, data transmission latency, and resource utilization in order to find out if it is viable for resource-constrained IoT devices. We also compare with other cryptographic methods and show how Paillier encryption is advantageous and limited when used for IoT. The results verify that the Paillier cryptosystem is a balanced solution for secure data inside IoT in the sense of scalable execution on standard devices while supporting private operations at levels appropriate to the capabilities of such standard devices. Finally, this thesis discusses several implications of this thesis in more general terms for IoT security and potential areas for further research, including optimizing the performance of Paillier and researching more versatile homomorphic systems.
Benzer Tezler
- Bulut tabanlı otonom sürüş sıstemlerınde görüntü işleme ıçın tam homomorfık şıfreleme yaklaşımı
A fully homomorphic encryption approach to image processing in cloud based autonomous driving systems
KAMRAN SAEED
Doktora
Türkçe
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMED FATİH ADAK
- Tıbbi nesnelerin interneti (IoMT) için mahremiyet-artırıcı bir makine öğrenmesi yaklaşımı
A privacy-enhancing machine learning approach for the internet of medical things (IoMT)
RIZWAN UZ ZAMAN WANI
Doktora
Türkçe
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolEge ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜ CAN
- Simulation of a homomorphic encryption system
Homomorfik bir şifreleme sisteminin simülasyonu
HANİFE ÇAĞIL BOZDUMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN AFACAN
- RSA ve ELGAMAL kısmi homomorfik kripto sistemlerin vergi ödeme sistemine uygulanması ve bu uygulamaların performans analizleri
Application of RSA and ELGAMAL partial homomorphic crypto system to tax payment system and performance analysis of these applications
HASAN ÇETİNKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ENVER ÖZDEMİR
- Internet voting based on homomorphic encryption
Homomorfik şifrelemeye dayanan internet seçimi
HAKAN YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKriptografi Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DR. MUHİDDİN UĞUZ
DR. MEHMET SABIR KİRAZ