Nesnelerin interneti ve kriptografi destekli güvenli uçtan uca enerji aktarımıyla topluluk bazlı yenilenebilir enerji kaynaklarının adil paylaşımı
Fair sharing of community-based renewable energy resources through secure end-to-end energy transfer with internet of things and cryptography support
- Tez No: 1021462
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALPER ÇİÇEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Enerji, Matematik, Electrical and Electronics Engineering, Energy, Mathematics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Trakya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Hesaplamalı Bilimler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Küresel enerji sistemleri, fosil yakıt bağımlılığının yarattığı iklim krizi baskısı ve merkeziyetçi yönetim modellerinin yetersizlikleri nedeniyle köklü bir dönüşüm sürecinden geçmektedir. Bu dönüşümün merkezinde, yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen fazla enerjinin topluluk üyeleri arasında doğrudan paylaşılmasını sağlayan Eşten Eşe enerji ticareti modeli yer almaktadır. Ancak mevcut P2P sistemleri, ekonomik verimlilik odaklı tasarımları nedeniyle adil dağılımı ikincil planda bırakmakta; bu durum katılımcıların uzun vadeli sisteme bağlılığını tehdit eden ekonomik eşitsizliklere yol açmaktadır. Bu tez, söz konusu boşluğu doldurmak amacıyla Nesnelerin İnterneti (IoT) ve kriptografi destekli, güvenli uçtan uca enerji aktarımı gerçekleştiren ve topluluk bazlı yenilenebilir enerji kaynaklarının adil paylaşımını sağlayan ortak bir sistem modeli önermektedir. Çalışmada akıllı şebekeler, mikro şebekeler, blokzincir altyapısı, kriptografik güvenlik mekanizmaları ve oyun teorisi tabanlı adalet modelleri kapsamlı biçimde ele alınmıştır. Önerilen sistem; AES-128 (Fernet) simetrik şifreleme ve SHA-256 tabanlı zincirleme hash yapısından oluşan iki katmanlı bir kriptografik güvenlik mimarisi üzerine inşa edilmiştir. Bu mimari, CIA triadının (Gizlilik, Bütünlük, Erişilebilirlik) üç boyutunu birlikte olarak güvence altına almaktadır. Blokzincir tabanlı İş Kanıtı (Proof-of-Work) konsensüs mekanizması, sahte blok ekleme girişimlerini hesaplama maliyeti yükleyerek caydırmaktadır. Adil paylaşım bileşeni için özgün bir iki kademeli dağıtım algoritması (Gelişmiş Adil Paylaşım) geliştirilmiştir. Bu algoritma; birinci kademede tüm hanelerin kritik enerji ihtiyaçlarını (saatlik tüketimin %50'si) öncelikli biçimde karşılamakta, ikinci kademede ise kalan enerjiyi hane büyüklüğüyle orantılı olarak dağıtmaktadır. Algoritma, kooperatif oyun teorisinin bireysel rasyonellik ilkesinden esinlenmekte; Shapley değerinin O(N!) hesaplama karmaşıklığını O(N)'e indirirken adalet garantisini korumaktadır. Sistem, Edirne iline ait gerçek fotovoltaik verileri (Renewables Ninja, 2019) kullanılarak 250 kW toplam kurulu PV kapasitesine sahip 40 hanehalkından oluşan bir topluluk üzerinde Python tabanlı simülasyon ortamında test edilmiştir. Simülasyon, enerji depolama birimi içermeyen anlık paylaşım modeline dayanmakta olup bu tercih, algoritmanın temel adalet özelliklerini izole biçimde değerlendirmeye olanak tanıyan bilinçli bir tasarım kararıdır. 8.760 saatlik (1 yıllık) simülasyon bulguları, önerilen Gelişmiş Adil Paylaşım modelinin Gini katsayısını 0,362'den 0,303'e düşürerek enerji dağılımı eşitsizliğini yaklaşık %16 oranında azalttığını ortaya koymuştur. Eşit Paylaşım altında hane büyüklük grupları arasında oluşan 600 TL'lik kümülatif kazanç makası, Gelişmiş Adil Paylaşım ile 140 TL'ye gerilemiştir yani yaklaşık %77 oranında daralmıştır. Sekiz hanelik küçük sistem karşılaştırmasında Gelişmiş Adil Paylaşım, Shapley ile neredeyse özdeş adalet performansı sergilemiş (Gini: 0,338 ve 0,336); ancak O(N) hesaplama karmaşıklığıyla büyük ölçekli sistemlere uygulanabilirlik açısından belirleyici bir üstünlük sunmuştur. Güvenlik testleri, sistemin yeniden oynatma, ortadaki adam, sahte türetici ve blok veri manipülasyonu olmak üzere dört farklı siber tehdide karşı %100 başarı oranıyla direnç gösterdiğini doğrulamıştır. Bu tez; teknik güvenlik ile sosyal adalet hedeflerini tek bir çerçevede buluşturan, yenilenebilir enerji topluluklarının sürdürülebilir yönetimine özgün bir katkı sunmaktadır. Sonuçlar, IoT-kriptografi-blokzincir entegrasyonunun ve oyun teorisi destekli adil dağıtım algoritmalarının topluluk enerji sistemleri için uygulanabilir ve ölçeklenebilir bir çözüm oluşturduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Global energy systems are undergoing a fundamental transformation driven by the climate crisis stemming from fossil fuel dependency and the inadequacies of centralized management models. At the heart of this transition lies the Peer-to-Peer energy trading model, which enables surplus energy from renewable sources to be shared directly among community members. However, existing P2P systems tend to prioritize economic efficiency over equitable distribution, resulting in economic inequalities that threaten long-term participant engagement. This thesis proposes an integrated system model that addresses this gap by employing Internet of Things (IoT) and cryptography-supported secure end-to-end energy transfer, enabling fair sharing of community-based renewable energy resources. The study comprehensively covers smart grids, microgrids, blockchain infrastructure, cryptographic security mechanisms, and game theory-based fairness models. The proposed system is built upon a two-layer cryptographic security architecture comprising AES-128 (Fernet) symmetric encryption and SHA-256 based chained hash structure, simultaneously ensuring all three dimensions of the CIA triad (Confidentiality, Integrity, Availability). A blockchain-based Proof-of-Work consensus mechanism deters fraudulent block insertion attempts by imposing computational costs. For the fair sharing component, an original two-stage distribution algorithm (Advanced Fair Sharing) was developed. This algorithm first prioritizes meeting each household's critical energy needs (50% of hourly consumption), then distributes remaining energy proportionally to household size. The algorithm is inspired by the individual rationality principle of cooperative game theory, reducing the O(N!) computational complexity of the Shapley value to O(N) while preserving its fairness guarantee. The system was tested in a Python-based simulation environment on a community of 40 households with a total installed PV capacity of 250 kW, using real photovoltaic data from Edirne, Turkey (Renewables Ninja, 2019). No battery storage system was incorporated; this is a deliberate design decision that isolates the fairness properties of the proposed algorithm under instantaneous sharing conditions. The 8,760-hour (one-year) simulation results demonstrate that the proposed Advanced Fair Sharing model reduces the Gini coefficient from 0.362 to 0.303, decreasing energy distribution inequality by approximately 16%. The cumulative earnings gap between household size groups narrowed from approximately 600 TL to 140 TL, a reduction of 77%. In an eight-household small-scale comparison, the Advanced Fair Sharing algorithm achieved nearly identical fairness performance to the exact Shapley computation (Gini: 0.338 vs. 0.336), while offering a decisive advantage in scalability through O(N) computational complexity. Security tests confirmed that the system successfully resisted four distinct cyber threats replay attacks, man-in-the-middle attacks, fake prosumer attacks, and block data manipulation with a 100% success rate. This thesis makes an original contribution to the sustainable management of renewable energy communities by integrating technical security and social justice objectives within a unified framework. The results demonstrate that the integration of IoT, cryptography, and blockchain technologies combined with game theory-supported fair distribution algorithms constitutes a viable and scalable solution for community energy systems.
Benzer Tezler
- Yazılım tanımlı çoklu ağlarda yönlendirilmiş döngüsüz graf modelli dijital cüzdan teknolojileri ile servis kalitesi destekli yönlendirme mimarisi
Quality of service assisted routing architecture with digital wallet technologies using a loop-free graph model routed in software-defined multi-domain networks
CEREN BUSE YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Bilim ve TeknolojiBartın ÜniversitesiAkıllı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EVRİM GÜLER
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT KARAKUŞ
- Homomorphic cryptography in the internet of things ensuring data security and confidentiality
Nesnelerin interneti'nde homomorfik kriptografi: Veri güvenliği ve gizliliğinin sağlanması
RAOUIA SOUNDOUS TADJ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMAD ILYAS
- Low power secure SoC for IoT devices using lightweight cryptography acceleration
Nesnelerin interneti için hafif kriptografi hızlandırıcılı düşük güç tüketimli yonga üstü sistem tasarımı
HİKMET SEHA ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL FAİK BAŞKAYA
- A contributory study on access control and authentication mechanisms for internet of things
Nesnelerin interneti üzerine giriş kontrol ve kimlik onaylama mekanizmaları üzerine bir çalışma
MANOLYA ATALAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAkdeniz ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT AK
- Hafif sıklet blok şifreleme algoritmalarının yazılım uygulaması ve başarım analizi
Software implementation and performance analysis of lightweight block cipher algorithms
KÜBRA KURU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN SOYSAL