Yeni bir kaotik sistem ile FPGA tabanlı bir kaotik haberleşme sistemi tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of an FPGA based chaotic communication system with a new chaotic system
- Tez No: 450756
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDULLAH FERİKOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 215
Özet
Bu tez çalışmasında yeni bir üç boyutlu kaotik sistem elde edilerek, bu yeni kaotik sistem ile FPGA tabanlı şifreli kaotik haberleşme sisteminin tasarımı yapılmış ve gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla ilk olarak elde edilen yeni üç boyutlu kaotik sistemin, dinamik analizleri incelenerek nümerik benzetimi, analog elektronik devre ve FPGA üzerinde tasarımı gerçekleştirilmiştir. Böylece yeni kaotik sistemin analog ve sayısal tasarımlar için gerçek ortam uygulamalarında kullanılabileceği gösterilmiştir. Tez çalışmasında daha sonra elde edilen yeni kaotik sistemin kaotik haberleşme uygulamalarındaki başarımının testi için, Matlab-Simulink programında çeşitli kaos tabanlı sayısal haberleşme uygulamalarının benzetim çalışmaları yapılmıştır. Haberleşme sisteminde şifreleme amacıyla yeni kaotik sistem kullanılarak kaotik bir gerçek rastgele sayı üretecinin benzetimi ve FPGA üzerinde tasarımı gerçekleştirilmiştir. Gerçek rastgele sayı üreteci çıkışları, FIBS 140-1 ve NIST 800-22 rastgelelik testlerine tabi tutulmuş ve testlerden başarılı olmuştur. Tüm bu aşamalardan sonra şifreli kaotik haberleşme sistemi verici ve alıcı birimi olmak üzere ilk önce benzetim ortamında tasarlanmış ve ardından 32 bit kayan noktalı sayı formatı kullanılarak VHDL programlama dilinde FPGA üzerinde gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen FPGA tabanlı şifreli kaotik haberleşme sistemi metin, görüntü ve ses bilgisi kullanılarak test edilmiştir. Haberleşme sisteminin 100 MHz kristal bağlı FPGA ile test çalışmalarında; veri iletim hızı 1,5 Mbps ve veri iletim gecikmesi 6,4 μs olarak verici birim tarafından gönderilen orijinal bilgi alıcı birim tarafından başarılı bir şekilde tekrar elde edilmiştir. Gönderilen orijinal bilgi ile verici birim tarafından iletim ortamına aktarılan bilgi arasındaki korelasyon katsayı değerleri metin, görüntü ve ses bilgisi için sırayla 0,0202, -0,0050, -0,0022 olarak tespit edilmiştir. Korelasyon katsayısı değerleri sıfıra çok yakın olduğundan gönderilen orijinal bilgi ile verici birim tarafından iletim ortamına gönderilen bilgi arasındaki ilişki çok çok düşüktür. Sonuç olarak gerçek ortam uygulamalarında metin, görüntü ve ses gibi sayısal verilerin güvenli şekilde iletilmesinde kullanılabilecek bir FPGA tabanlı şifreli kaotik haberleşme sistemi tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasının sonucu literatürde rastlanılan diğer çalışmalar ile karşılaştırılarak çalışmanın üstünlükleri belirtilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis work, a new chaotic system is obtained and with which an FPGA based cryptic chaotic communication system is designed and implemented. With this aim, the new 3D chaotic system is first dynamically analyzed, numerically simulated using analog circuit components, and designed on FPGA. Thus, the new chaotic system is shown to be capable of usage in real environment applications for analog and digital designs. Then, in order to test the performance of the new chaotic system in chaotic communication applications, different chaos based digital communication applications are simulated on MATLAB. In the communication system, a chaotic true random number generator for encryption is simulated and designed on FPGA, using also the new chaotic system. The outputs of the true random number generator are subjected to FIBS 140-1 and NIST 800-22 randomness tests and proved successful. Afterwards, the new cryptic communication system with its transmitter and receiver units, is first designed on simulation environment and then implemented on FPGA, in VHDL language using 32-bit floating point number format. The implemented FPGA based cryptic chaotic system is tested using text, image and voice information. In the test work of the 100 MHz crystal connected FPGA based communication system; the information sent at a rate of 1,5 MHz is successfully recovered at the receiver unit with a propagation delay of 6,4 microseconds. Correlation factor between the original information and that transferred by the transmitter unit to the transmission medium are found as 0,0202, -0,0050, -0,0022 for text, image and voice information, respectively. This near-zero correlation factor reveals that the relation between the original signal and the prepared for transmission signal is much low. In conclusion an FPGA based cryptic chaotic communication system, which is apt to secure real environment applications such as text, image and voice data communication is designed and implemented. The results are compared with the literature and its superiorities are indicated.
Benzer Tezler
- Kaos tabanlı çift entropi çekirdekli gerçek rasgele sayı üreteci tasarımı ve FPGA üzerinde gerçekleştirilmesi
Chaos-based dual entropy core true random number generator design and its realization on FPGA
MURAT TUNA
Doktora
Türkçe
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKarabük ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. CAN BÜLENT FİDAN
- Implementations of novel cellular nonlinear and cellular logic networks and their applications
Yeni hücresel doğrusal olmayan ve hücresel lojik ağların gerçeklemeleri ve uygulamaları
RAMAZAN YENİÇERİ
Doktora
İngilizce
2015
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜŞTAK ERHAN YALÇIN
- Kaos tabanlı gerçek rasgele sayı üreteci tasarımı ve fpga ortamında video şifreleme uygulaması
Chaos based true random number generator design and video encryption application in fpga environment
ESRA İNCE
Doktora
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiFırat ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA TÜRK
- Yeni bir FPGA-YSA tabanlı gerçek rasgele sayı üreteci tasarımı ve gerçeklenmesi
Design and implemantation of novel FPGA-ANN based true random number generator
MURAT ALÇIN
Doktora
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İHSAN PEHLİVAN
- Kriptolojik uygulamalar için FPGA tabanlı yeni kaotik osilatörlerin ve gerçek rasgele sayı üreteçlerinin tasarımı ve gerçeklenmesi
Design and implemantaton of FPGA based new chaotic oscillators and true random number generators for cryptographic applications
İSMAİL KOYUNCU
Doktora
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET TURAN ÖZCERİT