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
- Tez No: 770647
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA TÜRK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Fırat Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Son yıllarda haberleşme teknolojilerinin oldukça hızlı gelişimiyle birlikte bilgi güvenliği herkes için kritik bir öneme sahip olmuştur. Bunun ile bağlantılı olarak özel ve gizli olması gereken bu bilgilerin güvenliğinin garanti edilebilmesi temel bir araştırma sorusuna dönüşmüştür. Fakat bilgi güvenliğini garanti edebilmek oldukça zor bir süreçtir. Yakın geçmişte araştırmacılar, tüm mühendislik alanlarında kullanılabilirliği ve uygulanabilirliği artan kesir dereceli hesaplama yaklaşımını özellikle sinyal işleme, kontrol ve kaotik dinamik üzerine inceleyerek yeni bulgular elde etmişlerdir. Bu tezin amacı, kesir dereceli hesaplama yaklaşımını kullanarak literatürde var olan kaotik sistem temelli gerçek rasgele sayı üreteci tasarımı gerçekleştirerek gerçek zamanlı video verilerini şifrelemektir. Tez kapsamında tam dereceli kaotik sistemin yanı sıra kesir dereceli kaotik sisteme ait elektronik devre tasarımı da kullanılmaktadır. Böylece elektronik devre elemanları ile tasarlanan hem sürekli zamanlı kesir dereceli kaotik sistemlerin hem de ayrık zamanlı kaotik harita sistemlerin birlikte anahtarlamalı modda çalıştırılmasıyla özgün bir entropi kaynağı önerilmektedir. Tez çalışmasında ilk olarak elektronik devre elemanları ile tasarlanmış hem sürekli zamanlı kesir dereceli hem de ayrık zamanlı kaotik sistemler en iyi istatistiksel rasgelelik özelliklerine sahip anahtarlama yapısı sağlanarak prototip devre gerçekleştirilmektedir. Ardından, prototip devrenin çıkışında elde edilen kriptografik anahtar bitleri, FPGA (Field Programmable Gate Array) donanım platformunda çalışan gerçek zamanlı video görüntüleme sistemine ait görüntü bitleri ile son işlemden geçirilerek şifreleme sağlanıp VGA monitöründe gösterilmektedir. Tez çalışmasında, gerçek zamanlı video şifreleme için iki verimiz bulunmaktadır. Bunlardan ilki dört farklı kaotik sistemden elde ettiğimiz sayısal gerçek rasgele bit dizisi, diğeri ise kamera modülünden FPGA kartına giriş olarak verilen renkli video verileridir. Entropi kaynağı olarak kullanılan kaotik sistemler sırasıyla; ayrık zamanlı Lojistik ve Çadır Harita, sürekli zamanlı tam dereceli Lorenz ve kesir dereceli Chen-Lee sistemleridir. Şifreleme için ise temel son işlem algoritmalarından olan XOR fonksiyonu kullanılmaktadır. Tez çalışmasının analiz aşamasında ise video görüntü verileri için istatistiksel testler uygulanıp histogram ve korelasyon analizleri kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında tez çalışmasına ait yöntemlerin güvenli haberleşme sistemlerinde özellikle video haberleşmesi alanlarında kullanılabilir olduğu gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
With the rapid development of communication technologies in recent years, information security has become critical for everyone. Being able to guarantee the security of this information, which should be private and confidential in connection with its importance, has become a basic research question. However, it is a very difficult process to guarantee information security. In recent years, researchers have obtained new findings by examining the fractional computing approach, which has increased usability and applicability in all engineering fields, especially on signal processing, control and chaotic dynamics. The aim of this thesis is to encrypt the real-time video data by performing the chaotic system-based true random number generator design available in the literature using the fractional order calculation approach. Within the framework of the project, besides the integer-order chaotic circuit, the electronic circuit design of the fractional-order chaotic system is also used. Thus, a unique entropy source is proposed by operating both continuous time chaotic circuits and discrete time chaotic map systems designed with electronic circuit elements in switched mode together. In this thesis, both continuous-time fractional-order and discrete-time chaotic systems, which are designed with electronic circuit elements, are realised by providing a switching structure with the best statistical randomness properties, and a prototype circuit is realized. Then, the cryptographic key bits obtained at the output of the prototype circuit are post-processed with the image bits of the real-time video display system running on the FPGA hardware platform, providing encryption and displayed on the VGA monitor. In the thesis, we have two data for real-time video encryption. The first of these is the digital real random bit sequence we obtained from four different chaotic systems, and the other is the color video data given as input from the camera module to the FPGA card. Chaotic systems used as entropy sources are respectively; The discrete-time Logistics and Tent Map are continuous-time full-order Lorenz and fractional-order Chen-Lee systems. For encryption, the XOR function, which is one of the basic post-processing algorithms, is used. In the analysis phase of the thesis, statistical tests were applied for the video image data and histogram and correlation analyzes were used. In the light of the results obtained, it has been shown that the methods of the thesis study can be used in secure communication systems, especially in the fields of video communication.
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
- 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
SERDAR ÇİÇEK
Doktora
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH FERİKOĞLU
- 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
- Studies on the design of robust and fully-digital random number generators
Tamamen sayısal güvenli rastgele sayı üreteci tasarımı üzerine çalışmalar
BURAK ACAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik-Haberleşme Eğitimi Ana Bilim Dalı
DR. TUFAN COŞKUN KARALAR
- Yeni kaotik sistemler ile rasgele sayı üreteci tasarımı ve çoklu-ortam verilerinin yüksek güvenlikli şifrelenmesi
Design of random number generators with novel chaotic systems and high secure multimedia data encryption
AKİF AKGÜL
Doktora
Türkçe
2015
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İHSAN PEHLİVAN