Nesnelerin interneti uygulamalarında kaos temelli görüntü şifreleme
Chaos-based image encryption in internet of things applications
- Tez No: 887079
- Danışmanlar: PROF. DR. DAVUT HANBAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İnönü Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bilişim sistemlerinin gelişmesi ve Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazlarının yaygınlaşmasıyla, veri güvenliği kritik bir önem kazanmıştır. Karmaşık algoritmaların kullanılabildiği standart bilgisayar sistemlerinin aksine, IoT cihazlarının sınırlı donanım kapasiteleri, hafif ve özelleştirilmiş şifreleme çözümlerini zorunlu kılmaktadır. Bu vizyon ile bu çalışmada, IoT ortamları için kaos temelli görüntü şifreleme algoritmaları kategorisinde iki farklı hafif ve verimli görüntü şifreleme yöntemi önerilmiştir. Birinci yöntem, Köşe Geçiş Algoritması (KGA) piksel karıştırma yöntemiyle görütü şifreleme kategorisinde yer almaktadır. Kaos tabanlı yayılma yöntemleriyle entegre olan KGA, kapsamlı bir şifreleme şeması oluşturmakta ve sıkı istatistiksel ve diferansiyel özellikler göstermektedir. KGA algoritmasında piksel karıştırma algoritmalarıyla yapılan çalışmalar kıyaslanmış ve önerdiğimiz algoritmanın avantajları gözler önüne serilmeye çalışılmıştır. KGA ile benzer üç algoritmanın işlem süreleri karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak yapılan tüm testlerde önerilen algoritma alternatiflerine göre daha iyi sonuçlar vermiştir. Ayrıca ilgili çalışmalar arasında xvi UACI, NPCR, PSNR ve entropi değerleri üzerinden karşılaştırmalar değerlendirilmiştir. Sonuç olarak UACI ve NPCR için en iyi sonuçlar önerilen algoritmadan elde edilmiştir. Diğer değerlendirme ölçütleri olan PSNR ve entropi de kabul edilen aralıktadır. İkinci yöntem ise çok katmanlı Doğrusal Olmayan Permütasyon Çatısı (DOPÇ) 2B matris dönüşüm temelli bir şifreleme yaklaşımı sunmaktadır. Standart 2B matris haritalama yöntemlerinin aksine, DOPÇ'nin permütasyon matris üzerindeki adım sayısı değişkendir ve algoritmanın gerçekleştirilme aşamalarında 3 farklı 1B kaotik harita (zaslavsky, chebyshev ve lojistik harita) kullanarak şifreleme karmaşıklığı artırılmaktadır. Her iki yöntemin de detaylı performans değerlendirmeleri sunulmuş ve benzer yöntemlerle karşılaştırılmıştır. Test sonuçları, önerilen algoritmaların alternatiflerine kıyasla yüksek şifreleme karmaşıklığına ve düşük işlem zamanında ulaştığını göstermektedir. KGA yöntemi, NPCR ve UACI değerlendirme kriterlerinde 99,6093 ve 33,4648 değerleri ile beklenen değerden çok az sapma göstererek, IoT sistemlerinin sıkı güvenlik gereksinimlerini karşılamaktadır. DOPÇ yöntemi, şifreleme adımlarını görüntüyü tek bir gezintide tamamlayarak yüksek verimlilik sunmaktadır. 14 SIPI veri kümesi görüntüsü üzerinde yapılan testlerde DOPÇ ortalama NPCR 99,6122, UACI 33,4690 ve bilgi entropisi 7,9993 değerleri elde edilmiştir. Her iki yöntemin yüksek anahtar alanı sayesinde kaba kuvvet saldırılarına dayanıklı olduğu gösterilmiştir
Özet (Çeviri)
With the development of information systems and the proliferation of Internet of Things (IoT) devices, data security has gained critical importance. Unlike standard computer systems where complex algorithms can be used, the limited hardware capacities of IoT devices necessitate lightweight and customized encryption solutions. With this vision, in this study, two different lightweight and efficient image encryption methods are proposed in the category of chaos-based image encryption algorithms for IoT environments. The first method, Corner Transition Algorithm (CGA), is in the category of image encryption by pixel mixing method. Integrated with chaos-based propagation methods, KGA creates a comprehensive encryption scheme and exhibits stringent statistical and differential properties. In the KGA algorithm, studies with pixel mixing algorithms were compared and the advantages of our proposed algorithm were tried to be revealed. The processing times of KGA and three similar algorithms were compared. As a result, in all tests performed, the proposed algorithm gave better results than its alternatives. In addition, comparisons between relevant studies were evaluated based on UACI, NPCR, PSNR and entropy values. As a result, the best results for UACI and NPCR were obtained from the proposed algorithm. Other evaluation metrics, PSNR and entropy, are also within the accepted range. The second xviii method offers a multi-layer Nonlinear Permutation Framework (DOPF) 2D matrix transformation based encryption approach. Unlike standard 2D matrix mapping methods, the number of steps on the permutation matrix of DOPÇ is variable and the encryption complexity is increased by using 3 different 1D chaotic maps (Zaslavsky, Chebyshev and logistic maps) in the implementation stages of the algorithm. Detailed performance evaluations of both methods are presented and compared with similar methods. Test results show that the proposed algorithms achieve high encryption complexity and low processing time compared to alternatives. The KGA method meets the stringent security requirements of IoT systems, showing little deviation from the expected value with values of 99.6093 and 33.4648 in the NPCR and UACI evaluation criteria. The DOPÇ method offers high efficiency by completing the encryption steps in a single image navigation. In the tests performed on 14 SIPI dataset images, DOPÇ average NPCR values of 99.6122, UACI of 33.4690 and information entropy of 7.9993 were obtained. Both methods have been shown to be resistant to brute force attacks thanks to their high key space.
Benzer Tezler
- Nesnelerin interneti uygulamalarında güvenlik tehditleri: Kamera tabanlı saldırılar
Security threats in internet of things applications: Camera based attacks
MİNE ZEYBEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiBilgi Güvenliği Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN NURCAN YILMAZ
- Nesnelerin interneti uygulamalarında AES blok şifresinin yazılımsal ve donanımsal performanslarının karşılaştırılması
Comparing the hardware and software performance of AES encryption method on internet of things applications
IŞIL ÇETİNTAV
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolTrakya ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ TAŞKIN
- Dar bant nesnelerin interneti uygulamalarında veri güvenliği
Data security in narrow band internet of things applications
UYGAR İŞİÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMaltepe ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA SARICA
- Security enhanced lightweight messaging protocol
Güvenliği geliştirilmiş hafif mesajlaşma protokolü
ÖZLEM YERLİKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolDokuz Eylül ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN DALKILIÇ
- Security analysis of coap and dtls protocolsfor internet of things applications
Nesnelerin interneti uygulamaları için coap ve dtls protokollerinin güvenlik analizi
ALİ TUNCA GÜRKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolIşık ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞEGÜL TÜYSÜZ ERMAN