Blok şifrelerde temel bileşenlerin iyileştirilmiş uygulamaları
Improved implementations of basic components in block ciphers
- Tez No: 918633
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MELTEM KURT PEHLİVANOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 70
Özet
Günümüzde, teknolojinin ilerlemesiyle birlikte, verilerin gizlilik ve güvenilirliğine olan ihtiyaçlar da artmıştır. Kullandığımız teknolojik cihazların ve yazılımların çoğunda, belirli güvenlik tedbirleri alınmaktadır. Bu tedbirlerden kaynaklı olarak, performans ve verimliliklerden ödün vermek veya güvenlik tedbirlerini göz ardı edip performans ve verimliliği arttırmak arasında bir seçim yapılmaktadır. Bu nedenle, kaynak kısıtlı cihazların güvenliğini sağlamaya yönelik, hafif sıklet kriptografi metodlarına yönelik araştırmalar büyük önem kazanmıştır. Bu tezde, blok şifrelerin doğrusal katmanlarında kullanılan Maksimum Uzaklıkta Ayrılabilen matrislerin (MDS) global (yerel) optimizasyonu için yeni bir yaklaşım sunulmuştur. Önerilen Superior Boyar-Peralta (SBP) algoritması, düşük gecikmeli devrelerin elde edilmesi için iki girişli XOR kapılarını kullanarak önceki yöntemlere göre daha etkili sonuçlar sağlamaktadır. Tezde, $F_{2^4}$ üzerinde tanımlı yeni bir 4x4 involutory (involutif-tersi kendisine eşit) MDS matrisi, SBP algoritması ile 41 XOR kapısı ve derinlik 3 ile gerçekleştirilmiş, önceki en iyi sonuç olan 45 XOR kapısından daha verimli bir yapı elde edilmiştir. Ayrıca, BDKCI algoritması devre derinliği farkındalığı eklenerek geliştirilmiş ve derinlik sınırlı bir versiyon (db_BDKCI) oluşturulmuştur. Bu algoritma kullanılarak, AES MixColumn matrisi için yalnızca 44 XOR kapısı ve derinlik 3 ile STM 130 nm (ASIC4) kütüphanesinde 240.95 GE maliyetli bir devre tasarlanmıştır; bu değer, önceki en iyi bilinen sonuç olan 55 XOR kapısı, derinlik 5 ve 243.00 GE'den daha iyidir. Ayrıca, STM 90 nm (ASIC1) kütüphanesinde tez kapsamında geliştirilen 4x4 MDS matrisi yalnızca 19 XOR kapısı ve derinlik 3 ile 79.75 GE maliyetle gerçekleştirilmiştir. Tez, SBP ve db_BDKCI algoritmalarını da içerisine alan toplam 18 algoritmayı birleştirerek kapsamlı bir çerçeve sunmaktadır. Çerçeve içerisinde bu algoritmalara ek olarak S kutularının kriptografik gücünü analiz etmeyi sağlayan araçlar ve S kutusunun devresinin çıkartılması için bir araç bulunmaktadır.
Özet (Çeviri)
With the advancement of technology, the need for data privacy and reliability has significantly increased. Most of the technological devices and software we use incorporate certain security measures. However, these measures often require a trade-off between performance and efficiency, or prioritizing performance and efficiency at the expense of security. Consequently, research on Lightweight Cryptography methods aimed at ensuring the security of resource-constrained devices has gained significant importance. This thesis presents a novel approach for the global optimization of Maximum Distance Separable (MDS) matrices used in the linear layers of block ciphers. The proposed Superior Boyar-Peralta (SBP) algorithm provides more effective results compared to previous methods by utilizing two-input XOR gates to achieve low-latency circuits. Within the scope of this thesis, a new 4x4 involutory MDS matrix defined over $F_{2^4}$ is realized using the SBP algorithm with 41 XOR gates and a circuit depth of 3, improving upon the previously best-known result of 45 XOR gates with the same depth. Additionally, the BDKCI algorithm has been enhanced by incorporating circuit depth awareness, resulting in a depth-bounded version (db_BDKCI). Using this algorithm, a circuit for the AES MixColumn matrix was designed with only 44 XOR gates and a circuit depth of 3, with a cost of 240.95 GE in the STM 130 nm (ASIC4) library. This surpasses the previously best-known result of 55 XOR gates, a depth of 5, and a cost of 243.00 GE. Furthermore, a new 4x4 MDS matrix developed in this thesis was implemented in the STM 90 nm (ASIC1) library, requiring only 19 XOR gates, a circuit depth of 3, and a cost of 79.75 GE. The thesis introduces a comprehensive framework that combines 18 algorithms, including SBP and db_BDKCI. In addition to these algorithms, the framework provides tools for analyzing the cryptographic strength of S-boxes and generating the circuit implementation of S-boxes.
Benzer Tezler
- Fast, compact and secure implementation of RSA on dedicated hardware
RSA algoritmasının donanım üzerine hızlı, az alan kaplayan ve güvenli uygulaması
ERSİN ÖKSÜZOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSabancı ÜniversitesiMühendislik ve Doğa Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERKAY SAVAŞ
- Dimanganesedecacarbonyl catalyzed visible light induced ambient temperature depolymerization of poly(methyl methacrylate)
Dimanganezdekakarbonil katalizli görünür ışık bölgesinde ve oda sıcaklığında poli(metilmetakrilat) depolimerizasyonu
ZEYNEP ARSLAN TANGÜLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ KIŞKAN
- Developing Yaşar University blockchain and utilizing NFT for digital properties of the University
Yaşar Üniversitesi blok zincirinin geliştirilmesi veÜniversitenin sayısal mülkiyetleri için NFT kullanımı
ÜMİT BENİZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilim ve TeknolojiYaşar ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET HASAN KOLTUKSUZ
- Secure communication for MUM-T: a blockchain and lightweight cryptography framework
MUM-T için güvenli i̇letişim: bir blokzincir ve hafif kriptografi çerçevesi
HALİMCAN YAŞAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERİF BAHTİYAR
- Hibrit veri sıkıştırma algoritmalarının geliştirilmesi ve pratik uygulamaları
Improvement of hybrid data compression algorithms and practical applications
FIRAT ARTUĞER
Doktora
Türkçe
2022
Mühendislik BilimleriFırat ÜniversitesiYazılım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH ÖZKAYNAK