Post-kuantum kriptografi anahtar değişim mekanizması ile kaotik akış şifreleme algoritması
Chaotic stream cipher algorithm with post-quantum cryptography key exchange mechanism
- Tez No: 980907
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA CEM KASAPBAŞI
- 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: İstanbul Ticaret Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Siber Güvenlik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, NIST tarafından gerçekleştirilen kuantum sonrası kriptografi standartlaştırılması için açılan gönderimlerde de yer alan ve 3. gönderim turuna da katılan CRYSTALS-Kyber algoritmasının incelenmiş ve bir uygulama ile post-kuantum kriptografi standartlarına uygunluğunu ve performansını değerlendirilmesi yapılmıştır (Avanzi, ve diğerleri, CRYSTALS-Kyber Algorithm Specifications And Supporting Documentation, 2017). Algoritma, Learning With Errors (LWE) problemine dayanan matematiksel temeliyle, kuantum bilgisayarların tehditlerine karşı dayanıklılık göstermektedir. IND-CPA ve IND-CCA2 güvenlik seviyelerini başarıyla sağlaması, algoritmanın hem doğruluk hem de güvenlik açısından güçlü bir performans sergilediğini ortaya koymaktadır. Bu çalışmada, algoritmanın performans analizi ve güvenlik değerlendirmesi sürecine kaotik map uygulaması da entegre edilmiştir. Kaotik map, başlangıç koşullarına duyarlı ve öngörülemez matematiksel yapısıyla güçlü bir rastgelelik sağlayarak algoritmanın şifreleme süreçlerinde kullanılabilecek bir entropi kaynağı olarak değerlendirilmiştir. Kaotik map'lerden türetilen anahtarlar, CRYSTALS-Kyber algoritmasının şifreleme ve şifre çözme süreçlerinde test edilmiştir. Kyber, farklı güvenlik gereksinimlerine hitap eden üç parametre seti (Kyber512, Kyber768, Kyber1024) sunmaktadır. Kyber512 düşük kaynak tüketimi gerektiren IoT cihazları gibi uygulamalarda hızlı ve hafif bir çözüm sunar. Kyber768 dengeli bir güvenlik ve performans seviyesine sahiptir. Kyber1024 yüksek güvenlik gereksinimlerini karşılayan en güçlü seçenek olarak dikkat çeker. Test sonuçları, algoritmanın doğruluğunu ve verimliliğini ortaya koymuştur. Yapılan testlerde, Symmetric Key (ss1) ve Decapsulated Symmetric Key (ss2) değerleri her testte eşleşmiş ve algoritmanın %100 doğruluğa sahip olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, Kyber'in şifreleme ve şifre çözme süreçleri, diğer lattice tabanlı algoritmalara kıyasla dengeli bir performans sergilemiştir. Kyber algoritması, NIST'in post-kuantum kriptografi standartlaştırma sürecinde önemli bir aday olarak öne çıkmıştır. Finansal sistemler, IoT güvenliği ve bulut bilişim gibi uygulama alanlarında geniş bir kullanım potansiyeline sahiptir. Bununla birlikte, algoritmanın büyük anahtar boyutları nedeniyle, depolama ve işlem gücü gereksinimleri açısından daha optimize edilmiş sürümlerinin geliştirilmesi önerilmektedir. Sonuç olarak, CRYSTALS-Kyber algoritması, doğruluk, performans ve kaotik map gibi yenilikçi yaklaşımlar sayesinde post-kuantum güvenlik ihtiyaçlarını karşılamada güçlü bir adaydır. Ancak, algoritmanın daha geniş çaplı testler, kaotik map'lerin daha derinlemesine entegrasyonu ve optimizasyonlarla iyileştirilmesi, gelecekteki siber güvenlik gereksinimlerini karşılama kapasitesini artırabilir.
Özet (Çeviri)
This study evaluates the CRYSTALS-Kyber algorithm, which has been included in the submissions opened by NIST for post-quantum cryptography standardization and participated in the 3rd submission round, along with an application to assess its compliance with post-quantum cryptography standards and its performance. [1] Based on the mathematical foundation of the Learning With Errors (LWE) problem, the algorithm demonstrates resilience against the threats posed by quantum computers. Its ability to successfully achieve IND-CPA and IND- CCA2 security levels highlights the algorithm's strong performance in terms of both accuracy and security. In this study, chaotic map application has also been integrated into the performance analysis and security evaluation process of the algorithm. Chaotic maps, with their mathematical structure sensitive to initial conditions and unpredictability, have been considered as a strong entropy source that can be used in the encryption processes of the algorithm. Keys derived from chaotic maps were tested in the encryption and decryption processes of the CRYSTALS-Kyber algorithm. Kyber offers three parameter sets (Kyber512, Kyber768, Kyber1024) catering to different security requirements. Kyber512 provides a fast and lightweight solution for applications such as IoT devices with low resource consumption. Kyber768 achieves a balanced level of security and performance. Kyber1024 stands out as the most robust option, addressing highsecurity requirements. Test results reveal the algorithm's accuracy and efficiency. In the tests conducted, Symmetric Key (ss1) and Decapsulated Symmetric Key (ss2) values matched in every test, proving the algorithm's 100% accuracy. Furthermore, Kyber's encryption and decryption processes demonstrated balanced performance compared to other lattice-based algorithms. The Kyber algorithm has emerged as a significant candidate in NIST's post-quantum cryptography standardization process. It holds broad potential for use in applications such as financial systems, IoT security, and cloud computing. However, due to the algorithm's large key sizes, it is recommended to develop more optimized versions in terms of storage and computational requirements. In conclusion, the CRYSTALS-Kyber algorithm is a strong candidate for addressing post-quantum security needs in terms of accuracy, performance, and innovative approaches such as chaotic maps. However, further extensive testing, deeper integration of chaotic maps, and optimizations are suggested to enhance its capacity to meet future cybersecurity demands.
Benzer Tezler
- Servis sağlayıcı ve SIM kart arasında kuantum sonrası güvenli haberleşme için yeni bir model
A new model for post quantum secure communication between service provider and SIM card
ENGİN KARACAN
Doktora
Türkçe
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOndokuz Mayıs ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDAT AKLEYLEK
- Kuantum sonrası kriptografi
Post quantum cryptography
VEYSEL GÜLTEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENVER ÖZDEMİR
- Kafes tabanlı yeni anahtar değişim protokolleri ve verimli polinom çarpımı
Lattice based new key exchange protocols and efficient polynomial multiplication
NURŞAH ÇEVİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOndokuz Mayıs ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. SEDAT AKLEYLEK
- Tls protokollerinde post-kuantum kriptografi: Protokol güvenliğini artırma stratejileri
Post-quantum cryptography in tls: strategies for enhanced protocol security
TUĞBA ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAnkara ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SERDAR GÜZEL
- Cryptographic protocols of signal and signal based instant messaging applications
Signal ve signal tabanlı anlık mesajlaşma uygulamalarındaki kriptografik protokoller
HİLAL DİNÇER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
MatematikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKriptografi Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. ALİ DOĞANAKSOY
DR. PINAR GÜRKAN BALIKÇIOGLU