Collusion-resistant TLS attestation protocols: A verifiable, modular framework for decentralized applications
Muvazaaya dayanikli TLS tasdik protokolleri: Merkeziyetsiz uygulamalar için doğrulanabilir ve modüler bir yaklaşim
- Tez No: 999092
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OĞUZ YAYLA, DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT OSMANOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Uygulamalı Matematik Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kriptografi Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde erişilebilir verilerin önemli bir bölümü merkezi sunucularda saklanmakta ve bu verilere genellikle gizlilik ve bütünlük garantileri sağlayan Transport Layer Security (TLS) protokolü aracılığıyla erişilmektedir. Ancak blokzincir tabanlı sistemler, TLS'nin akıllı sözleşmeler tarafından doğrulanabilir kamusal kanıtlar üretmek üzere tasarlanmamış olması nedeniyle bu tür zincir dışı verileri doğrudan tüketememektedir. Bu sınırlamayı aşmak amacıyla, Tasarım Taahhütlü TLS (Designed Commitment TLS, DCTLS) veya zkTLS olarak adlandırılan bir protokol sınıfı ortaya çıkmış; bu protokoller, sunucu tarafında herhangi bir değişiklik gerektirmeden TLS oturumlarından türetilen gizliliği koruyan doğrulanabilir tasdiklerin üretilmesini mümkün kılmıştır. Bununla birlikte, mevcut DCTLS yapıları belirlenmiş doğrulayıcılara dayanmaktadır. Bu durum kamusal doğrulanabilirliği sınırlamakta ve kanıtlayıcı-doğrulayıcı işbirliği (muvazaa) saldırılarına karşı yapısal bir zayıflık oluşturmaktadır. Muvazaa durumunda, kötü niyetli bir kanıtlayıcı ve doğrulayıcı protokolden birlikte saparak, dürüst çalışmalardan ayırt edilemeyen sahte tasdikler üretebilmektedir. Literatürde muvazaanın etkisini azaltmak amacıyla güvenilir yürütme ortamları (Trusted Execution Environments, TEE), merkeziyetsiz oracle ağları (Decentralized Oracle Networks, DON) ve kör imza tabanlı yaklaşımlar kullanılmış olsa da, bu çözümler ya güçlü güven varsayımları getirmekte, ya kanıtlayıcı tarafında yüksek karmaşıklık doğurmakta ya da ölçeklenebilirlik ve verimlilik açısından ciddi maliyetler yaratmaktadır. Bu tezde, mevcut DCTLS yapılarını genelleştiren ve belirlenmiş doğrulayıcı varsayımını minimize eden, modüler bir muvazaaya dayanıklı TLS tasdik çerçevesi geliştirilmektedir. Bu kapsamda, doğrulayıcı sayısı artırılarak tekil güven varsayımı minimize edilmekte; bu işlem, Dağıtık Doğrulanabilir Rastgele Fonksiyonlar (Distributed Verifiable Random Functions, DVRF) aracılığıyla üretilen ortak rastgelelik sayesinde, verimlilikten ödün vermeden gerçekleştirilmektedir. İlk olarak, DVRF'nin DECO protokolü ile nasıl bütünleştirilebileceği gösterilerek, merkeziyetsiz depolama tabanlı TLS tasdik protokolü önerilmiştir. Ortak rastgelelik üretimi sayesinde her bir doğrulayıcı, oturuma kriptografik olarak bağlanabilmekte ve yürütmenin doğruluğu hakkında bağımsız bir güvence elde edebilmektedir; böylece tekil güvenilir taraflara olan bağımlılık azaltılmaktadır. Merkeziyetsiz doğrulamanın ölçeklenebilirlik sorunlarını ele almak amacıyla, bu yapı daha sonra merkeziyetsiz depolama yerine Eşik İmza Şemaları (Threshold Signature Schemes, TSS) kullanılarak kompakt hale getirilmiş; bu sayede tasdikler daha kompakt ve verimli hale getirilmektedir. Devamında, literatürde DECO ve Distefano gibi somut örnekler bulunmasına rağmen, DCTLS protokollerini formel olarak tanımlayan genelleştirilmiş bir yapı mevcut değildir. Bu nedenle, öncelikle DCTLS protokollerinin genel bir formalizasyonu sunulmaktadır. Bu formal tanım üzerine inşa edilen ve dx-DCTLS olarak adlandırılan dışa aktarılabilir bir soyutlama türetilmektedir. dx-DCTLS, doğrulanabilir olmayan kriptografik bileşenlerin doğrulanabilir karşılıklarıyla değiştirilmesi yoluyla TLS tasdiklerinin üçüncü taraflarca doğrulanabilmesini mümkün kılmakta ve mevcut DCTLS protokollerinin temel TLS sunucu altyapısına müdahale edilmeden genişletilmesine olanak sağlamaktadır. dx-DCTLS üzerine inşa edilen muvazaaya dayanıklı çerçevede, doğrulayıcı rolü yapılandırılabilir sayıda yardımcı doğrulayıcıya dağıtılmaktadır. Önceki önerilerde kullanıldığı üzere, dx-DCTLS önerisi, Dağıtık Doğrulanabilir Rastgele Fonksiyonlar (DVRF) ve Eşik İmza Şemaları (TSS) ile entegre edilerek t-out-of-n uzlaşmasını destekleyen bir çerçeve elde edilmektedir. Ayrıca, yardımcı doğrulayıcı sayısı, çekirdek TLS etkileşiminden bağımsızdır; bu sayede kanıtlayıcı tarafındaki karmaşıklık O(1) düzeyinde kalırken, muvazaaya karşı dayanıklılık eşik parametresi t ile ölçeklenmektedir. Önerilen çerçevenin güvenliği, çoklu doğrulayıcı ortamlarına özgü saldırgan davranışları kapsayan oyun tabanlı bir eşik tasdik sahteciliği tanımı ile formal olarak tanımlanmıştır. Bu tanım altında, standart kriptografik varsayımlar kullanılarak oyun tabanlı bir güvenlik ispatı sunulmaktadır. Önerilen çerçevenin pratik uygulanabilirliğini değerlendirmek amacıyla, DVRF-TSS katmanının bir prototip uygulaması ve dx-DCTLS için performans analizi gerçekleştirilmektedir. Elde edilen sonuçlar, ek yükün yüksek eşik boyutlarında dahi sınırlı kaldığını göstermektedir. Son olarak, gerçekçi bir TLS tasdik kullanım senaryosu, önerilen çerçevenin güvenilir donanıma, tekil bir otoriteye ya da kör imza mekanizmalarına ihtiyaç duymaksızın gizliliği koruyan ve ölçeklenebilir blokzincir uygulamalarına olanak sağladığı ortaya konmaktadır.
Özet (Çeviri)
A significant portion of today's accessible data is stored on centralized servers and is typically accessed through the Transport Layer Security (TLS) protocol, which provides confidentiality and integration guarantees. However, blockchain-based systems cannot natively consume such off-chain data, as TLS was not designed to produce publicly verifiable evidence that can be validated by smart contracts. To address this limitation, a class of protocols commonly referred to as Designed Commitment TLS (DCTLS) or zkTLS has emerged, enabling privacy-preserving attestations derived from TLS sessions without requiring any modification to server-side deployments. Despite their practicality, existing DCTLS constructions rely on designated verifiers, which fundamentally limit public verifiability and introduce vulnerability to prover-verifier collusion. In such settings, a malicious prover and verifier can jointly deviate from the protocol to produce fraudulent attestations that remain indistinguishable from honest executions. Prior attempts to mitigate this issue, including trusted execution environments (TEEs), decentralized oracle networks (DONs), and blind-signature-based approaches, either impose strong trust assumptions, introduce high prover-side complexity, or incur significant scalability and efficiency costs. In this thesis, we develop a modular framework for collusion-resistant TLS attestations that generalizes existing DCTLS constructions. We minimize the designated and trusted verifier assumption by multiplying the number of verifiers without compromising efficiency, achieved through joint randomness via Distributed Verifiable Random Functions (DVRF). We first demonstrate how Distributed Verifiable Random Functions (DVRF) can be integrated with DECO to enable decentralized storage-based attestation protocol. By generating joint randomness via DVRF, each verifier can bind itself to the session and independently reason about the correctness of the execution, thereby reducing reliance on a single trusted party. To address the scalability challenges of decentralized verification, we then refine this construction by replacing decentralized storage with Threshold Signature Schemes (TSS), thereby rendering attestations compact and efficient. Although the literature contains concrete instances such as DECO and Distefano, it lacks a generalized construction that characterizes DCTLS protocols as a unified class. Therefore, we first provide a general formalization of DCTLS protocols. Based on this formalization, we then derive an exportable abstraction, denoted as dx-DCTLS, and show how DECO and Distefano can be transformed into dx-DCTLS by replacing non-verifiable components with verifiable cryptographic counterparts. This abstraction serves as a unifying layer that allows existing DCTLS protocols to be extended without altering the underlying TLS server infrastructure. On top of dx-DCTLS, we present a collusion-minimized attestation framework in which the verifier role is distributed across a configurable set of auxiliary verifiers. Following the previous construction, we integrate the proposed dx-DCTLS with Distributed Verifiable Random Functions (DVRFs) and Threshold Signature Schemes (TSS), yielding a framework that supports t-out-of-n consensus. Crucially, the number of auxiliary verifiers is decoupled from the core TLS interaction, ensuring that prover complexity remains O(1) while collusion resistance scales with the threshold parameter t. We give a game-based formalization of threshold attestation unforgeability that captures adversarial behaviors specific to multi-verifier environments. Under this definition, we provide a game-based security proof under standard cryptographic assumptions. We evaluate practicality through our prototype implementation of the DVRF-TSS layer and a performance analysis of dx-DCTLS, showing that the additional overhead remains modest even at large threshold sizes. Finally, through a realistic TLS attestation use case, we demonstrate that the proposed framework enables privacy-preserving and scalable blockchain applications without relying on trusted hardware, a single authority, or blind-signature mechanisms.
Benzer Tezler
- Metastatik kastrasyona dirençli prostat kanserinde Lu-177 PSMA tedavisi sonrası progresyonsuz sağkalım ve genel sağkalımın öngörülmesinde tedavi öncesi elde edilen Ga-68 PSMA PET/BT metriklerinin değeri: Retrospektif kohort çalışması
Value of pre-treatment Ga-68 PSMA PET/CT metrics in predicting progression-free survival and overall survival after Lu-177 psma therapy in metastatic castration-resistant prostate cancer: A retrospective cohort study
NAZLI ÜNSAL AKIN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2026
Radyoloji ve Nükleer TıpDokuz Eylül ÜniversitesiNükleer Tıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GAMZE ÇAPA KAYA
- Sağlık bakımıyla ilişkili pnömoni
Health-care associated pneumonia
RUŞEN UZUN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2012
Göğüs HastalıklarıAkdeniz ÜniversitesiGöğüs Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYKUT ÇİLLİ
- Ailevi akdeniz ateşi tanılı hastaların demografik, klinik ve laboratuvar özellikleri ile tedavi yanıtlarının değerlendirilmesi
Evaluation of demographic, clinical, and laboratory characteristics and treatment responses in patients diagnosed with familial mediterranean fever
HAKKI BARAN AKÇAY
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2025
RomatolojiSağlık Bilimleri Üniversitesiİç Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEM ÖZİŞLER
DOÇ. DR. EMİN GEMCİOĞLU
- Hopfield modeli yapay sinir ağları ve uygulamları
Hopfield model neural networks and applications
HÜSEYİN ERBİLGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. LEYLA GÖREN