Kaos tabanlı hibrit simetrik ve asimetrik şifreleme algoritmaları tasarımı ve uygulaması

Abstract

Bilişim alanında yaşanan hızlı gelişmeler ile birlikte, veri güvenliğinin sağlanması günümüzün en önemli konularından birisi olmuştur. Veri güvenliğinin sağlanması için daha yüksek güvenlik seviyesine sahip aynı zamanda etkin şifreleme sistemlerinin geliştirilmesine çalışılmaktadır. Modern şifreleme algoritmaları özellikle büyük boyutlu veriler ve gerçek zamanlı uygulamalarda ağır işlem yüklerinden dolayı performans kaybına sebep olmaktadır. Kaotik sistemlerin şifreleme tasarımında kullanılması, kaos ve kriptoloji bilimleri arasındaki ilişkinin ortaya konması sonucu ortaya çıkmıştır. Kaotik sistemler sahip olduğu özelliklerden dolayı, kriptolojik uygulamaların temel gereksinimleri olan karıştırma ve yayılma özelliklerini sağlamaktadırlar. Bu tez çalışmasının amacı, kaotik sistemlerin zengin dinamik özellikleri ile modern şifreleme algoritmalarının güçlü yönlerini bir araya getirerek, yüksek güvenlikli ve efektif kaos tabanlı hibrit şifreleme algoritmaları tasarımları gerçekleştirmektir. Tez çalışmasında aşağıdaki temel adımlar gerçekleştirilmiştir: i. Şifreleme çalışmalarında kullanılmak üzere literatürdeki kaotik sistemlere alternatif olarak, iki yeni kaotik sistem (NCS ve skala edilmiş Zhongtang) tasarlanmış ve analizleri yapılmıştır. Yapılan analizler ile yeni sistemlerin zengin dinamik özelliklere ve rasgeleliğe sahip olduğu gösterilmiştir. ii. Yeni geliştirilen kaotik sistemler ile geliştirilecek şifreleme algoritmalarında rasgele sayıların üretimi için iki yeni RSÜ tasarımı yapılmıştır. Yeni RSÜ'lerden elde edilen bit dizilerinin yeterli rasgeleliğe sahip oldukları, NIST 800-22 testleri ile ortaya konmuştur. iii. Blok şifreleme algoritmalarının en önemli bileşenlerinden olan S-Box üretimi için, yeni geliştirilen RSÜ'nün kullanıldığı yeni kaos tabanlı S-Box üretim algoritması geliştirilmiştir. Önerilen S-Box'lar üzerinde performans testleri gerçekleştirilmiştir. S-Box performans test sonuçları literatürdeki kaos tabanlı diğer çalışmalar ile karşılaştırılarak, önerilen S-Box'ların saldırılara karşı daha güçlü ve dayanıklı olduğu gösterilmiştir. iv. RSÜ ve S-Box algoritmalarının tasarımından sonra

RSÜ-1 ile kaos tabanlı asimetrik şifreleme algoritması CRSA, RSÜ-2 ve S-Box üretim algoritmaları ile kaos tabanlı simetrik hibrit şifreleme algoritması CS-AES geliştirilmiştir. v. Yeni şifreleme algoritmaları ile resim şifreleme uygulamaları yapılmış ve şifreleme çalışmaları üzerinde güvenlik ve performans analizleri gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen hibrit şifreleme algoritmalarının resim şifreleme uygulamalarına ait güvenlik ve performans analiz sonuçları, modern şifreleme algoritmalarının sonuçları ile karşılaştırılarak, saldırılara karşı daha güçlü ve dayanıklı, daha kısa sürede şifreleme gerçekleştiren ve efektif bellek kullanımına sahip oldukları gösterilmiştir.