Theses supervised by Doç. Dr. Fatih Özkaynak
10 theses · Fırat University
Breast cancer detection using microscopic histopathological images: A transfer learning approach
The extraction of features from histological images is a challenging part of the computer-aided detection of breast cancer. This work presents a novel deep feature extraction engineering for subtypes of Breast detection-based transfer learning approach using the BreaKhis dataset. This approach consists of five phases: feature extraction, concatenation, transformation, selection, and classification. In the first phase, nineteen pre-trained convolutional neural networks were utilized as feature extractors to extract features from the input images. Support vector machines were used in this phase to compute the loss value function. In the classification phase, it was used as a classifier. According to the feature extraction results, the two networks attained the highest accuracies on the dataset, outperforming other networks. The two networks considered were chosen and concatenated to produce the DRNet model, a combination of ResNet50 and DenseNet201 pre-trained networks. The extracted features were decomposed into five sub-hand low-level features using a multilevel discrete wavelet transform in the transformation phase. Iterative neighborhood component analysis was utilized to choose the minimum number of features required in the classification phase. Cubic support vector machines and k-nearest neighbors were used as classifiers in the final phase. k-nearest neighbor produced an average classification rate accuracy of 98.74%, 97.7%, 97.3%, and 98% on the 40×, 100×, 200×, and 400× levels of magnification, respectively, where support vector machines produced an average classification rate accuracy of 98.61%, 98.04%, 97.68%, and 97.71% on the 40×, 100×, 200×, and 400× levels of magnification, respectively, using the one-gainst-all and 10-fold cross-validation method.
Hibrit veri sıkıştırma algoritmalarının geliştirilmesi ve pratik uygulamaları
Son yılların en önemli problemleri hiç şüphesiz verilerin yüksek boyutu ve güvensiz ağlar üzerinden uzaklara iletilmesi ya da depolanmasıdır. Bu problemlerin üstesinden gelmek için genellikle sıkıştırma ve şifreleme algoritmaları kullanılmaktadır. Günümüzde şifreleme için kullanılan yaklaşımlardan biri, blok şifreleme algoritmalarıdır. Blok şifreleme algoritmalarında karıştırma gereksinimini sağlamak için en önemli kriptolojik bileşenlerden biri yer değiştirme kutularıdır (s-box). Çünkü s-box 'lar doğrusal olmayan yapılar olup, bu sayede diferansiyel kriptanalize karşı algoritmayı dirençli hale getirmektedir. Bu yüzden s-box 'ın doğrusal olmama değeri ne kadar yüksek olursa o kadar saldırılara karşı dirençli olacaktır. Kaos tabanlı s-box yapılarının en önemli dezavantajı doğrusal olmama özelliğinin matematiksel temelli s-box yapılarına göre düşük olmasıdır. Bu tez çalışmasında ilk olarak kaos tabanlı s-box yapılarının doğrusal olmama değerlerinin arttırılması için yedi farklı yaklaşım önerilmiştir. Bu yaklaşımların tamamında s-box 'ların performansı iyileştirilmiştir. JPEG algoritmasının birçok platformda yaygın olarak kullanılmasından dolayı önemi yadsınamaz bir gerçektir. Ancak, kullanıcıların daha fazla veri depolama ve daha hızlı veri iletimi/işleme ihtiyaçlarını karşılamaya yönelik yapılabilecek iyileştirmeler dijital dönüşümle birlikte ivme kazanmıştır. Bu çalışmalardan niceleme tabloları algoritmanın başarısını etkileyen kritik bir bileşen olduğundan bu alandaki iyileştirme çalışmaları farklı niceleme tablolarının tasarımına odaklanmıştır. Bu çalışmada farklı niceleme tabloları oluşturmak için ilk kez kaotik sistemler temel alınarak bir yöntem önerilmiştir. Önerilen yöntem basit bir yapıya sahiptir ve yüksek sıkıştırma oranları elde etmektedir. Yüksek sıkıştırma oranı elde edilmesine rağmen görüntü kalitesinden ödün verilmemesi önerilen yöntemin bir diğer avantajı ve özgün yönüdür. JPEG algoritmasının performansını iyileştirmek için literatürde kullanılan bir diğer yaklaşım, niceleme tablolarının optimizasyon yöntemleri ile üretilmesidir. Önerilen yöntem bu yaklaşımlarla karşılaştırıldığında hesapsal karmaşıklığının daha düşük olması önerilen yöntemin bir diğer avantajı olarak ön plana çıkmaktadır. Bu sonuçlar, nesnelerin interneti, endüstri 4.0 ve yapay zekâ çalışmaları gibi birçok uygulama alanı için gelecekte yapılacak çalışmalarda iyileştirmeler yapılabileceğini, önemli depolama tasarrufları ve daha hızlı veri iletimi/işleme sağlanabileceğini göstermektedir.
Biyometrik sistemler temelli kriptolojik anahtar üreteç tasarımı
Dijital dönüşüm ile birlikte birçok alışkanlık gibi ödeme yöntemleri de büyük bir değişim geçirmiştir. Elektronik ticaretin sunmuş olduğu sürtünmesiz ortamın avantajları; birçok kişi için çeşitli fırsatlar sunmuştur. Ancak bu süreçte yaşanan güvenlik problemleri maddi ve manevi birçok olumsuzluk ile karşılaşılmıştır. Tez çalışmasının amacı bu problemi adresleyebilecek güvenlik çözüm önerilerinin geliştirilmesi ve pratik uygulamalarının tasarlanması olarak planlanmıştır. Klasik şifrelerin çeşitli problemlere sahip olduğu son yirmi yılda birçok acı tecrübe ile doğrulanmıştır. Hem Gelir İdaresi Başkanlığı hem de Bankalar Birliği bu tip problemleri gidermek için çeşitli kurallar ve düzenlemeler ile bu problemleri adresleyebilmek için güvenli kimlik doğrulama süreçlerinin nasıl yapılması gerektiğine ilişkin yol haritalarını hazırlamışlardır. Belirlenen kurallar çerçevesinde ödeme sistemlerinin güvenliğinin matematiksel yaklaşımlarla kanıtlanması ciddi bir problemdir. Tez çalışmasında bu problemleri adresleyebilecek çözüm önerilerinin neler olabileceği araştırılmaya çalışılmıştır. Ödeme sistemlerinin güvenliğini garanti edebilmek için çeşitli Donanım Güvenlik Modülleri bulunmaktadır. Ancak bu modüllerin maliyet ve performans bakımından problemleri bulunmaktadır. Donanım tabanlı önerilen çözümlerin yazılımsal olarak gerçeklenebileceği ve bu süreçte biyometrik ölçümlerin benzersiz değerler elde edebilmek için ciddi katkılar sunabileceği düşünülmektedir. Yapılan ön çalışmalar sonucunda elde edilen başarılı analiz sonuçları bu hipotezin desteklendiğini göstermiş ve ileride çeşitli pratik uygulamalarda başarılı bir şekilde kullanılabileceği düşünülmektedir.
Yan kanal saldırılarını engellemek için karşı önlemlerin geliştirilmesi ve pratik uygulamalarının tasarlanması
Her yeni yaklaşım ve bilimsel ilerleme birçok avantaj ve yeniliği getirse de dezavantajları farklı açılardan kapsamlı bir şekilde ele alınmalıdır. Bunun en çarpıcı örneklerinden biri yapay zeka algoritmalarıdır. Yapay zeka algoritmaları veriden bilgi çıkartım sürecinde birçok faydalı bilgiyi ortaya koymaktadır. Ancak bir kriptanalist bakış açısı ile bilgi çıkarım yaklaşımları bir şifreleme algoritmasının kriptanalizi için çeşitli gizli bilgilerin elde edilmesine olanak sağlamaktadır. Bu saldırı tekniklerinin en yaygın olanlarından biri yan kanal analizleridir. Yan kanal saldırılarında bir şifreleme algoritmasının deterministik yapısından hareketle algoritmanın gizli anahtarının elde edilebileceği çeşitli çalışmalarda gösterilmiştir. Bu çalışmada ilk olarak son blok şifreleme algoritması standardı olan AES'in yan kanal analizlerinin nasıl gerçekleştirilebileceği adım adım gösterilmiştir. İlk olarak AES algoritmasının donanım gerçekleştirmesinin (implementasyonu) nasıl yapılacağına ilişkin bilgi paylaşılmıştır. Ardından yan kanal saldırısının nasıl gerçekleştirildiği adım adım gösterilmiştir. Tez çalışmasının bir diğer önemli katkısı ise matematiksel temelli blok şifreleme algoritmalarına bir gürültü kaynağı eklendiğinde şifreleme algoritmalarının yan kanal saldırılarına karşı olan direncinin nasıl etkileneceğini araştırmaktır. Bu kapsamda matematiksel temelli sbox yapıları kaos temelli sbox yapıları ile değiştirilerek kaotik entropi kaynaklarının yan kanal saldırılarına olan etkileri analiz edilmiştir. Tez çalışmasında ilk defa literatürdeki erişilebilir durumda olan tüm kaos temelli sbox yapılarının AES blok şifreleme algoritması içerisindeki yan kanal analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen çıktılar kaos temelli sbox yapıları için yan kanal analiz sonuçlarının da bir değerlendirme metriği olarak kullanılabileceğini ortaya koymuştur. Buradan hareketle elde edilen sonuçlar birleştirilerek kaos temelli görüntü şifreleme algoritmalarının güvenlik analizlerinin değerlendirme sürecinde kullanılabilecek yeni bir saldırı senaryosu da bu tez çalışması kapsamında önerilmiştir. Elde edilen sonuçlar bilgi çıkarımı alanındaki yaklaşımların kriptoanaliz süreçlerinde daha kapsamlı ele alınmasının gerektiğini göstermiş ve ayrıca ileride gerçekleştirilecek kaos tabanlı tasarım çalışmaları için yeni bir değerlendirme kriterinin analiz edilmesinin ne kadar gerekli olduğuna işaret etmiştir.
Kaos ve kriptoloji arasındaki ilişkiyi kullanarak yeni güvenlik ölçütleri ve analiz metotlarının geliştirmesi
Kaotik sistemlerin uygulama alanlarından biri de kaos temelli şifreleme çalışmalarıdır. Kaos ve kriptografi arasındaki ilişki kullanılarak birçok tasarım çalışması önerilmiştir. Bu çalışmada, bu ilişkinin kriptografik tasarımların kriptanalizinde kullanılabileceği gösterilmiştir. Kaos analiz yöntemlerinin kriptografik protokollerin analizinde kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bir kaos analiz yöntemi olan Lyapunov Üstelleri, rastgele sayı üreteçlerinin kalitesini ölçmek için kullanılmıştır. Analiz sonuçları, Lyapunov Üstellerinin rasgele sayı üreticilerinin değerlendirilmesinde bir kriter olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Çalışmada, rastgele sayı üreticilerinin istatistiksel özelliklerinin değerlendirilmesinde ortak bir analiz yaklaşımı olan NIST test grubunun sorunları gösterilmiştir. Bu sorunların yeni test aracında olmadığı görülmüştür. Bu sonuçlar, önerilen yöntemin gelecekte birçok uygulamada başarıyla kullanılabileceğini göstermiştir.
Kaotik yer değiştirme kutularının performans iyileştirmesi için yeni algoritmaların geliştirilmesi
Kriptolojik protokol tasarımında yer değiştirme kutuları önemli bir yere sahiptir. Yer değiştirme kutularının oluşturulması için kullanılan yaygın yöntemlerden biri rastgele seçim tabanlı tasarımlardır. Rastgele seçim için literatürdeki en etkili yöntem olarak kaos tabanlı tasarımlar ön plana çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında geliştirilen yeni yöntemler ile kaos tabanlı yer değiştirme kutu tasarımların performans metriklerinin iyileştirilebileceği gösterilmiştir. Yer değiştirme kutularında performans analizi için kullanılabilecek çeşitli ölçütler olmasına rağmen en belirgin özelliklerden biri doğrusal olmama ölçütüdür. Bu tez çalışmasında geliştirilen yöntemler ile doğrusal olmama ölçütünün iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Doğrusal olmama ölçütünün önemi kriptolojik protokoller için sağlanması zorunlu karıştırma gereksinimi ile ilişkilidir. Bir kriptolojik protokolde karıştırma gereksiniminin tam olarak karşılanabilmesi için doğrusal olmama ölçütü yüksek tasarımlara ihtiyaç duyulmaktadır. Kaos tabanlı yer değiştirme kutu tasarımlarının doğrusal olmama ölçütünün cebirsel tabanlı tasarımlara göre daha kötü olduğu bilinmektedir. Tez çalışması boyunca geliştirilen yöntemler ile bu problemin giderilmesi amaçlanmıştır. Tez çalışması sonucunda dört farklı algoritma geliştirilerek kaos tabanlı yer değiştirme kutularının doğrusal olmama ölçütünün iyileştirilebileceği gösterilmiştir. Elde edilen bu sonuçlar blok şifreleme algoritmalarından anahtar üreteçlerine, görüntü şifreleme algoritmalarından özet fonksiyonlarına kadar geniş bir uygulama alanında kaos tabanlı yer değiştirme kutularının başarılı şekilde kullanılabileceğini göstermiştir.
İnsansız hava araçları ile depolanan görüntüler için güvenli bir depolama platformu
Bu tez, İnsansız Hava Araçları'nın (İHA'ların) görevlerini yerine getirmek ve hava tabanlı gözetim sağlamak için kullanılan otonom araçlar olduğunu ve bu araçların yüksek çözünürlüklü kameralarla büyük miktarda görüntü verisi üretebildiğini vurgulamaktadır. Ancak, bu verilerin güvenli bir şekilde depolanması ve yetkisiz erişime karşı korunması önemli bir zorluk olarak ortaya çıkmaktadır. Bu tezde, rastgele sayı üreteci olan PCG (Permütasyon Kongrüans Üreteç) algoritması kullanılarak İHA'lar tarafından yakalanan görüntülerin güvenli depolanmasında nasıl kullanılabileceği incelenmektedir. PCG, istatistiksel olarak rastgele sayılar üretebilen bir algoritmadır ve bu sayılar genellikle şifreleme ve güvenlik amaçlarıyla kullanılır. PCG algoritmasının kullanılmasıyla, yetkisiz erişime karşı daha güvenli bir ortam sağlanabilir ve hassas verilerin korunması artırılabilir. Tez çalışması, rastgele sayı üretimi ve istatistiksel testlerin önemli bir konusu olan NIST, ki-kare ve otokorelasyon testlerini ele almaktadır. Bu testler, rastgelelik özelliklerini değerlendirmek ve istatistiksel analizlerde kullanılan verilerin doğruluğunu sağlamak için yaygın bir şekilde kullanılan tekniklerdir. Rastgele sayı üretimi kavramı ve önemi açıklanmış ve PCG algoritması detaylı bir şekilde incelenmiştir. Ayrıca, PCG algoritması üzerinde yapılan deneysel çalışmaların sonuçları sunulmuştur. Bu çalışmalarda, PCG tarafından üretilen sayıların NIST, ki-kare ve otokorelasyon testlerine tabi tutulduğu ve elde edilen sonuçların analiz edildiği belirtilmiştir. Bu tez çalışması, İHA'lar tarafından yakalanan görüntülerin güvenli şifrelenmesinde rastgele sayı üreteci olan PCG algoritmasının nasıl kullanılabileceğini ve algoritmanın istatistiksel testlerdeki performansını inceler. Çalışma sonuçları, PCG algoritmasının istatistiksel testlerde görece iyi performans gösterdiğini ancak kriptolojik amaçlar için kullanılması durumunda daha kapsamlı test ve analizlerin gerçekleştirilmesi gerekliliğini ortaya koymaktadır. Anahtar Kelimeler: İnsansız hava araçları, PCG algoritması, Rastgele sayı üretimi, İstatistiksel testler
Blum blum shub üretecinin donanım gerçekleştirmesi ve kaotik tohum değerleri kullanılarak yeni bir anahtar planlama algoritması
Sayısal haberleşme teknolojilerinde son yıllarda çok hızlı gelişmeler olmuştur. Bunların başında özellikle internet ve cep telefonlarındaki gelişim gelmektedir. Bu gelişim, insanların hayatlarında önemli değişiklikler yapmasının yanı sıra gizli ve özel olan bilgiye erişmeye çalışan saldırganları da mümkün hale getirmiştir. Bu bilgiyi korumanın çözümlerinden biride kriptografiyi kullanmaktır. Kriptografi özellikle son yüzyılda askeri alanlarda gizli bir bilginin bir yerden diğer bir yere güvenli olarak taşınması amacıyla kullanıldı. Kriptografi, veriyi şifreleme ve şifre çözme işlemeleri ile ilgilenir. Veri şifreleme, gizli bir anahtar kullanımı ile açık metnin anlaşılmaz bir biçime (şifreli-metne) dönüştürme süreci olarak tanımlanır; şifreyi çözme ise tam tersidir. Burada kullanılan kriptografik anahtar gizli bir parametredir. Kriptografide anahtar olmadan şifrelerin çözülmesi çok düşük bir olasılıktır. Kriptografi bütün anlaşılmazlığını şifreden anahtara aktarmıştır. Bunun için bu anahtarların üretimi çok önemlidir. Kriptografik anahtarın üretimi kriptografi ile rastgele sayılar arasında kuvvetli bir bağ oluşmasına neden olmuştur. Çünkü anahtar gizlidir, açığa çıkarılmaması ve kimse tarafından tahmin edilememesi gerekmektedir. Bu yüzden anahtar rastgele seçilir. Anahtarı oluşturan bit dizilerindeki bazı düzensizliklere veya örneklere bakılarak anahtar tahmin edilebilir, bu yüzden anahtarın gerçekten rastgele seçilmesi ve uzunlukları oldukça önemlidir. Sonuç olarak, iyi kriptografi iyi rastgele sayılara gereksinim duyar. İstatistiksel rastgele sayı üreteçleri veya diğer bir deyişle DRNG, matematik, mühendislik, tıp ve sosyal bilimler gibi çok çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Bu üreteçler arasında Blum Blum Shub üreteci uzun yıllardır araştırmacıların çalışmalarında sıklıkla tercih ettikleri bir yaklaşım olmuştur. Tez çalışmasında Blum Blum Shub algoritmasında kullanılan p ve q asal sayılarının ve tohum değerlerinin kaotik sistemler kullanılarak belirlendiği bir yaklaşım önerilmiştir. Elde edilen çıktılar çeşitli istatistiksel analizler ile test edilmiş ve başarılı olduğu gözlemlenmiştir.
Lav lambası temelli entropi kaynağı kullanılarak kriptolojik ikamekutusu tasarımı
Teknolojik gelişmeler ile birlikte nesnelerin interneti gibi farklı platformlardan çok büyük miktarda veri elde edilmiştir. Ardından büyük veri olarak adlandırılan bu veri kümesinden yapay zeka teknikleri aracılığı ile bilgi çıkarım süreci hız kazanmıştır. Dolayısı ile dijitalleşen hayatlarımızın yeni petrolü olarak nitelendirilen verinin güvenliğinin nasıl sağlanabileceği herkesin gündemini işgal eden sıcak bir probleme dönüşmüştür. Rasgelelik, güvenli şifreleme için son derece önemlidir. Verileri şifrelemek için kullanılacak her yeni anahtarın gerçekten rasgele olması gerekir. Bu sayede bir saldırgan anahtarı anlayamaz ve verilerin şifresini çözemez. Ancak öngörülemeyen şifreleme anahtarları oluşturmak için gereken rasgele verileri üretmek zor bir süreçtir. Lav lambaları sürekli olarak rasgeledir. Bir lav lambasındaki "lav" asla aynı şekli iki kez almaz ve sonuç olarak bir lav lambası grubunu gözlemlemek rasgele veriler için harika bir kaynaktır. Ancak güvenli bir entropi kaynağına sahip olmak tek başına yeterli değildir. Asıl önemli olan bu entropi kaynağının nasıl kullanılacağı ile ilişkilidir. Tez çalışmasının araştırma sorusu güçlü bir entropi kaynağını (bu yerel entropi kaynakları tehlikeye girse bile) güvenli rasgeleliğe erişmesini sağlayabilecek bir yaklaşımın geliştirilip geliştirilemeyeceğidir. Yapılan ön çalışmalar sonucunda elde edilen başarılı çıktılar bu hipotezi doğrular niteliktedir. Geliştirilen yaklaşımın özgün yönü herhangi bir gürbüz entropi kaynağına doğrusal olmayan dönüşümler uygulayarak rasgelelik çıkarımı yapılabilecek olmasıdır. . Anahtar Kelimeler: Şifreleme, Anahtar üreteci, Rasgelelik
Dijital görüntüler için güvenli sıkıştırma algoritmaları geliştirme
Tez çalışması bilgisayar bilimlerinin önemli bir çalışma dalı olan veri sıkıştırma konusu ile ilişkilidir. Verilerin etkin bir şekilde sıkıştırılması sayesinde verinin etkin bir şekilde iletimi, işlenmesi ve depolanması sağlanmış olacaktır. Bu sayede veri depolama maliyetlerinin önemli ölçüde azaltılması ve büyük bir ekonomi oluşturulması öngörülmektedir. 7 Nisan 2016 tarihinde yayımlanarak yürürlüğe giren 6698 sayılı Kişisel Verilerin Koruması Kanunu (KVKK), Anayasada öngörülen başta özel hayatın gizliliği olmak üzere temel hak ve özgürlüklerin korunması, kişinin mahremiyet hakkının korunması, kişinin bilgi güvenliği hakkının korunmasını güvenceye almaktadır. KVKK, kişisel verilerin işlenmesinin kontrol altına alınmasını, kişisel verileri işleyen gerçek ve tüzel kişilerin yükümlülüklerini ve uyacakları usul ve esasları belirlenmesini sağlamayı hedeflemektedir. Tez çalışması kapsamında önerilen şifreleme ve sıkıştırma süreçlerinin eşzamanlı gerçekleştirilmesi mimarisi sayesinde KVKK kanunu kapsamında belirlenen gereksinimlerin adreslenmesi için çeşitli katkılar sunması beklenmektedir.