Kaos tabanlı gerçek rasgele sayı üreteci tasarımı ve FPGA ortamında video şifreleme uygulaması

Son yıllarda haberleşme teknolojilerinin oldukça hızlı gelişimiyle birlikte bilgi güvenliği herkes için kritik bir öneme sahip olmuştur. Bunun ile bağlantılı olarak özel ve gizli olması gereken bu bilgilerin güvenliğinin garanti edilebilmesi temel bir araştırma sorusuna dönüşmüştür. Fakat bilgi güvenliğini garanti edebilmek oldukça zor bir süreçtir. Yakın geçmişte araştırmacılar, tüm mühendislik alanlarında kullanılabilirliği ve uygulanabilirliği artan kesir dereceli hesaplama yaklaşımını özellikle sinyal işleme, kontrol ve kaotik dinamik üzerine inceleyerek yeni bulgular elde etmişlerdir. Bu tezin amacı, kesir dereceli hesaplama yaklaşımını kullanarak literatürde var olan kaotik sistem temelli gerçek rasgele sayı üreteci tasarımı gerçekleştirerek gerçek zamanlı video verilerini şifrelemektir. Tez kapsamında tam dereceli kaotik sistemin yanı sıra kesir dereceli kaotik sisteme ait elektronik devre tasarımı da kullanılmaktadır. Böylece elektronik devre elemanları ile tasarlanan hem sürekli zamanlı kesir dereceli kaotik sistemlerin hem de ayrık zamanlı kaotik harita sistemlerin birlikte anahtarlamalı modda çalıştırılmasıyla özgün bir entropi kaynağı önerilmektedir. Tez çalışmasında ilk olarak elektronik devre elemanları ile tasarlanmış hem sürekli zamanlı kesir dereceli hem de ayrık zamanlı kaotik sistemler en iyi istatistiksel rasgelelik özelliklerine sahip anahtarlama yapısı sağlanarak prototip devre gerçekleştirilmektedir. Ardından, prototip devrenin çıkışında elde edilen kriptografik anahtar bitleri, FPGA (Field Programmable Gate Array) donanım platformunda çalışan gerçek zamanlı video görüntüleme sistemine ait görüntü bitleri ile son işlemden geçirilerek şifreleme sağlanıp VGA monitöründe gösterilmektedir. Tez çalışmasında, gerçek zamanlı video şifreleme için iki verimiz bulunmaktadır. Bunlardan ilki dört farklı kaotik sistemden elde ettiğimiz sayısal gerçek rasgele bit dizisi, diğeri ise kamera modülünden FPGA kartına giriş olarak verilen renkli video verileridir. Entropi kaynağı olarak kullanılan kaotik sistemler sırasıyla; ayrık zamanlı Lojistik ve Çadır Harita, sürekli zamanlı tam dereceli Lorenz ve kesir dereceli Chen-Lee sistemleridir. Şifreleme için ise temel son işlem algoritmalarından olan XOR fonksiyonu kullanılmaktadır. Tez çalışmasının analiz aşamasında ise video görüntü verileri için istatistiksel testler uygulanıp histogram ve korelasyon analizleri kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında tez çalışmasına ait yöntemlerin güvenli haberleşme sistemlerinde özellikle video haberleşmesi alanlarında kullanılabilir olduğu gösterilmiştir.