Eliptik eğriler ile kimlik tabanlı sertifikasız kriptografi
Identity based certificateless cryptography with elliptic curves
Yazar: YASİN GENÇ
Danışman: PROF. DR. ERKAN AFACAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Matematik = Mathematics
Dizin: Siber güvenlik = Cyber security ; Şifreli haberleşme = Encoded communication

Özet:
Kriptografi, bulut bilişimden akıllı ulaşım sistemlerine kadar birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, araçların interneti için koşullu gizliliği koruyan özgün bir kimlik doğrulama şeması önerilmiştir. Bu şema, eliptik eğrileri kullanan eşlemesiz, kimlik tabanlı ve sertifikasız bir kriptografi yöntemine dayanmaktadır. Ayrıca araç ağı sisteminde kullanıcıların gizliliğini sağlamak için anonim kimlikler kullanılmaktadır. Önerilen yöntemde matematiksel olarak maliyetli olan çift doğrusal eşleme kullanılmamıştır. Bu sayede eliptik eğri kriptografisi etkin olarak kullanılarak verimli ve hafifsiklet bir kimlik doğrulama şeması tasarlanmıştır. Eşleme tabanlı kriptografideki temel şifreleme ve imza şemaları hakkında bilgi sunulmuştur. Ayrıca önerilen şema kimlik tabanlı kriptografinin dezavantajı olan anahtar emanet problemini ortadan kaldıran sertifikasız kriptografi temelli bir özellik taşımaktadır. Ağ sistemine dahil olan kullanıcıların her mesaj imzalama sırasında merkezi birimlerle iletişim kurarak imzalama için gerekli bilgileri talep etmesi araç ağlarında hesaplama yüküne ve bağlantı sorunlarına sebep olabilmektedir. Önerilen şemada, kullanıcıların her mesaj imzalama sırasında merkezi birimlerle iletişim kurmasına gerek yoktur. Böylece merkezi birimlerdeki hesaplama yükü ve bağlantı sorunları en aza indirilmektedir. Bununla birlikte önerilen şema, mesaj doğrulama aşamasındaki gecikmeleri en aza indiren verimli bir toplu mesaj doğrulaması yöntemini de desteklemektedir. Önerilen kimlik doğrulama şemasının diğer mevcut şemalara göre performans değerlendirmesi için hesaplama maliyeti, iletişim maliyeti ve enerji tüketim maliyeti karşılaştırılmıştır. Önerilen kimlik doğrulama şemasının güvenlik değerlendirilmesi rasgele kâhin modeline göre yapılmıştır. Güvenli bir araç ağının tasarımı için gerekli olan temel güvenlik gereksinimleri kontrol edilmiş  ve önerilen şemanın siber saldırılara karşı dayanıklı olduğu gösterilmiştir. Bu çalışmada ayrıca eliptik eğri tabanlı özgün bir şifreleme algoritması ve verimli bir eliptik eğri tabanlı imza şeması da önerilmiştir. Tasarım ve hesaplamalar C++  programlama dili ile gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Cryptography is widely used in many areas from cloud computing to intelligent transport systems. In this thesis, a novel conditional privacy-preserving authentication scheme is proposed for the Internet of  Vehicles. This scheme is based on a pairing-free, identity-based and certificateless cryptography method using elliptic curves. In addition, anonymous identities are used to ensure the privacy of users in the vehicular network system. In the proposed method, mathematically costly bilinear pairing has not been used. In this way, an efficient and lightweight authentication scheme has been designed by using elliptic curve cryptography effectively. Information about the basic encryption and signature schemes in pairing-based cryptography is presented. It also includes a certificateless cryptography-based feature that eliminates the key escrow problem, which is the disadvantage of identity-based cryptography. The fact that the users involved in the network system communicate with the central units during each message signing and request the necessary information for signing may cause computational overhead and connectivity problems in vehicular networks. In the proposed scheme, users do not need to communicate with the central units during each message signing. This reduces the computational overhead and connectivity problems in central units to a minimum. In addition, the proposed scheme supports an  efficient batch message authentication method that reduces the delays in the message authentication phase to a minimum. For the performance evaluation of the proposed authentication scheme against other existing schemes, the computation cost, communication cost and energy consumption cost have been compared. The security evaluation of the proposed authentication scheme is based on the random oracle model. The basic security requirements for the design of a secure vehicular network have been checked and the proposed scheme has been shown to be robust against cyber-attacks. A novel elliptic curve-based encryption algorithm and an efficient elliptic curve-based signature scheme is also proposed. The design and computations are implemented in C++ programming language.