Kaotik ve biyometrik zaman serileri ile görüntü güvenliği
Image security by using chaotic and biometric time series
Yazar: RAMAZAN CENKER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEHRA GÜLRU ÇAM TAŞKIRAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrokardiyografi = Electrocardiography ; Entropi = Entropy ; Kaos = Chaos ; Kaotik sistemler = Chaotic systems ; Kripto analiz = Cryptanalysis

Özet:
Artan veri trafiği sebebiyle multimedya güvenliğinin önemi gün geçtikçe artmaktadır. Verilerin güvenli bir şekilde iletilmesi ve saklanması için kaotik şifreleme, kullanılan kabul görmüş yöntemlerden biridir. Kaotik işaretlerin başlangıç koşullarına yüksek hassasiyetle bağlı olmasının, anahtar duyarlılığını artıracağı ve açık metin ataklarına karşı dayanıklılık sağlayacağı düşünülmektedir. Bu çalışmada bu öngörünün doğrulanması amacıyla farklı kaotik sistemlerin farklı parametreler ile çalıştırılması sonucu elde edilen kaotik zaman serilerinin bu anlamda bir incelemesi yapılmıştır. İncelemede hem tam sayı dereceli hem de kesirli dereceli dinamik sistemler kullanılmış ve bu anlamda da bir karşılaştırma yapılabilmiştir. Birbirine komşu noktalardan başlatılan kaotik işaretlerin yörüngesel uzaklaşmaları Lyapunov mesafesi ile takip edilmiş, bu mesafeler ile kriptoloji güvenliği arasında bir ilişki kurmak amacıyla, bu işaretlerin kullanıldığı kaotik şifreleme yöntemi ile şifrelenmiş görüntülerin ortalama entropi, piksel değişim oranı sayısı ve birleşik ortalama değişim yoğunluğu parametreleri incelenmiştir. Buna göre yörüngesel uzaklığı fazla olan dizilerle şifrelenmiş görüntülerin anahtar duyarlılığının arttığı ve açık metin ataklarına karşı daha güvenli olduğu, fakat şifrelenmiş görüntünün entropisinin doğrudan bu değere bağlı olmadığı sayısal olarak doğrulanmıştır.
Çalışmanın devamında literatürde güvenilirliği ispatlamış bir kaotik şifreleme yöntemi kullanılarak, EKG verilerinin güvenli haberleşme alanında kullanımı incelenmiştir. Kaotikliği literatürde tartışmalı bir konu olan EKG verileri, bu yöntemde doğrudan kaotik sayı dizileri yerine kullanılarak şifrelenmiş görüntülerin NPCR, UACI ve entropi değerleri üzerinden bir güvenlik analizi yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre kişinin, kullanılan faz kaydırma örnek sayısının ve EKG alınan zamanın anahtar olarak belirlenmesi ile elde edilen sayı dizisinin bu yöntemle kullanılabilir olduğu gözlemlenmiştir. Sağlıklı EKG verilerinin periyodikliği yanında barındırdığı kaotik özelliklerin yeterliliği gösterilmiştir.

Abstract:
Due to the increasing data traffic, the multimedia security is gaining importance day by day. Chaotic encryption is one of the accepted methods used to securely transmit and store data. Because of the fact that chaotic signals are highly sensitive to initial conditions, it is thought that it will increase key sensitivity and provide resistance against plain text attacks. In this study, in order to verify this prediction, an analysis of the chaotic time series obtained as a result of operating different chaotic systems with different parameters was studied in this sense. Both integer order and fractional order dynamical systems were used in the study and a comparison could be made in this sense. The orbital divergences of chaotic signals initiated from points adjacent to each other were followed by the Lyapunov distance, in order to establish a relationship between these distances and cryptology security, the average entropy of the images encrypted with the chaotic encryption method using these signals, number of pixel change rate and unified average changing intensity parameters were examined. Accordingly, it has been numerically verified that the key sensitivity of the images encrypted with sequences with higher orbital distances increases and is more secure to plaintext attacks, but the entropy of the encrypted image is not directly dependent on this value.
In the continuation of the study, the use of ECG data in the field of secure communication was studied using a chaotic encryption method, which has proven its reliability in the literature. In this method, a security analysis was performed on the NPCR, UACI and entropy values of the encrypted images using ECG data, the kaoticity of which is a controversial issue in the literature, instead of directly chaotic number sequences in this method. According to the results obtained, it was observed that the sequence of numbers obtained by determining the person, the number of phase shift samples used, and the time taken on the ECG as the key can be used with this method. In addition to the periodicity of healthy ECG data, the adequacy of the chaotic features it contains has been shown.