Kelebek optimizasyon algoritması ile kaotik tabanlı görüntü şifreleme
Chaos-based image encryption using butterfly optimization algorithm
Yazar: AHU KARABULUT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ UĞUR ERKAN ; DOÇ. ABDURRAHİM TOKTAŞ
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Parçacık sürü optimizasyonu = Particle swarm optimization ; Sayısal görüntü işleme = Digital image processing

Özet:
Teknolojinin gelişmesi ile birlikte, artan multimedya ve iletişim araçları veri transferini hızlandırmıştır. Veri transferinde en çok kullanılan veri tiplerinden birisi digital görüntülerdir. Digital görüntüler gizli ve mahrem bilgiler içerebilir. Bu nedenle, görüntüler herkese açık ağ üzerinde gönderildiğinde karşı tarafa şifreli olarak iletilmelidir. 
Görüntü şifreleme işlemlerinde en çok kullanılan yöntem kaosa dayalı yöntemlerdir. Kaosa dayalı yöntemler de kaotik haritalar kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında bir boyutlu yeni bir kaotik harita önerilmiştir. Önerilen bu kaotik harita en yaygın performans testlerinde başarılı sonuçlar vermiştir. Bir çok görüntü şifreleme uygulamasında optimizasyon teknikleri görüntünün tamamı uygulandığı için gerçek zamanlı kullanmak mümkün olmamaktadır. Bu çalışmada ise, Kelebek Optimizasyon Algoritması (Butterfly Optimization Algorithm-BOA)'nı kullanarak görüntü entropi değerini maksimum ve bitişik pikseller arası korelasyonu minumum yapacak anahtarı bulmaya dayalı bir şifreleme yöntemi önerilmiştir. Optimizasyon algoritmasını gerçek zamanlı uygulamalarda kullanılabilmek için görüntü üzerinde 80 "x " 80'lik bir kesitte optimum anahtar aranmaktadır. Daha sonra, optimum anahtar ile görüntünün tamamı şifrelenmektedir.
Yeni önerilen görüntü şifreleme sisteminin performansını ölçmek için, 10 adet en yaygın kullanılan görüntüler üzerinde histogram analizi, korelasyon analizi, local entropi, global entropi, anahtar duyarlılık analizi, korelasyon analizi, diferansiyel atak analizi, gürültü ve veri kaybı analizi, seçilen açık metin saldırısına ve bilinen açık metin saldırısı analizi ve hız analizi gibi bazı güvenlik testleri uygulandı. Elde edilen bulgular, tasarlanan sistemin görüntü şifrelemek için yüksek güvenlik seviyesine sahip olduğunu doğrulamaktatır.

Abstract:
Increasing multimedia and communication tools have accelerated data transfer with the development of technology. One of the most used data types in data transfer is digital images. Digital images may contain confidential information. Therefore, when images are sent over the public network, they must be transmitted encrypted to the other party.
Chaos-based methods are the most widely used method in image encryption processes. Chaotic maps are also used in methods based on chaos. In this thesis, a new one-dimensional chaotic map is proposed. This proposed chaotic map has yielded successful results in the most common performance tests. In many image encryption applications, it is not possible to use real-time optimization techniques because the entire image is applied. In this study, an encryption method based on finding the key that will maximize the image entropy value and minimize the adjacent pixels correlation using the Butterfly Optimization Algorithm (BOA) is proposed. In order to use the optimization algorithm in real-time applications, the optimum key is sought in an 80 x 80 section on the image. Then, the whole image is encrypted with the optimum key.
To measure the performance of the system, histogram analysis, correlation analysis, local entropy, global entropy, key sensitivity analysis, correlation analysis, differential attack analysis, noise and data loss analysis, occlusion-attack analysis, known plaintext attack, chosen plaintext attack analysis and speed analysis were applied. The findings confirm that the designed system has a high security level for image encryption.