Şifreli haberleşme sisteminin hafızalı devre elemanı tabanlı kaotik devre kullanılarak tasarımı
Şi̇freli̇ haberleşme si̇stemi̇ni̇n hafizali devre elemani tabanli kaoti̇k devre kullanilarak tasarimi
Yazar: FATİH SAYDAM
Danışman: PROF. DR. FIRAT KAÇAR
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu çalışmada topraklanmış ve yüzen olmak üzere, direnç içermeyen memristör emülatörü tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan topraklanmış memristör emülatörü, aktif eleman olarak bir adet CC-CCTA içermektedir. Devrede kullanılan pasif eleman ise bir adet kapasitördür. Yüzen memristör emülatörü, bu devre elemanlarına ek olarak bir adet OTA içermektedir. Sunulan memristör emülatörü yüksek frekanslarda çalışma özelliğine sahiptir ve elektronik olarak kontrol edilebilir özelliktedir. Memristör emülatörünün performansını incelemek adına gerçekleştirilen benzetim çalışmaları, TSMC 180 nm teknolojisi kullanılarak LTspice programı ile yapılmıştır. Daha sonra önerilen memristör emülatörü, kaotik sistemlerde daha yüksek doğrusal olmama özelliğine sahip olabilmesi için kübik forma dönüştürülmüştür. Kübik formdaki memristör emülatörü için devreye ek olarak bir adet çarpıcı yapısı eklenmiştir.
Çalışma kapsamında kullanılmak üzere tasarlanan memristör emülatörleri sunulduktan sonra bu devreler kullanılarak kaotik sistem tasarımı gerçekleştirilmiştir. İlk olarak sunulan memristör emülatörü kullanılarak kaotik Jerk sistemi oluşturulup, bu sistemin matematiksel analizleri yapıldıktan sonra, LTspice programı kullanılarak kaotik davranışı gözlemlenmiştir. Sunulan kübik formdaki memristör emülatörü ise Chua devresinde kullanılmıştır. Chua devresi için matematiksel analizler yapıldıktan sonra kaotik davranışları incelenmek üzere MATLAB programı kullanılmıştır. Sonuç olarak tasarlanan iki kaotik sistem de önerilen memristör emülatörleri kullanılarak gerçekleştirilmiş olup 4 boyutlu denklemlere sahiptir.
Çalışmanın diğer aşamasında bu kaotik sistemler kullanılarak bir haberleşme sistemi tasarımı gerçekleştirilmiştir. Chua devresi temelli kaotik sistem kullanılarak bir adet rastgele sayı üreteci tasarımı gerçekleştirilmiştir. Daha sonra bu rastgele sayı üreteci kullanılarak bir kaotik şifreleme algoritması geliştirilmiştir. Bu algoritmanın uygulaması MATLAB programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Şifreleme ve şifre çözme adımları açıklanmıştır. Jerk sistemi kullanılarak gerçekleştirilen uygulama ise kaotik maskeleme işlemidir. Bu işlem için MATLAB Simulink uygulaması kullanılarak benzetim çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak tez kapsamında memristör emülatörü tasarımı gerçekleştirilip bu memristör emülatörü kullanılarak iki farklı kaotik sistem sunulmuştur ve daha sonra bu kaotik sistemler kullanılarak kaotik haberleşme sistemi tasarımı gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In this study, we designed a resistor-free memristor emulator in both grounded and floating configurations. The grounded memristor emulator consists of a single CC-CCTA as the active element, while the passive element is a capacitor. The floating memristor emulator incorporates an OTA in addition to these circuit elements. Our memristor emulator is capable of high-frequency operation and is electronically controllable. Simulation studies to evaluate its performance were conducted using the LTspice program with TSMC 180 nm technology.
Subsequently, we converted the proposed memristor emulator into cubic form to introduce higher nonlinearity in chaotic systems. This cubic form memristor emulator was then integrated into the design of chaotic systems. Firstly, a chaotic Jerk system was created using the memristor emulator, and its chaotic behavior was observed using the LTspice program after mathematical analysis. Similarly, the cubic form memristor emulator was employed in the Chua circuit, and its chaotic behavior was analyzed using MATLAB.
In another stage of the study, we designed a communication system based on these chaotic systems. We developed a random number generator using the chaotic system derived from the Chua circuit and subsequently designed a chaotic encryption algorithm based on this generator. We implemented this algorithm using MATLAB, detailing the encryption and decryption steps. Additionally, we demonstrated a chaotic masking process using the jerk system, conducting simulation studies using MATLAB Simulink.
Overall, our study encompasses the design of a memristor emulator, the presentation of two chaotic systems employing this emulator, and the realization of a chaotic communication system leveraging these chaotic systems.