Yayın iletimi için tek yönlü bir melez anahtar dağıtım şeması geliştirilmesi ve uygulanması
Development and implementation of an one-way hybrid key distribution scheme for broadcast transmission
Yazar: HÜSEYİN BODUR
Danışman: PROF. DR. RESUL KARA
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Açık anahtarlı kripto sistemler = Public key cryptosystems ; Gizli anahtarlı kripto sistemler = Secret key crypto systems ; Şifreli haberleşme = Encoded communication

Özet:
Bir yayın haberleşme yönteminde bir kaynaktan çoklu kullanıcılara mesaj iletimi için genellikle içerisinde şifreleme yöntemlerinin kullanıldığı şemalardan yararlanılır. Bu şemalar anahtar sunucu işlemleri açısından merkezi, dağıtık ve birleşik olmak üzere üçe ayrılır.
Bu çalışmada günümüzde yaygın olarak kullanılan merkezi şemalar olan Mantıksal Anahtar Hiyerarşisi (MAH), Tek-yönlü Fonksiyon Ağacı (TFA) ve Tek-yönlü Fonksiyon Zinciri (TFZ) şemalarına, dağıtık şemalar olan Ağaç-tabanlı Grup Diffie-Hellman (AGDH), Dağıtık Ölçeklendirilebilir Güvenli İletişim (DÖGİ) ve Sıska Ağaç (SISA) şemalarına ve birleşik şema olan Mantıksal Halka Tabanlı Güvenli Grup İletişim Şeması (MHTGG) şemasına değinilmiştir.
Tek Yönlü Bir Melez Anahtar Dağıtım (TMAD) adında hem merkezi hem de dağıtık olmak üzere ikili ağaç temelli yeni bir yayın şifreleme şeması önerilmiştir. Şemada hem bir gizli anahtarlı şifreleme yöntemi hem de bir açık anahtarlı anahtar dağıtım protokolü birlikte kullanılmaktadır.
Anahtar güncellemelerinde kullanıcı düğümlerden kök düğüme doğru simetrik anahtarların sol ya da sağ yarısı iletilmektedir. Bu durum iletilen toplam anahtar boyutunun azalmasını sağlamaktadır. TMAD şemasının merkezi modelinde bir Grup Yöneticisi (GY) bulunmaktadır. Dağıtık modelinde ise GY'nin görevini, kullanıcılar arasında oluşturulan fikir birliği mekanizması üstlenmektedir.
TMAD şeması, kullanıcı ekleme-çıkarma ve toplu kullanıcı ekleme-çıkarma işlemlerinde anahtar iletim sayısı, işlem maliyeti, kullanıcılarda bulunan anahtar sayısı, kullanıcılarda bulunan anahtar boyutu ve anahtar iletim boyutları gibi çeşitli açılardan mevcut şemalar ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar grafiksel olarak gösterilmiştir.

Abstract:
In broadcast communications, the schemes are used to transmit messages from a source to multiple users where the encryption methods are employed within the schemes. 
The schemes can be either tree based or have different topologies. There are three types of tree-based scheme categories: centralized, distributed and hybrid schemes. 
In this work, centralized, distributed and hybrid techniques which are widely used nowadays are investigated.
The centralized techniques considered in this work are as follows: Logical Key Hierarchy (LKH), One-way Function Tree (OFT) and One-way Function Chain (OFC). The distributed techniques can be given as: Tree-based Group Diffie Hellman (TGDH), Distributed Scalable sEcure Communication (DISEG) and Skinny Tree (STR). The hybrid technique can be given as: The Logical Ring Based Secure Group Communication Scheme (RISeG).
A new binary tree-based broadcast encryption schemes, both centralized and distributed, named One-way Hybrid Key Distribution (OHKD) have been proposed. Both a symmetric encryption and an asymmetric key distribution protocol are used in the OHKD scheme. In key updates, the left or right half of the symmetric keys are transmitted from the user nodes to the root node. This ensures that the total key size transmitted is reduced. The centralized model of the OHKD scheme includes a Group Manager. The role of Group Manager is undertaken by a consensus structure between users in the distributed model of the OHKD scheme.
The OHKD scheme is compared with the existing schemes in terms of number of key transmissions, number of operations, number of user keys, size of user keys and size of key transmission in user adding-removing and batch user adding-removing operations. The results are shown graphically.