Güvenli ses iletiminde merkezi olmayan blok zincir tabanlı kimlik doğrulama mekanizması
Decentralized blockchain-based authentication mechanism for secure voice communication
Yazar: MUSTAFA KARA
Danışman: PROF. DR. HASAN HÜSEYİN BALIK ; DOÇ. DR. MUHAMMED ALİ AYDIN
Milli Savunma Üniversitesi / Atatürk Stratejik Araştırmalar ve Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Ağ güvenliği = Network security ; Blok zinciri sistemi = Blockchain system ; Güvenli iletişim = Secure communication ; Kimlik doğrulama = Identification verify ; İletişim = Communication ; İnternet protokolleri = Internet protocols

Özet:
İnternet Protokolü Üzerinden Ses (VoIP), iletişimde daha düşük maliyet ve daha fazla esneklik sağlar ve haberleşme yükünü en aza indirir. VoIP haberleşme teknolojisi, sayısallaştırılmış ses verilerini bir IP ağı üzerinden iletir. Çağrı sisteminin tam işlevselliği, VoIP teknolojisi ile kullanıcıya IP ağına bağlı olan her yerde ölçeklenebilir, esnek ve uygun maliyetli bir iletişim altyapısı sağlar. Bununla birlikte, IP ağına bağlantı, internet ortamındaki güvenlik ve gizlilik açıklarını ve kötü niyetli saldırıları ortaya çıkarır. Böylece gizlilik, bütünlük, erişilebilirlik, kimlik doğrulama ve inkâr edememe unsurlarının birlikte sağlanması güvenli iletişim için en yüksek öncelik haline gelmektedir. Ancak kimlik doğrulama, tüm bu güvenlik unsurlarının arasında savunma mekanizmasının ilk hattıdır. Ne yazık ki, geleneksel merkezi tek taraflı kimlik doğrulama, zayıf ve kırılgandır. Böylece Tek Nokta Hatası (SPF) ve mahremiyet sorunları gibi çeşitli güvenlik açıkları nedeniyle güvenli iletişim ortamı sağlanamamaktadır. Ayrıca, Sertifika Yetkilisi (CA) ve Güvenilir Üçüncü Taraf (TTP) gibi anahtar dağıtım mekanizmalarına körü körüne güvenmek, önemli güvenlik sorunlarını beraberinde getirecektir. Çünkü kimlik doğrulama mekanizması için yanlış türde sertifika yayınlayabilir ve dijital sertifikaların ele geçirilmesine, sahteciliğine ve tahrif edilmesine karşı savunmasızdır. Bu tez çalışması, belirtilen dezavantajlara bir çözüm olarak VoIP için merkezi olmayan blok zincir tabanlı bir kimlik doğrulama mekanizması sunmaktadır. Önerilen kimlik doğrulama mekanizması, VoIP uygulamalarında veri mahremiyeti ve güvenli iletişim sağlamak için blok zincir platformunun değişmezlik, şeffaflık ve hata toleransı gibi temel özelliklerini kullanır. Tüm deneyler, sanal Ethereum platformu ve Python dili kullanılarak gerçek bir uygulama ortamında gerçekleştirilmiştir. Deneysel sonuçlara göre, önerilen şemanın VoIP iletişiminde merkezi olmayan bir kimlik doğrulama mekanizması olarak VoIP çağrı süreci için güvenli, etkili ve uygun maliyetli bir çözüm olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, eşler arası güvenli arama performansı, ortalama zaman gecikmesi açısından mevcut blok zincir tabanlı kimlik doğrulama mekanizmalarından %30-70 oranında daha iyi performans göstermiştir. Önerilen şema, taraflar arasında kimlik doğrulaması yapmak için Taşıma Katmanı Güvenliği (TLS) yönteminden neredeyse on kat daha hızlıdır. Ayrıca, SIP kimlik doğrulaması üzerinden gerçekleştirilen hızlı ancak daha az güvenli yöntemlerle karşılaştırıldığında kabul edilebilir gecikme süresine sahiptir ve SIP kimlik doğrulama sistemine alternatif olabilecek yöntem önerilmiştir.

Abstract:
The Voice over Internet Protocol provides lower cost and more flexibility in transmission and minimizes communication overhead. VoIP communication technology transmits digitized voice data over an IP network. The calling system's full functionality provides a scalable, flexible, and cost-effective communication infrastructure wherever connected to the IP network with this technology. Nevertheless, the connection to the IP network exposes security and privacy vulnerabilities and malicious attacks. Thus, confidentiality, availability, integrity, authentication, and non-repudiation, when together, became the top priority for secure communication. However, authentication is the first line of defense amongst all these security parameters. Unfortunately, several authentication mechanisms in the traditional centered single-side authentication are weak and fragile, which cannot provide secure communication due to various vulnerabilities such as Single Point of Failure (SPF) and privacy issues. Furthermore, blindly trusting key distribution mechanisms such as Certificate Authority (CA) and Trusted Third Party (TTP) will bring significant security problems. The authentication mechanism may issue the wrong type of certificate and are vulnerable to hacking, forgery, and falsification of digital certificates. This thesis presents a decentralized blockchain-based identity authentication mechanism for VoIP as a solution to these drawbacks. The authentication mechanism utilizes the main features of the blockchain platform, such as immutability, transparency, and fault tolerance, to provide data privacy and secure communication in VoIP applications. All experiments were performed as an actual implementation using the virtual Ethereum platform and Python language. The experimental results show that the proposed scheme is a secure, efficient and cost-effective solution for the call process as a decentralized identity authentication system in VoIP. In addition, peer-to-peer secure call performance outperforms the existing blockchain-based authentication mechanisms by 30%–70% in terms of average time delay. The proposed scheme is almost ten times faster than the TLS process to authenticate between parties. Moreover, it has an acceptable time delay in a call process compared to fast but less secure basic methods over the SIP authentication.