Blokzincir tabanlı akıllı sözleşme kullanarak güvenli veri saklama ve veri doğrulama
Secure data storage and data verification using blockchain based smart contract
Yazar: SEFA TUNÇER
Danışman: PROF. DR. CİHAN KARAKUZU
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Hyperledger Fabric ve Ethereum blokzincir platformları, merkezi olmayan, güvenli ve şeffaf bir ortam sağlayarak öne çıkan ve farklı kullanım senaryolarına uygun olan akıllı sözleşme kullanan platformlardır. Özellikle kurumsal uygulamalarda tercih edilen Hyperledger Fabric modüler yapısı, yetkilendirme ve kimlik yönetimi mekanizmaları, kanal sistemi ve işlemle ilgili özel akıllı sözleşmelerin kullanımına imkan veren yapısıyla dikkat çekmektedir.  Askeri, tıbbi görüntülerin veya gizliliği üst seviyede önemli olan görüntülerin/belgelerin saklanması bazı kurumlar açısından büyük önem arz etmektedir. Bu tez kapsamında sunulan HFSecImg çalışması veri güvenliği ve veri doğrulama gibi önemli problemlere çözüm önerisi olarak oluşturulmuştur. Bu çalışma, blokzincir teknolojisinin kullanımı ile veri güvenliği ve doğrulama açısından etkin bir çözüm sunmaktadır. Bu çözümde, görüntü verilerinin güvenli bir şekilde şifrelenerek paydaşlar arasında dağıtılması ve güvenilir bir şekilde saklanmasının yaynında paydaş imzalarının ve şifrelenen görüntünün veri doğrulamasının akıllı sözleşme kullanılarak sağlanması da veri doğrulama problemini etkin çözmeye yöneliktir. Bu yaklaşımın ilk adımında kaotik sistem tabanlı görüntü şifreleme yöntemiyle görüntü şifrelenmiştir. Şifrelemede kullanılan anahtar Shamir's Secret Sharing yöntemiyle belirlenerek paydaşlar arasındaki özel bilginin güvenliğinin artırılması hedeflenmiştir. Şifrelenen görüntüye ait özet bilgisi ve paydaşların dijital imzaları Hyperledger Fabric blokzincir ağında saklanmaktadır. Ayrıca paydaşların imzalarında bulunan özel ve açık anahtarlar RSA şifreleme algoritması kullanılarak oluşturulmuştur. Veri bütünlüğü ve güvenlik temelli oluşturulan çalışmada akıllı sözleşme kullanımı vurgulanmaktadır. Dağıtık defterde tutulan paydaşların imzaları ve şifrelenen görüntü Hyperledger akıllı sözleşme mekanizmasıyla doğrulama sürecinden geçmektedir. Bu sayede blokzincir teknolojisi kullanılarak güvenlik ve veri bütünlüğü sağlanmıştır. Şifrelenen görüntünün bulut sisteminde depolanması sağlanarak ağda bulunan herkese açık, erişimi kolay ve güvenlik riskinin düşük olması amaçlanmıştır. Yapılan analizler ve kullanılan mekanizmalar başarılı bir güvenli veri saklama ve veri doğrulama mekanizmasının oluşturulduğunu göstermiştir. Ethtrace adı verilen ikinci çalışmada, blokzincir teknolojisinin şeffaf bağış uygulamalarında kullanımı ve Ethereum tabanlı akıllı sözleşmelerin kullanımı ile oluşacak avantajlar konusu ele alınmıştır. Çalışmada bu konuya ilişkin bir örnek uygulama geliştirilmiştir. Bağış sürecinin otomatikleştirilmesi, bağışçılar ve alıcı kuruluşlar arasındaki anlaşmazlıkları gidermek ve güvenli bağış yönetiminin sağlanması amaçlanmıştır. Uygulamanın şeffaflık, izlenebilirlik ve güvenlik açısından değerlendirildiğinde başarılı sonuçlar verdiği görülmüştür. Bu çalışma, bağış sürecinin şeffaf ve güvenli hale getirilmesini ve bağışçıların bağışlarının etkili bir şekilde kullanıldığından emin olmalarını sağlayarak toplumsal faydayı artırmayı hedeflemektedir. Aynı zamanda, birden fazla kuruluşa aynı anda bağış yapma imkanı sunularak daha geniş bir bağışçı kitlesine hitap edebilmesi, bağış uygulamaları ve blokzincir teknolojisi arasında olası bir sinerjiyi ortaya koyması açısından literatüre katkı sağlanmıştır. Bu tez çalışması kapsamında gerçeklenen HFSecImg ve Ethtrace blokzincir uygulamalarının ortak yönü blokzincir akıllı sözleşmelerinin kullanılmasıdır. Ayrıca iki farklı uygulamaya ait akıllı sözleşmelerin birbirlerine göre üstünlükleri, sakıncaları ve kullanılması gereken alanlar detaylı bir şekilde incelenmiştir. Uygulamaların farklılıkları gizlilik, güvenlik, maliyet vb. birçok açıdan incelenmiştir. Sonuç olarak geliştirilmesi gereken uygulamaya göre seçilmesi gereken platform ile ilgili bilgilere yer verilmiştir. Blokzincir platformu seçiminin geliştirilen uygulamanın yapısına bağlı olarak çok önemli olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
Hyperledger Fabric and Ethereum blockchain platforms are platforms that use smart contracts that stand out by providing a decentralized, secure and transparent environment and are suitable for different usage scenarios. Hyperledger Fabric, which is especially preferred in corporate applications, draws attention with its modular structure, authorization and identity management mechanisms, channel system and its structure that allows the use of special smart contracts related to the transaction. It is of great importance for some institutions to keep military, and medical images or images/documents with high confidentiality. The HFSecImg study presented within the scope of this thesis was created as a solution proposal to important problems such as data security and data validation. This study offers an effective solution in terms of data security and verification with the use of blockchain technology. This solution is aimed to effectively solve the data validation problem by using a smart contract to securely encrypt the image data, distribute it among the stakeholders and store it reliably, ensuring stakeholder signatures and data verification of the encrypted image in the broadcast. In the first step of this approach, the image is encrypted with the chaotic system-based image encryption method. It is aimed to increase the security of private information between stakeholders by determining the key used in encryption by Shamir's Secret Sharing method. The summary information of the encrypted image and the digital signatures of the stakeholders are stored in the Hyperledger Fabric blockchain network. In addition, the private and public keys in the signatures of the stakeholders were created using the RSA encryption algorithm. The use of smart contracts is emphasized in the study, which is based on data integrity and security. The signatures of the stakeholders and the encrypted image kept in the distributed ledger go through the verification process with the Hyperledger smart contract mechanism. In this way, security and data integrity are ensured by using blockchain technology. It is aimed that the encrypted image is stored in the cloud system, open to everyone on the network, easy to access and low-security risk. The analyzes and the mechanisms used have shown that a successful secure data storage and data validation mechanism has been established. In the second study, called Ethtrace, the use of blockchain technology in transparent donation applications and the advantages of using Ethereum-based smart contracts are discussed. In this study, a sample application has been developed for this issue. It is aimed to automate the donation process, resolve disputes between donors and recipient organizations, and provide secure donation management. When the application is evaluated in terms of transparency, traceability and security, it has been seen that it gives successful results. This study aims to increase the social benefit by making the donation process transparent and secure, and by ensuring that donors' donations are used effectively. At the same time, by offering the opportunity to donate to more than one organization at the same time, it has contributed to the literature in terms of appealing to a wider donor mass and revealing a possible synergy between donation applications and blockchain technology. The common aspect of HFSecImg and Ethtrace blockchain applications implemented within the scope of this thesis is the use of blockchain smart contracts. In addition, the advantages, disadvantages and areas of use of smart contracts belonging to two different applications are examined in detail. The differences between the applications are privacy, security, cost, etc. have been studied from many perspectives. As a result, information about the platform that should be selected according to the application to be developed is given. It has been shown that the choice of blockchain platform is very important depending on the structure of the developed application.