FPGA üzerinde ileri şifreleme yöntemi tasarlanması

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, -, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2025

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: CEMİL BAKİ KIYAK

Danışman: Hasan Şakir Bilge

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu çalışma, gömülü sistemleri kod hırsızlığına karşı korumak amacıyla, kritik bir literatür boşluğunu dolduran, enerji-farkındalıklı (energy-aware) hibrit bir güvenlik çerçevesi (HGÇ) sunmaktadır. Yaklaşım; bit akışı şifrelemesi, mesaj-başı dinamik anahtar üretimi ve Dinamik Fonksiyon Değişimi (DFX) tabanlı bellek yanıltmasını bütünleştirerek, ROM kazıma ve yan kanal analizleri gibi fiziksel müdahalelere ve iletişim dinlemesi gibi mantıksal saldırılara karşı katmanlı bir donanım-yazılım karşı önlemi sunmaktadır. Xilinx Zynq-7020 SoC üzerinde prototiplenen yöntem, Ascon-XOF tabanlı bir Anahtar Türetme Fonksiyonu (KDF) ile her mesaj için taze bir Kimlik Doğrulamalı Şifreleme (AEAD) anahtarı üretir. Eş zamanlı olarak, gizli anahtar malzemesini ve seçili kod sayfalarını barındıran BRAM bloklarını DFX ile sürekli yer değiştirerek 'hareketli hedef' savunması uygular. Bu strateji fiziksel müdahaleleri zorlaştırırken, kriptografik gizlilik ve bütünlük ise hafif AEAD katmanı tarafından sağlanır. Yapılan donanım değerlendirmesi, önerilen HGÇ çerçevesinin yalnızca ASCON-128a ile değil, aynı zamanda ACORN-128, TinyJAMBU-128 ve JAMBU-PRESENT-128 gibi farklı hafif AEAD algoritmalarıyla da başarılı bir şekilde bütünleşebildiğini göstermiştir. Her bir algoritma için HGÇ'nin getirdiği ek gecikme ve enerji maliyeti nicel olarak ölçülmüş, böylece çerçevenin genel uygulanabilirliği ve ortogonalliği deneysel olarak kanıtlanmıştır. Çevrimiçi anahtar değişiminden kaçınarak ve uzun ömürlü sırların fiziksel konumunu sürekli değiştirerek, bu çerçeve FPGA tabanlı sistemlerde kod hırsızlığına karşı uygulanabilir ve katmanlı bir savunma sunmaktadır.