Muvazaaya dayanikli TLS tasdik protokolleri: Merkeziyetsiz uygulamalar için doğrulanabilir ve modüler bir yaklaşim
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Uygulamalı Matematik Enstitüsü, Kriptografi Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2026
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: UĞUR ŞEN
Danışman: MURAT OSMANOĞLU, OĞUZ YAYLA
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Günümüzde erişilebilir verilerin önemli bir bölümü merkezi sunucularda saklanmakta ve bu verilere genellikle gizlilik ve bütünlük garantileri sağlayan Transport Layer Security (TLS) protokolü aracılığıyla erişilmektedir. Ancak blokzincir tabanlı sistemler, TLS'nin akıllı sözleşmeler tarafından doğrulanabilir kamusal kanıtlar üretmek üzere tasarlanmamış olması nedeniyle bu tür zincir dışı verileri doğrudan tüketememektedir. Bu sınırlamayı aşmak amacıyla, Tasarım Taahhütlü TLS (Designed Commitment TLS, DCTLS) veya zkTLS olarak adlandırılan bir protokol sınıfı ortaya çıkmış; bu protokoller, sunucu tarafında herhangi bir değişiklik gerektirmeden TLS oturumlarından türetilen gizliliği koruyan doğrulanabilir tasdiklerin üretilmesini mümkün kılmıştır. Bununla birlikte, mevcut DCTLS yapıları belirlenmiş doğrulayıcılara dayanmaktadır. Bu durum kamusal doğrulanabilirliği sınırlamakta ve kanıtlayıcı-doğrulayıcı işbirliği (muvazaa) saldırılarına karşı yapısal bir zayıflık oluşturmaktadır. Muvazaa durumunda, kötü niyetli bir kanıtlayıcı ve doğrulayıcı protokolden birlikte saparak, dürüst çalışmalardan ayırt edilemeyen sahte tasdikler üretebilmektedir. Literatürde muvazaanın etkisini azaltmak amacıyla güvenilir yürütme ortamları (Trusted Execution Environments, TEE), merkeziyetsiz oracle ağları (Decentralized Oracle Networks, DON) ve kör imza tabanlı yaklaşımlar kullanılmış olsa da, bu çözümler ya güçlü güven varsayımları getirmekte, ya kanıtlayıcı tarafında yüksek karmaşıklık doğurmakta ya da ölçeklenebilirlik ve verimlilik açısından ciddi maliyetler yaratmaktadır. Bu tezde, mevcut DCTLS yapılarını genelleştiren ve belirlenmiş doğrulayıcı varsayımını minimize eden, modüler bir muvazaaya dayanıklı TLS tasdik çerçevesi geliştirilmektedir. Bu kapsamda, doğrulayıcı sayısı artırılarak tekil güven varsayımı minimize edilmekte; bu işlem, Dağıtık Doğrulanabilir Rastgele Fonksiyonlar (Distributed Verifiable Random Functions, DVRF) aracılığıyla üretilen ortak rastgelelik sayesinde, verimlilikten ödün vermeden gerçekleştirilmektedir. İlk olarak, DVRF'nin DECO protokolü ile nasıl bütünleştirilebileceği gösterilerek, merkeziyetsiz depolama tabanlı TLS tasdik protokolü önerilmiştir. Ortak rastgelelik üretimi sayesinde her bir doğrulayıcı, oturuma kriptografik olarak bağlanabilmekte ve yürütmenin doğruluğu hakkında bağımsız bir güvence elde edebilmektedir; böylece tekil güvenilir taraflara olan bağımlılık azaltılmaktadır. Merkeziyetsiz doğrulamanın ölçeklenebilirlik sorunlarını ele almak amacıyla, bu yapı daha sonra merkeziyetsiz depolama yerine Eşik İmza Şemaları (Threshold Signature Schemes, TSS) kullanılarak kompakt hale getirilmiş; bu sayede tasdikler daha kompakt ve verimli hale getirilmektedir. Devamında, literatürde DECO ve Distefano gibi somut örnekler bulunmasına rağmen, DCTLS protokollerini formel olarak tanımlayan genelleştirilmiş bir yapı mevcut değildir. Bu nedenle, öncelikle DCTLS protokollerinin genel bir formalizasyonu sunulmaktadır. Bu formal tanım üzerine inşa edilen ve dx-DCTLS olarak adlandırılan dışa aktarılabilir bir soyutlama türetilmektedir. dx-DCTLS, doğrulanabilir olmayan kriptografik bileşenlerin doğrulanabilir karşılıklarıyla değiştirilmesi yoluyla TLS tasdiklerinin üçüncü taraflarca doğrulanabilmesini mümkün kılmakta ve mevcut DCTLS protokollerinin temel TLS sunucu altyapısına müdahale edilmeden genişletilmesine olanak sağlamaktadır. dx-DCTLS üzerine inşa edilen muvazaaya dayanıklı çerçevede, doğrulayıcı rolü yapılandırılabilir sayıda yardımcı doğrulayıcıya dağıtılmaktadır. Önceki önerilerde kullanıldığı üzere, dx-DCTLS önerisi, Dağıtık Doğrulanabilir Rastgele Fonksiyonlar (DVRF) ve Eşik İmza Şemaları (TSS) ile entegre edilerek t-out-of-n uzlaşmasını destekleyen bir çerçeve elde edilmektedir. Ayrıca, yardımcı doğrulayıcı sayısı, çekirdek TLS etkileşiminden bağımsızdır; bu sayede kanıtlayıcı tarafındaki karmaşıklık O(1) düzeyinde kalırken, muvazaaya karşı dayanıklılık eşik parametresi t ile ölçeklenmektedir. Önerilen çerçevenin güvenliği, çoklu doğrulayıcı ortamlarına özgü saldırgan davranışları kapsayan oyun tabanlı bir eşik tasdik sahteciliği tanımı ile formal olarak tanımlanmıştır. Bu tanım altında, standart kriptografik varsayımlar kullanılarak oyun tabanlı bir güvenlik ispatı sunulmaktadır. Önerilen çerçevenin pratik uygulanabilirliğini değerlendirmek amacıyla, DVRF-TSS katmanının bir prototip uygulaması ve dx-DCTLS için performans analizi gerçekleştirilmektedir. Elde edilen sonuçlar, ek yükün yüksek eşik boyutlarında dahi sınırlı kaldığını göstermektedir. Son olarak, gerçekçi bir TLS tasdik kullanım senaryosu, önerilen çerçevenin güvenilir donanıma, tekil bir otoriteye ya da kör imza mekanizmalarına ihtiyaç duymaksızın gizliliği koruyan ve ölçeklenebilir blokzincir uygulamalarına olanak sağladığı ortaya konmaktadır.