Blok şifrelemelerin kuantum uygulamaları

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Uygulamalı Matematik Enstitüsü, Kriptografi Anabilim Dalı, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2025

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: HASAN ÖZGÜR ÇILDIROĞLU

Danışman: OĞUZ YAYLA

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Kuantum hesaplamadaki gelişmeler, hafif blok şifre (LBC) uygulamalarının kuantum saldırılarına karşı yeniden değerlendirilmesini gerekli kılmaktadır. Bu çalışmada, Feistel yapılı $\rm SLIM$ ve $\rm MIBS$ algoritmaları için ilk kuantum devre uygulamaları ve kapsamlı güvenlik analizleri sunulmaktadır. Şifrelerin tersinir mimarilerinden yararlanılarak, derinlik açısından optimize edilmiş yardımcı kubit gerektirmeyen devreler tasarlanmaktadır. Bu bağlamda, $\rm SLIM$-80 için 112 kubit ve 4,066 derinlikle 30,404 kuantum maliyetine ulaşılırken, $\rm MIBS$-64 ve $\rm MIBS$-80 için sırasıyla 128 ve 144 kübitle 4,768'lik derinliğe sahip 23,371 ve 24,363 kuantum maliyetli devreler gerçekleştirilmiştir. Takiben, Grover tabanlı saldırı senaryolarında NIST PQC standardının maksimum derinlik ($\texttt{MAXDEPTH}$) kısıtlaması altında şifrelerin güvenlik seviyeleri analiz edilmiştir. Önerilen çoklu veri çiftli kahin devreleri kullanılarak, $\rm SLIM$-80 ve $\rm MIBS$-80 için saldırı maliyeti 2$^{111}$, $\rm MIBS$-64 içinse 2$^{94}$ olarak hesaplanmış, NIST'in Seviye-1 güvenlik eşiği olan 2$^{170}$'in altında kalındığı gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlar, şifrelerin hafiflik ve klasik verimliliklerine rağmen kuantum tehditlerine karşı savunmasız olduklarını ve önerilen çerçevenin Feistel şifreler için kuantum direnç analizi açısından etkin bir yaklaşım sunduğunu göstermektedir.