Geri Dön

Genomik Veri Güvenliği için Transformer Tabanlı DNA Anahtar Akışı Üretimi ile DNA Şifreleme

Transformer-Based DNA Keystream Generation and DNA Encryption for Genomic Data Security

  1. Tez No: 901414
  2. Yazar: ALEV KAYA
  3. Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM TÜRKOĞLU, DR. ÖĞR. ÜYESİ TALHA BURAK ALAKUŞ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Mühendislik Bilimleri, Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Engineering Sciences, Computer Engineering and Computer Science and Control
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Fırat Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Yazılım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yazılım Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Genomik verilerin hassas, kalıcı ve yüksek hacimli yapısı, korunmalarında anahtar akışlarının istatistiksel niteliğini, DNA dizilerinin yapısal özelliklerini ve geri kazanım doğruluğunu birlikte gözeten yöntemleri gerekli kılmaktadır. Bu tezde genomik FASTA verileri için DNA-yerel, kısıt-farkında ve Transformer tabanlı bütünleşik bir anahtar üretim–şifreleme çerçevesi geliştirilmiştir. Temel hipotez, doğrudan A/C/G/T alfabesinde üretilen sözde rastgele anahtar akışlarının istatistiksel rastgelelik, yapısal uyumluluk ve kayıpsız geri kazanımı birlikte destekleyebileceğidir. Baz ve DNA–bit kodlama kuralı seçimi için iki çıkış başlığı bulunan, yalnızca kod çözücü temelli Transformer tabanlı bir sözde rastgele sayı üreteci (Pseudo-Random Number Generator, PRNG) tasarlanmıştır. Yöntem; iki bağımsız gerçek genomik veri rejimi, sentetik veri rejimi ve eğitim ya da referans verisi kullanmayan referanssız rejimde değerlendirilmiştir. Her rejimde 10 bağımsız koşumda 500.000 bazlık DNA dizisi ve yaklaşık 1.000.000 bitlik yardımcı akış üretilmiştir. Akışlar NIST SP 800-22 testleri, t-tuple min-entropisi, GC dengesi, homopolimer kontrolü ve dizisel yapı ölçütleriyle incelenmiştir. NIST testlerinin tamamında her rejimdeki 10 akışın tümü geçiş ölçütünü sağlamış; min-entropi alt sınırları 0,9955–0,9964 bit/bit bulunmuştur. Referanssız rejimde üretilen 128 bazlık çekirdek anahtar, periyodik genişletilerek kuaterner DNA XOR şifrelemesinde kullanılmıştır. 1.000–10.000.000 baz aralığında kayıpsız geri kazanım; SHA-256 özet eşitliği, sıfır Hamming farkı ve %100 bit düzeltme oranıyla doğrulanmıştır. Anahtar genişletme ve DNA XOR işlemlerini kapsayan çekirdek ölçümlerde 10.000.000 bazın şifrelenmesi yaklaşık 1,27 saniye, çözülmesi 1,26 saniye sürmüş ve süreler dizi uzunluğuyla yaklaşık doğrusal artmıştır. Sonuçlar, çerçevenin genomik veri güvenliği için istatistiksel kalitesi, yapısal uyumluluğu ve kayıpsız geri kazanımı doğrulanmış, uygulanabilir bir yaklaşım sunduğunu göstermektedir.

Özet (Çeviri)

Genomic data are sensitive, persistent, and high-volume; their protection requires methods that jointly consider key-stream statistics, DNA structural properties, and recovery accuracy. This thesis develops a DNA-native, constraint-aware, Transformer-based key-generation and encryption framework for genomic FASTA data. The central hypothesis is that pseudorandom key streams generated in the A/C/G/T alphabet can jointly support statistical randomness, structural compatibility, and lossless recovery. A decoder-only Transformer-based pseudo-random number generator (PRNG) with two output heads for base and DNA–bit coding-rule selection was designed. It was evaluated in two independent real-genomic data regimes, a synthetic-data regime, and a reference-free regime using no training or reference data. Ten independent runs per regime each produced a 500,000-base DNA sequence and an approximately 1,000,000 bit auxiliary stream. Streams were assessed using NIST SP 800-22 tests, t-tuple min-entropy, GC balance, homopolymer control, and sequence-structure metrics. All 10 streams per regime passed every applied NIST test; min-entropy lower bounds ranged from 0.9955 to 0.9964 bits/bit. The 128-base core key generated in the reference-free regime was periodically expanded for quaternary DNA-XOR encryption. SHA-256 digest equality, zero Hamming distance, and a 100% bit correction rate confirmed lossless recovery across 1,000–10,000,000 bases. Core measurements covering key expansion and DNA-XOR showed that encrypting 10,000,000 bases took approximately 1.27 seconds and decrypting them took 1.26 seconds, with times increasing approximately linearly with sequence length. Results demonstrate applicability to genomic data security with validated statistical quality, structural compatibility, and lossless recovery.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    735747

    Patates (Solanum tuberosum L.) transkripsiyon faktörü genlerinin tanımlanması ve regülatör fonksiyonel markörlerin geliştirilmesi

    Identification of transcription factor genes and development of regulatory functional markers in potato (Solanum tuberosum L.)

    ŞERİFE NUR TOSUN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    BiyoteknolojiNecmettin Erbakan Üniversitesi

    Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYŞE ÖZGÜR UNCU

  2. Tez No

    776518

    Generation of plasmid-based eukaryotic model to investigate biology of Crimean-Congo hemorrhagic fever virus nucleoprotein and glycoproteins

    Kırım Kongo kanamalı ateşi virüsü nükleoproteinin ve glikoproteinlerinin biyolojisinin çalışılmasında plazmit temelli ökaryotik model oluşturulması

    NESİBE SELMA ÇETİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    BiyoteknolojiBezm-İ Alem Vakıf Üniversitesi

    Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)

    PROF. DR. MEHMET ZİYA DOYMAZ

  3. Tez No

    517909

    Essential design components of genetic data enabled mobile personal health record systems

    Genetik verilerin dahil edildiği mobil kişisel sağlık sistemleri için gerekli tasarım bileşenleri

    ÖZLEM ÖZKAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Sağlık Bilişimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. YEŞİM AYDIN SON

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ARSEV UMUR AYDINOĞLU

  4. Tez No

    1015707

    Exploiting modern hardware for secure data management

    Güvenli veri yönetimi için modern donanımdan yararlanma

    MUSTAFA CANIM

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolThe Unıversıty Of Texas At Dallas

    Bilgisayar Sistemleri ve Yazılım Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MURAT KANTARCIOĞLU

  5. Tez No

    685390

    Genome reconstruction on genomic data-sharing beacons

    Genomik veri paylaşan beacon sistemlerine genom yeniden inşa saldırıları

    KEREM AYÖZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULLAH ERCÜMENT ÇİÇEK

Geri Dön