Design and development of cryptographic fair exchange protocois

Abstract

ÖZET Bu tez, adil takas problemini bazı özel durumlar için ele almaktadır. Genel olarak adil takas problemi, birbirlerine güvenmeyen iki tarafın rastgele seçtikleri verileri takas etme sorunu olarak tanımlanabilir. Bu iki taraf birbirlerine güvenmedikleri için, almayı bekledikleri verileri elde etmeden kendi verilerini yollamak istemezler. Bu iki tarafın farklı ülkelerde bulunması ve taraflardan birinin haksızlığa uğraması halinde, uluslar arası hukuk bürokrasisi yüzünden bu anlaşmazlığı çözmek para ve zaman gerektirebilir. Bu tezde adil takas probleminin özel bir uygulaması olan, büyük boyutlardaki elektronik mallar için adil e-ticaret protokolü tasarlanmış ve uygulanmıştır. Önerilen bu protokol elektronik para karşılığında elektronik mallan adil bir şekilde takas eder. Aynı zamanda takas edilen elektronik malların kalitesi ve içeriğinin kontrolünü de yapar. Sunulan bu protokol verimli bir şekilde çalışmaktadır. Öyleki, taraflardan hiçbiri hile yapmayı denemezse, sadece üç mesaj yeterlidir. Taraflardan biri hile yapmayı denerse, anlaşmazlığı çözmek için üç mesaja daha ihtiyaç olacaktır. Literatürde daha önce yapılan başka çalışmalarda önerilen protokollerde, elektronik mallar taraflar arasında birçok kez transfer edilmiştir. Bu durum elektronik malların büyük boyutlarda olması halinde yüksek maliyetlere sebep olmaktadır. Bu tezde önerilen protokolde elektronik mallar sadece bir kez transfer edilmektedir. Bu protokolün başka önemli bir özelliği ise müşterilerin kimlMerinin anonim bırakılmasıdır. Öyleki, protokol akışı sırasında müşterilerin alışveriş alışkanlıkları hakkında hiçbir bilgi toplanamamaktadır. Uygulama sonuçlan, adil e-ticaret protokolünün verimli, güvenilir ve az sayıda kriptografik operasyona ihtiyaç olduğunu göstermektedir. Bu tezde sunulan e-ticaret protokolü dışında yine adil takas probleminin özel bir uygulaması olan, ancak farklı bir yöntemle tasarlanmış ve uygulanmış bir adil çoğulortam takas protokolü sunulmaktadır. Bu protokolü tasarımının ardındaki amaç farklı tipdeki uygulamaların farklı yöntem gereksinimleridir. Adil çoğulortam takas protokolünde iki birey birbiri ile bazı çoğulortam dosyalannı (ör: görüntü veya ses dosyalan) takas etmek isterler. Bu protokol adil e-ticaret protokolüne göre daha azgüvenlik gerektirmekte ve daha düşük derecede adalet sağlamaktadır. Adil çoğulortam takas protokolünde bebek-adımları yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemde protokolünün başarılı bir biçimde tamamlanma olasılığı her adımda artmaktadır. Taraflar değişmek istedikleri elektronik mallan parçalara ayırıp birbirlerine sırayla bu parçalan yollarlar. Protokol sona erdiğinde elektronik mallar elde edilen parçalar birleştirerek oluşturulur.

ABSTRACT In this thesis, the problem of fair exchange on specific cases is addressed. The main idea of fair exchange is as follows: Two entities that do not trust each other want to exchange some arbitrary data over a communication network. Since they do not trust each other, neither party wants to transmit their own data before receiving the other entity's data. Even though either party could prove an unjust situation after termination of the protocol, if they are in different countries, solving disputes may require time and money due to the bureaucracy of international laws. In this thesis, a special application of fair exchange, a fair e-commerce protocol for large e-goods is designed and implemented. The proposed protocol provides a method for fair exchange of e-money to e-products, and a method for verifying the contents of the exchanged items. The presented protocol is efficient such that when none of the parties tries to cheat, only three messages are sufficient. In case of disputes, three more messages are needed. Furthermore, in most of the previously proposed protocols in the literature, e-goods are transferred multiple times among some entities. This situation is too costly when e-goods are large. In the presented protocol, e-goods are transferred only once. Another important property of the protocol is the anonymity of the customer; no information about the customers shopping habits can be gathered through the protocol. The implementation results show that the protocol is efficient and secure and that small number of cryptographic operations is sufficient In addition to the fair e-commerce protocol, another special application of fair exchange, a fair multimedia exchange protocol using a different method is designed and implemented. This protocol is designed due to different requirements of different applications. In the fair multimedia exchange protocol, two entities want to exchange some multimedia files such as video or audio files. This protocol requires lower security and has a different a lower degree of fairness as compared to the fair e-commerce protocol. Fair multimedia exchange protocol uses a baby-step approach in which theprobability of protocol completion is gradually increased over several cycles. In baby- step approach protocols, entities exchange pieces of the items, which they want to barter. At protocol completion, the complete items are formed by using the pieces exchanged.