Tez No	İndirme	Tez Künye	Durumu
784371		Differential privacy in financial distributed ledger applications / Finansal dağıtık defter uygulamalarında diferansiyel mahremiyet Yazar:MERVE CAN KUŞ Danışman: PROF. DR. ALBERT LEVİ Yer Bilgisi: Sabancı Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Bilgi Güvenliği Bilim Dalı Konu:Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control Dizin:	Onaylandı Doktora İngilizce 2022 135 s.
Bitcoin, yenilikçi ve açık blok zinciri yapısıyla araştırmacıları büyüleyen öncü finansal dağıtık defter sistemidir. Bu açık dağıtık defterin incelemesi ile anonimlik ve mahremiyet açısından karıştırma protokolleri, halka imzalar, sıfır bilgi kanıtları, homomorfik taahhütler ve zincir dışı depolama sistemlerini kullanan pek çok iyileştirme önerisi yapılmıştır. Diğer yandan diferansiyel mahremiyet, mahrem bilgi sızdırmadan istatistiksel sorgulamaların yapılmasını sağlayan mekanizmalar ile ortaya çıkan bir gizlilik kavramıdır. Bildiğimiz kadarıyla literatürde diferansiyel mahremiyet açısından Bitcoin'in açık defterini inceleyen bir çalışma yoktur. Bununla birlikte, açık blok zinciri yapısı, gerçek değerleri gizleyecek ve dağıtık defter bütünlüğünün kontrol edilebilirliğini koruyacak diferansiyel mahremiyet mekanizmalarından yararlanabilir. Bu tezde öncelikle, Bitcoin açık blok zinciri için diferansiyel mahremiyetin teorik bir incelemesi sunulmaktadır. Diferansiyel gizlilik formülasyonu kullanılarak mevcut Bitcoin blok zinciri yapısı incelenmektedir. Ardından, Bitcoin blok zincirinde uygulamak için iki farklı gizlilik mekanizmasının fizibilitesi sunulmaktadır: (i) işlem miktarlarına gürültü eklenmesi, ve (ii) kullanıcı grafiğinin pertürbasyonu. Ayrıca, bir açık yazılım kütüphanesi kullanılarak işlem miktarlarına gürültü ekleme uygulanmıştır. Uygulanabilir mekanizmalar ile parametreleri tespit edebilmek için değişken parametre değerleri için dört farklı gizlilik mekanizmasının karşılaştırması yapılmıştır. Bu tezin diğer bir katkısı olarak blok zinciri tabanlı diferansiyel mahremiyeti sağlayan federe bir akıllı hizmet ölçüm çerçevesi önerilmektedir. Müşteriler ve hizmet sağlayıcılar arasında adil bir çözüm sunarken gerçek hizmet tüketimini gizlemek için gürültü ekleme yaklaşımı kullanılmaktadır. Özetle bu tezde, gürültü ekleme ve kullanıcı grafiğinin pertürbasyonu yöntemlerinin diferansiyel mahremiyeti ihlal eden vaka oranını azalttığı gösterilmektedir. Dolayısıyla finansal dağıtık defter uygulamalarında mahremiyeti geliştirmek için kullanılabilecekleri önerilmektedir.
Bitcoin is the pioneering financial distributed ledger system, which captivated researchers with its innovative public blockchain structure. Examinations of this public blockchain resulted in many proposals for improvement in terms of anonymity and privacy. Generally used methods include mixing protocols, ring signatures, zero-knowledge proofs, homomorphic commitments, and off-chain storage systems. On the other hand, differential privacy is a privacy notion coming up with mechanisms that enable running statistical queries without leaking any private information. To the best of our knowledge, in the literature, there is no study examining Bitcoin's public blockchain in terms of differential privacy. However, public blockchain structure can benefit from differential privacy mechanisms for improved privacy, by hiding actual values, and preserving checkability of the integrity of the blockchain. In this dissertation, first, we provide a theoretical examination of differential privacy in Bitcoin public blockchain. We examine the current Bitcoin blockchain structure using the differential privacy formulation. Then, we present feasibility of utilization of two differential privacy mechanisms to be applied to the blockchain of Bitcoin: (i) noise addition to the transaction amounts, and (ii) user graph perturbation. Moreover, we implement noise addition to the transaction amounts by using a public software library. We compare four differential privacy mechanisms using varying parameter values in order to determine the feasible ones. As another contribution of this dissertation, we propose a blockchain-based differentially-private federated smart utility metering framework. We utilize noise addition approach to hide the actual utility consumptions while providing fair settlement among the clients and the utility providers. To sum up, in this dissertation we show that noise addition and graph perturbation methods decrease the fraction of the cases violating differential privacy. Therefore, they can be used for improving privacy in financial distributed ledger applications.