High throughput sequencing (HTS) platforms have been developed in recent years. These technologies enable researchers to answer a wide range of biological questions by obtaining whole or targeted segments of genomes of individuals. However, HTS technologies generate very large amounts of data. Even after using the best compression algorithms, data size is still huge due to large original file size. As most of the genome projects' contributors are located in different countries, transfer of the data becomes an important problem in genomics. Currently used methods for genome data sharing is transferring the files via File Transfer Protocol (FTP), Tsunami protocol or Aspera Software, storing them on public databases or clouds, working on the files stored on central servers and circulating external hard disks. However, all of these methods have some drawbacks like cost, speed, or privacy. In this thesis, to address this problem, we introduce an application called BioPeer. BioPeer uses an open source UDP-based UDT protocol written by Barchart, Inc for data transfer. We implement peer-to-peer file sharing architecture to BioPeer. This architecture is similar to BitTorrent, where large files are transferred in chunks, and synchronized between peers within the same project. To ensure every client is able to connect other clients, we employ NAT traversal via UDP hole punching method. So, users who are behind NAT devices are able to send and receive data from other peers. To provide secure file transfer, BioPeer encrypts files using Advanced Encryption Standard (AES) cipher. Symmetric encryption keys are exchanged via RSA (Rivest-Shamir-Adleman) algorithm. Additionally, content distribution network (CDN) infrastructure is implemented in order to achieve high throughput with BioPeer.

Son yıllarda yüksek verimli sıralama (HTS) platformları geliştirilmiştir. Araştırmacılar bu teknolojileri kullanarak bireylerin genomlarının tamamı veya hedeflenmiş kısımlarını elde edebilir. Elde edilen bu veriler araştırmacıların çeşitli biyolojik sorulara cevap vermelerini sağlar. Ancak yüksek verimli sıralama teknolojilerindeki gelişmeler çok büyük miktarda veri üretilmesine neden olur. Dosyaların asıl boyutları çok büyük olduğu için en iyi sıkıştırma algoritmalarının uygulanması bile veri miktarını çok fazla azaltamaz. Genom projelerinde yer alan katılımcılar genellikle farklı ülkelerde yer almaktadır. Bu yüzden genom projelerindeki büyük dosyaların aktarımı sorun haline gelmektedir. Araştırmacıların şu anda kullandıkları yöntemler şunlardır; dosya aktarım iletişim kuralı (FTP), Tsunami iletişim kuralı veya Aspera yazılımı ile veri aktarımı, dosyaları herkese açık veritabanlarında ya da bulutta depolamak, dosyaları ortak sunucuda tutup onun üzerinde çalışmak ya da verileri harici disklere kaydedip katılımcılar arasında dolaştırmak. Ancak tüm bu yöntemlerin maliyet, hız ve gizlilik gibi dezavantajları vardır. Bu sorunları ortadan kaldırmak için BioPeer adında bir uygulama geliştirdik. Bu uygulama, veri aktarımı için Barchart şirketi tarafından yazılmış açık kaynaklı UDP tabanlı veri aktarım protokolü UDT kullanıyor. BioPeer'e eşler arası dosya paylaşım (P2P) mimarisi uygulanmıştır. Bu mimari, BitTorrent'te olduğu gibi büyük dosyaları küçük parçalara ayırarak aynı projede yer alan eşler arasında senkronize eder. Tüm kullanıcıların birbirine bağlanabildiğinden emin olmak için NAT'ı Aşma (NAT Traversal) yöntemleri arasından UDP Delik Açma (UDP Hole Punching) yöntemi kullanılmıştır. Bu sayede NAT cihazları arkasında kalan kullanıcılar da diğer katılımcılarla dosya alışverişi yapabilir. Uygulamada güvenli veri aktarımı sağlamak için dosyalar Gelişmiş şifreleme Standardı (AES) kullanılarak şifrelenir. Simetrik şifreleme anahtarları RSA (Rivest-Shamir-Adleman) algoritması kullanılarak kullanıcılar arasında aktarılır. Ayrıca, uygulamadan daha yüksek verim elde etmek için içerik dağıtım ağı (CDN) altyapısı uygulanmıştır.