Dissertations / Theses: 'Attaques par canaux auxiliaires cachés'

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Thillard, Adrian. "Contre-mesures aux attaques par canaux cachés et calcul multi-parti sécurisé." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEE053/document.

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Abstract:

Les cryptosystèmes sont présents dans de nombreux appareils utilisés dans la vie courante, tels que les cartes à puces, ordiphones, ou passeports. La sécurité de ces appareils est menacée par les attaques par canaux auxiliaires, où un attaquant observe leur comportement physique pour obtenir de l’information sur les secrets manipulés. L’évaluation de la résilience de ces produits contre de telles attaques est obligatoire afin de s’assurer la robustesse de la cryptographie embarquée. Dans cette thèse, nous exhibons une méthodologie pour évaluer efficacement le taux de succès d’attaques par canaux auxiliaires, sans avoirbesoin de les réaliser en pratique. En particulier, nous étendons les résultats obtenus par Rivain en 2009, et nous exhibons des formules permettant de calculer précisément le taux de succès d’attaques d’ordre supérieur. Cette approche permet une estimation rapide de la probabilité de succès de telles attaques. Puis, nous étudions pour la première fois depuis le papier séminal de Ishai, Sahai et Wagner en 2003 le problème de la quantité d’aléa nécessaire dans la réalisation sécurisée d’une multiplication de deux bits. Nous fournissons des constructions explicites pour des ordres pratiques de masquage, et prouvons leur sécurité et optimalité. Finalement, nous proposons un protocole permettant le calcul sécurisé d’un veto parmi un nombre de joueurs arbitrairement grand, tout en maintenant un nombre constant de bits aléatoires. Notre construction permet également la multiplication sécurisée de n’importe quel nombre d’éléments d’un corps fini
Cryptosystems are present in a lot of everyday life devices, such as smart cards, smartphones, set-topboxes or passports. The security of these devices is threatened by side-channel attacks, where an attacker observes their physical behavior to learn information about the manipulated secrets. The evaluation of the resilience of products against such attacks is mandatory to ensure the robustness of the embedded cryptography. In this thesis, we exhibit a methodology to efficiently evaluate the success rate of side-channel attacks, without the need to actually perform them. In particular, we build upon a paper written by Rivainin 2009, and exhibit explicit formulaes allowing to accurately compute the success rate of high-order side-channel attacks. We compare this theoretical approach against practical experiments. This approach allows for a quick assessment of the probability of success of any attack based on an additive distinguisher. We then tackle the issue of countermeasures against side- channel attacks. To the best of our knowledge, we study for the first time since the seminal paper of Ishai, Sahai and Wagner in 2003 the issue of the amount of randomness in those countermeasures. We improve the state of the art constructions and show several constructions and bounds on the number of random bits needed to securely perform the multiplication of two bits. We provide specific constructions for practical orders of masking, and prove their security and optimality. Finally, we propose a protocolallowing for the private computation of a secure veto among an arbitrary large number of players, while using a constant number of random bits. Our construction also allows for the secure multiplication of any number of elements of a finite field

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Vaquié, Bruno. "Contributions à la sécurité des circuits intégrés face aux attaques par canaux auxiliaires." Thesis, Montpellier 2, 2012. http://www.theses.fr/2012MON20133/document.

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Abstract:

Les attaques par canaux cachés telles que les attaques par analyse de la consommation sont une menace pour la sécurité des circuits intégrés. Elles exploitent les fuites physiques émises par les circuits lors des calculs cryptographiques pour récupérer les informations secrètes qu'ils contiennent. De nombreuses contremesures, notamment matérielles, ont donc été proposées par la communauté dans le but de protéger les crypto-systèmes contre ce type d'attaques. Malgré leur efficacité, leur inconvénient majeur est leur surcoût important en surface, vitesse et consommation. Cette thèse a pour objectif de proposer des contremesures avec un faible coût au niveau matériel visant à réduire ces fuites et offrant un bon compromis entre sécurité et surcoûts. Pour cela, nous identifions tout d'abord les principales sources de fuites d'un crypto-système intégrant une architecture matérielle itérative d'un algorithme symétrique. Puis nous proposons plusieurs contremesures, à faible coût matériel, qui visent à réduire ces fuites. Enfin, nous évaluerons la robustesse de nos solutions face aux attaques par canaux cachés
Side channel attacks such as power analysis attacks are a threat to the security of integrated circuits.They exploit the physical leakage of circuits during the cryptographic computations to retrieve the secret informations they contain. Many countermeasures, including hardware, have been proposed by the community in order to protect cryptosystems against such attacks. Despite their effectiveness, their major drawback is their significant additional cost in area, speed and consumption. This thesis aims at proposing low cost countermeasures able to reduce the leaks and offering a good compromise between security and costs. First we identify the main sources of leakage of a cryptographic system that integrates an iterative hardware architecture of a symetric algorithm. Then we propose several low cost countermeasures, which aim at reducing this leakage. Finally, we evaluate the robustness of our solutions against side channel attacks

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Dosso, Fangan Yssouf. "Contribution de l'arithmétique des ordinateurs aux implémentations résistantes aux attaques par canaux auxiliaires." Electronic Thesis or Diss., Toulon, 2020. http://www.theses.fr/2020TOUL0007.

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Abstract:

Cette thèse porte sur deux éléments actuellement incontournables de la cryptographie à clé publique, qui sont l’arithmétique modulaire avec de grands entiers et la multiplication scalaire sur les courbes elliptiques (ECSM). Pour le premier, nous nous intéressons au système de représentation modulaire adapté (AMNS), qui fut introduit par Bajard et al. en 2004. C’est un système de représentation de restes modulaires dans lequel les éléments sont des polynômes. Nous montrons d’une part que ce système permet d’effectuer l’arithmétique modulaire de façon efficace et d’autre part comment l’utiliser pour la randomisation de cette arithmétique afin de protéger l’implémentation des protocoles cryptographiques contre certaines attaques par canaux auxiliaires. Pour l’ECSM, nous abordons l’utilisation des chaînes d’additions euclidiennes (EAC) pour tirer parti de la formule d’addition de points efficace proposée par Méloni en 2007. L’objectif est d’une part de généraliser au cas d’un point de base quelconque l’utilisation des EAC pour effectuer la multiplication scalaire ; cela, grâce aux courbes munies d’un endomorphisme efficace. D’autre part, nous proposons un algorithme pour effectuer la multiplication scalaire avec les EAC, qui permet la détection de fautes qui seraient commises par un attaquant que nous détaillons
This thesis focuses on two currently unavoidable elements of public key cryptography, namely modular arithmetic over large integers and elliptic curve scalar multiplication (ECSM). For the first one, we are interested in the Adapted Modular Number System (AMNS), which was introduced by Bajard et al. in 2004. In this system of representation, the elements are polynomials. We show that this system allows to perform modular arithmetic efficiently. We also explain how AMNS can be used to randomize modular arithmetic, in order to protect cryptographic protocols implementations against some side channel attacks. For the ECSM, we discuss the use of Euclidean Addition Chains (EAC) in order to take advantage of the efficient point addition formula proposed by Meloni in 2007. The goal is to first generalize to any base point the use of EAC for ECSM; this is achieved through curves with one efficient endomorphism. Secondly, we propose an algorithm for scalar multiplication using EAC, which allows error detection that would be done by an attacker we detail

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Le, Thanh-Ha. "Analyses et mesures avancées du rayonnement électromagnétique d'un circuit intégré." Grenoble INPG, 2007. http://www.theses.fr/2007INPG0097.

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Abstract:

L'objectif principal de la thèse est de proposer des solutions permettant d'améliorer l'efficacité des attaques par observation de signaux électromagnétiques pour découvrir la clé de chiffrement d'une carte à puce. Nous analysons deux méthodes: la DifferentiaI Power Analysis (DP A) et la Correlation Power Analysis (CP A). Les attaques DP A et CP A sont basées sur un modèle de consommation. Cependant, à cause de la complexité du circuit, le fait d'avoir un modèle rigoureux n'est pas réaliste. Nous avons proposé une nouvelle méthode, la Partitioning Power Analysis (PP A), qui permet d'améliorer la performance d'une attaque sans avoir un modèle de consommation précis. Les attaques par observation des signaux électromagnétiques, comme leur nom l'indique, dépendent étroitement des signaux acquis. La performance des attaques peut être nettement réduite si le bruit est trop fort ou si les signaux ne sont pas bien alignés. Nous avons proposé des solutions basées sur des techniques avancées de traitement du signal pour réduire le bruit et les effets engendrés par le désalignement des signaux. Les solutions que nous avons !développées améliorent l'efficacité des attaques
Analyze two methods: DifferentiaI Power Analysis (DP A) and the Correlation Power Analysis (CP A). The attacks DPA and CPA are based on a power consumption mode!. However, because of the complexity of the circuit, the fact of having a rigorous model is not realistic. We proposed a new method, Partitioning Power Analysis (PP A), which makes it possible to improve the performance of an attack without a precis consumption mode!. Side channel attacks depend closely on the quality of measured signaIs. The performance of an attack can be definitely reduced if the noise level is too high or if the signaIs are not weIl aligned. We proposed solutions based on signal processing techniques to reduce the noise and the effects generated by the signal misalignment. These solutions make it possible to improve the attack effectiveness

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Landry, Simon. "Étude de la résistance des algorithmes cryptographiques symétriques face à la cryptanalyse moderne." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS287.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est de proposer de nouvelles pistes de recherche dans l’état de l’art afin de sécuriser les algorithmes cryptographiques au sein d’un circuit électronique. Notre axe d’étude principal s’articule autour de la contre-mesure des implémentations à seuil, résistante contre les attaques par observations en présence de glitches. Ces derniers phénomènes apparaissent dans un circuit électronique de manière aléatoire et sont à l’origine de nombreuses attaques en cryptanalyse. Nous étudions l’application des implémentations à seuil sur la cryptographie symétrique. Dans un premier temps, nous contribuons à la littérature cryptographique par la conception de nouvelles implémentations à seuil applicables sur un grand nombre d’algorithmes symétriques. Les travaux réalisés sont appuyés par des preuves mathématiques formelles et permettent de contrer les attaques physiques par observations en présence de glitches. Par ailleurs, nos recherches ont également débouché à la proposition de deux brevets au sein de l’entreprise STMicroelectronics, participant ainsi au processus d’innovation industriel. Dans un second temps, nous nous intéressons à l’étude de l’algorithme symétrique SM4 et sa résistance face à la cryptanalyse actuelle. Les travaux obtenus permettent de centraliser les différentes implémentations du SM4 sécurisées contre les attaques par observations proposées dans l’état de l’art et d’offrir une visibilité sur les performances de ces constructions. Nous contribuons également à la recherche académique par la première proposition d’une implémentation à seuil du SM4, mathématiquement résistante contre les attaques par observations en présence de glitches
The goal of this thesis is to contribute to the state-of-the-art by proposing new areas of research in order to secure cryptographic algorithms within an embedded device.Our main focal axis is organized around the countermeasure called threshold implementations which is known to be resistant against side-channel analysis attacks in the presence of glitches.These latter phenomenon occur randomly within an electronic circuit and lead to numerous attacks in cryptanalysis. We study the application of threshold implementations on symmetric-key cryptography.In a first phase, we participate to the cryptographic litterature by designing new threshold implementations easily applicable on a large variety of symmetric-key algorithms. Our countermeasures are provable mathematically secured against side-channel analysis attacks in the presence of glitches. In comparison with the recent publications of the state-of-the-art, we adress new issues and we assure similar or better performances. Therefore, our research has resulted in two patents within STMicroelectronics, thereby contributing to the industrial innovation process.In a second phase, we are interested in the study of the symmetric-key algorithm SM4 and its resistance against side-channel analysis attacks. The works obtained allow to centralize the proposed SM4 countermeasures against side-channel analysis attacks of the state-of-the-art and offer a visibility on the software performances of these constructions. We finally introduce the first threshold implementation of the SM4 algorithm. Our construction is provably mathematically resistant against side-channel analysis attacks in the presence of glitches

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Elaabid, Abdelaziz. "Attaques par canaux cachés : expérimentations avancées sur les attaques template." Phd thesis, Université Paris VIII Vincennes-Saint Denis, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00937136.

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Abstract:

Au début des années 90, l'apparition de nouvelles méthodes de cryptanalyse a bouleversé la sécurité des dispositifs cryptographiques. Ces attaques se basent sur l'analyse de consommation en courant lorsque le microprocesseur d'une carte est en train de dérouler l'algorithme cryptographique. Dans cette thèse nous explorons, principalement, les attaques template, et y apportons quelques améliorations pratiques notamment par l'utilisation de différentes techniques de traitement du signal. Nous commençons par étudier l'efficacité de ces attaques sur des mises en oeuvre matérielles non protégées, et explorons au fur et à mesure quelque modèles de fuite d'information. Après cela, nous examinons la pertinence du cadre théorique sur les attaques par profilage présenté par F.-X. Standaert et al. à Eurocrypt 2009. Ces analyses consistent en des études de cas basées sur des mesures de courant acquises expérimentalement à partir d'un accélérateur cryptographique. À l'égard de précédentes analyses formelles effectuées sur des mesures par " simulations ", les investigations que nous décrivons sont plus complexes, en raison des différentes architectures et de la grande quantité de bruit algorithmique. Dans ce contexte, nous explorons la pertinence des différents choix pour les variables sensibles, et montrons qu'un attaquant conscient des transferts survenus pendant les opérations cryptographiques peut sélectionner les distingueurs les plus adéquats, et augmenter ainsi son taux de succès. Pour réduire la quantité de données, et représenter les modèles en deux dimensions, nous utilisons l'analyse en composantes principales (ACP) et donnons une interprétation physique des valeurs propres et vecteurs propres. Nous introduisons une méthode basée sur le seuillage de la fuite de données pour accélérer le profilage ainsi que l'attaque. Cette méthode permet de renforcer un attaquant qui peut avec un minimum de traces, améliorer 5 fois sa vitesse dans la phase en ligne de l'attaque. Aussi, il a été souligné que les différents modèles utilisés, ainsi que les échantillons recueillis durant la même acquisition peuvent transporter des informations complémentaires. Dans ce contexte, nous avons eu l'occasion d'étudier comment combiner au mieux différentes attaques en se basant sur différentes fuites. Cela nous a permis d'apporter des réponses concrètes au problème de la combinaison des attaques. Nous nous sommes concentrés également sur l'identification des problèmes qui surgissent quand il y a une divergence entre les templates et les traces attaquées. En effet, nous montrons que deux phénomènes peuvent entraver la réussite des attaques lorsque les templates sont obsolètes, à savoir, la désynchronisation des traces, et le redimensionnement des traces en amplitudes. Nous suggérons deux remèdes pour contourner ce type de problèmes : le réajustement des signaux et la normalisation des campagnes d'acquisitions. Finalement, nous proposons quelques méthodes du traitement du signal dans le contexte des attaques physiques. Nous montrons que lorsque les analyses sont effectuées en multi-résolution, il y a un gain considérable en nombre de traces nécessaires pour récupérer la clé secrète, par rapport à une attaque ordinaire.

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El, Aabid Moulay Abdelaziz. "Attaques par canaux cachés : expérimentations avancées sur les attaques template." Paris 8, 2011. http://www.theses.fr/2011PA083394.

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Abstract:

Au début des années 90, l’apparition de nouvelles méthodes de cryptanalyse a bouleversé la sécurité des dispositifs cryptographiques. Ces attaques se basent sur l’analyse de consommation en courant lorsque le microprocesseur d’une carte est en train de dérouler l’algorithme cryptographique. Dans cette thèse nous explorons, principalement, les attaques templates, et y apportons quelques améliorations pratiques. Ces analyses consistent en des études de cas basées sur des mesures de courant acquises expérimentalement à partir d’un accélérateur cryptographique. Pour réduire la quantité de données nous utilisons l’analyse en composantes principales et donnons une interprétation physique des valeurs propres et vecteurs propres. Nous introduisons une méthode basée sur le seuillage de la fuite de données pour accélérer le profilage et l’attaque. Nous apportons aussi des réponses concrètes au problème de la combinaison d’attaques, dans le cas où les modèles et échantillons recueillis sont porteurs d’informations complémentaires. Nous traitons également sur l’identification des problèmes qui surgissent quand il y a une divergence entre les template et les traces attaquées. Nous montrons que deux phénomènes peuvent entraver la réussite des attaques lorsque les template sont obsolètes, à savoir, la désynchronisation des traces et le redimensionnement des traces en amplitudes. Nous suggérons deux remèdes pour contourner ce type de problèmes. Finalement, nous proposons quelques méthodes du traitement du signal dans le contexte des attaques physiques : les analyses en multi-résolution permettent d’avoir un gain considérable en nombre de traces nécessaires pour récupérer la clé secrète
In the 90's, the emergence of new cryptanalysis methods revolutionized the security of cryptographic devices. These attacks are based on power consumption analysis, when the microprocessor is running the cryptographic algorithm. Especially, we analyse in this thesis some properties of the \emph{template attack}, and we provide some practical improvements. The analyse consists in a case-study based on side-channel measurements acquired experimentally from a hardwired cryptographic accelerator. The principal component analysis (PCA) is used to represent the \emph{templates} in some dimensions, and we give a physical interpretation of the \emph{templates} eigenvalues and eigenvectors. We introduce a method based on the thresholding of leakage data to accelerate the profiling or the matching stages. In this context, there is an opportunity to study how to best combine many attacks with many leakages from different sources or using different samples from a single source. That brings some concrete answers to the attack combination problem. Also we focus on identifying the problems that arise when there is a discrepancy between the \emph{templates} and the traces to match : the traces can be desynchronized and the amplitudes can be scaled differently. Then we suggest two remedies to cure the \emph{template} mismatches. We show that SCAs when performed with a multi-resolution analysis are much better than considering only the time or the frequency resolution. Actually, the gain in number of traces needed to recover the secret key is relatively considerable with repect to an ordinary attack

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Camurati, Giovanni. "Security Threats Emerging from the Interaction Between Digital Activity and Radio Transceiver." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS279.

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Abstract:

Les ordiphones et les objets connectés utilisent des radio pour communiquer avec d’autres appareils électroniques. Ces radio sont placées à côté du processeur et des autres composants numériques. Par exemple, dans les ordiphones un processeur, une mémoire et plusieurs émetteurs-récepteurs radio se trouvent sur la même plateforme. Les systèmes embarquées, plus simples, utilisent souvent des puces à signaux mixtes contenant à la fois un microcontrôleur et un émetteur-récepteur. La proximité physique entre les blocs numériques, qui produisent un bruit électromagnétique très fort, et les émetteurs-récepteurs radio, qui sont sensibles à ce bruit, peut causer des problèmes de fonctionnement et de performance. En effet, il existe de nombreux chemins de couplage entre les composants sur le même système. Dans cette thèse, nous explorons les problèmes de sécurité qui naissent de l’interaction entre composants numériques et systèmes radio, et nous proposons deux nouvelles attaques. Avec Screaming Channels, nous démontrons que les émetteurs radio sur des puces à signaux mixtes peuvent diffuser des informations sur l'activité numérique de l'appareil. Cela permet de mener des attaques par canaux auxiliaires à grande distance. Avec Noise-SDR, nous montrons qu'il est possible de générer des signaux radio arbitraires à partir du bruit électromagnétique déclenché par un logiciel sans privilèges, pour interagir avec des récepteurs radio, éventuellement sur la même plateforme
Modern connected devices need both computing and communication capabilities. For example, smartphones carry a multi-core processor, memory, and several radio transceivers on the same platform. Simpler embedded systems often use a mixed-signal chip that contains both a microcontroller and a transceiver. The physical proximity between digital blocks, which are strong sources of electromagnetic noise, and radio transceivers, which are sensitive to such noise, can cause functional and performance problems. Indeed, there exist many noise coupling paths between components on the same platform or silicon die. In this thesis we explore the security issues that arise from the interaction between digital and radio blocks, and we propose two novel attacks. With Screaming Channels, we demonstrate that radio transmitters on mixed-signal chips might broadcast some information about the digital activity of the device, making side channel attacks possible from a large distance. With Noise-SDR, we show that attackers can shape arbitrary radio signals from the electromagnetic noise triggered by software execution, to interact with radio receivers, possibly on the same platform

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Fernandes, Medeiros Stéphane. "Attaques par canaux auxiliaires: nouvelles attaques, contre-mesures et mises en oeuvre." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2015. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/209096.

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Abstract:

Les attaques par canaux auxiliaires sont apparues dans la deuxième moitié des années 1990. Ces attaques exploitent différentes informations qu’il est possible de collecter lors de l’exécution d’un algorithme sur un appareil cryptographique. Il est ainsi possible, entre autres, de mesurer la consommation d’énergie d’un appareil cryptographique, ou encore d’observer le temps d’exécution d’un certain algorithme sur un appareil. C’est à ces deux sources d’in- formation que nous nous intéressons dans ce travail. Après une présentation des concepts utiles à la lecture du travail et de l’état de l’art des attaques et des contre-mesures du domaine, nous abordons les résultats de nos recherches effectuées lors de ce travail de thèse. Nous présentons d’abord nos contributions aux attaques par mesure de consommation d’énergie :(1) une approche com- binant apprentissage semi-supervisé et attaques par templates pour retrouver le poids de Hamming des différents bytes d’une clé de chiffrement et (2) une approche utilisant des techniques d’apprentissage automatique pour attaquer une implantation protégée d’AES. Ensuite, nous abordons les contre-mesures investiguées durant nos recherches qui se résument (1) en la possibilité de rendre l’ordre des instructions d’AES le plus aléatoire possible en jouant sur la relation de dépendance entre celles-ci ainsi qu’en (2) l’étude de l’application partielle (sur un sous-ensemble de données) de certaines contre-mesures, afin de protéger les données sensibles d’un algorithme. Enfin, nous terminons ce travail par l’emploi de la programmation orientée aspects comme manière d’implanter des contre-mesures pour les attaques temporelles (sur RSA) et pour les attaques par mesures de consommation d’énergie (sur AES).
Doctorat en Sciences
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Maingot, Vincent. "Conception sécurisée contre les attaques par fautes et par canaux cachés." Grenoble INPG, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00399450.

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Abstract:

L'évolution des besoins en sécurité des applications grand public a entraîné la multiplication du nombre de systèmes sur puces doués de capacités de chiffrement. En parallèle, l'évolution des techniques de cryptanalyse permet d'attaquer les implantations des méthodes de chiffrement utilisées dans ces applications. Cette thèse porte sur le développement d'une méthodologie permettant l'évaluation de la robustesse apportée par des protections intégrées dans le circuit. Cette évaluation est basée d'une part sur l'utilisation de plates-formes laser pour étudier les types de fautes induits dans un prototype de circuit sécurisé ; et d'autre part, sur l'utilisation d'une méthode basée sur des simulations pendant la phase de conception pour comparer l'influence sur les canaux cachés de protections contre les fautes. Cette méthodologie a été utilisée dans un premier temps sur le cas simple d'un registre protégé par redondance d'information, puis sur des primitives cryptographiques telles qu'une S-Box AES et des co-processeurs AES et RSA. Ces deux études ont montré que l'ajout de capacités de détection ou de correction améliore la robustesse du circuit face aux différentes attaques
L'évolution des besoins en sécurité des applications grand public a entraîné la multiplication du nombre de systèmes sur puces doués de capacités de chiffrement. En parallèle, l'évolution des techniques de cryptanalyse permet d'attaquer les implantations des méthodes de chiffrement utilisées dans ces applications. Cette thèse porte sur le développement d'une méthodologie permettant l'évaluation de la robustesse apportée par des protections intégrées dans le circuit. Cette évaluation est basée d'une part sur l'utilisation de plates-formes laser pour étudier les types de fautes induits dans un prototype de circuit sécurisé ; et d'autre part, sur l'utilisation d'une méthode basée sur des simulations pendant la phase de conception pour comparer l'influence sur les canaux cachés de protections contre les fautes. Cette méthodologie a été utilisée dans un premier temps sur le cas simple d'un registre protégé par redondance d'information, puis sur des primitives cryptographiques telles qu'une S-Box AES et des co-processeurs AES et RSA. Ces deux études ont montré que l'ajout de capacités de détection ou de correction améliore la robustesse du circuit face aux différentes attaques

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El, Mrabet Nadia. "Arithmétique des couplages, performance et résistance aux attaques par canaux cachés." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00450099.

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Abstract:

Ma thèse porte sur l'étude des couplages, et plus particulièrement leur utilisation en cryptographie. Mes premiers travaux ont portés sur l'arithmétique des couplages à travers une comparaison des complexités en nombre d'opérations des couplages de Weil et Tate. Puis je me suis intéressée à l'étude de l'arithmétique utile pour les couplages. Un de mes travaux propose d'utiliser une représentation alternative des corps finis pour améliorer l'efficacité des calculs impliqués dans les couplages. Le second étudie en détail l'arithmétique des couplages pour les courbes dont le degré d'enfoncement est 15. Ces premiers travaux m'ont permis de me familiariser avec les couplages et je me suis alors orientée vers la résistance aux attaques par canaux cachés des algorithmes de couplage. J'ai étudié les faiblesses de l'algorithme de Miller lorsqu'il subit des attaques par analyse de consommation de courant et par injection de fautes.

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Barthe, Lyonel. "Stratégies pour sécuriser les processeurs embarqués contre les attaques par canaux auxiliaires." Thesis, Montpellier 2, 2012. http://www.theses.fr/2012MON20046/document.

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Abstract:

Les attaques par canaux auxiliaires telles que l'analyse différentielle de la consommation de courant (DPA) et l'analyse différentielle des émissions électromagnétiques (DEMA) constituent une menace sérieuse pour la sécurité des systèmes embarqués. L'objet de cette thèse est d'étudier les vulnérabilités des implantations logicielles des algorithmes cryptographiques face à ces attaques pour concevoir un processeur d'un nouveau type. Pour cela, nous commençons par identifier les différents éléments des processeurs embarqués qui peuvent être exploités pour obtenir des informations secrètes. Puis, nous introduisons des stratégies qui privilégient un équilibre entre performance et sécurité pour protéger de telles architectures au niveau transfert de registres (RTL). Nous présentons également la conception et l'implantation d'un processeur sécurisé, le SecretBlaze-SCR. Enfin, nous évaluons l'efficacité des solutions proposées contre les analyses électromagnétiques globales et locales à partir de résultats expérimentaux issus d'un prototype du SecretBlaze-SCR réalisé sur FPGA. A travers cette étude de cas, nous montrons qu'une combinaison appropriée de contre-mesures permet d'accroître significativement la résistance aux analyses par canaux auxiliaires des processeurs tout en préservant des performances satisfaisantes pour les systèmes embarqués
Side-channel attacks such as differential power analysis (DPA) and differential electromagnetic analysis (DEMA) pose a serious threat to the security of embedded systems. The aim of this thesis is to study the side-channel vulnerabilities of software cryptographic implementations in order to create a new class of processor. For that purpose, we start by identifying the different elements of embedded processors that can be exploited to reveal the secret information. Then, we introduce several strategies that seek a balance between performance and security to protect such architectures at the register transfer level (RTL). We also present the design and implementation details of a secure processor, the SecretBlaze-SCR. Finally, we evaluate the effectiveness of the proposed solutions against global and local electromagnetic analyses from experimental results obtained with a FPGA-based SecretBlaze-SCR. Through this case study, we show that a suitable combination of countermeasures significantly increases the side-channel resistance of processors while maintaining satisfactory performance for embedded systems

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Martinelli, Jean. "Protection d'algorithmes de chiffrement par blocs contre les attaques par canaux auxiliaires d'ordre supérieur." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2011. http://www.theses.fr/2011VERS0043.

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Abstract:

Traditionnellement, un algorithme cryptographique est évalué à l’aune de sa résistance aux attaques dîtes « logiques ». Lorsque cet algorithme est implanté au sein d’un dispositif matériel, les fuites physiques observables pendant son fonctionnement peuvent également être utilisées par un attaquant pour monter des attaques dîtes « par canaux cachés ». Au sein de cette classe d’attaque, l’analyse différentielle de consommation ou DPA (Differential Power Analysis) est la technique la plus largement étudiée. A l’ordre 1, les attaques DPA sont désormais bien maîtrisées, et des contre-mesures prouvées sûres et relativement efficaces permettent de s’en prémunir. Certains résultats existent également à l’ordre 2 mais pas à l’ordre 3. L’objectif de la thèse est de proposer un cadre pour la DPA d’ordre k lorsque k>1. Pour ce faire, nous avons développé plusieurs méthodes de masquages en alternative aux méthodes classiques. Celles-ci sont susceptible d’offrir un meilleur ratio complexité-sécurité dans certains scénarios. Ces méthodes mettent en œuvre différentes opérations mathématiques comme le produit dans un corps fini ou le produit matriciel, ainsi que des outils cryptographiques tels le partage du secret et le calcul multi-parties. Nous avons évalué la sécurité de ces schémas de masquage suivant une méthodologie mêlant analyse théorique et résultats pratiques. Enfin nous proposons une étude de l’impact de la taille des mots manipulés par un algorithme cryptographique sur sa résistance aux attaques par canaux cachés en fonction du schéma de masquage implémenté
Traditionally, a cryptographic algorithm is estimated through its resistance to "logical" attacks. When this algorithm is implanted within a material device, physical leakage can be observed during the computation and can be analyzed by an attacker in order to mount "side channel" attacks. The most studied side channel attack is the differential power analysis (DPA). First order DPA is now well known and can be prevented by securely proven countermeasures. In 2008, some results are known for second order, but none for third order. The goal of this thesis is to propose a frame for k-th order DPA where k>1. We developed several masking schemes as alternatives to the classical ones in order to propose a better complexity-security ratio. These schemes make use of various mathematical operations such as field multiplication or matrix product and cryptographic tools as secret sharing and multi-party computation. We estimated the security of the proposed schemes following a methodology using both theoretical analysis and practical results. At last we proposed an evaluation of the action of the word size of a cryptographic algorithm upon its resistance against side channel attacks, with respect to the masking scheme implemented

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Mesquita, Daniel Gomes. "Architectures Reconfigurables et Cryptographie : une analyse de robustesse face aux attaques par canaux cachés." Montpellier 2, 2006. http://www.theses.fr/2006MON20097.

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Ce travail constitue une étude sur la conception d’une architecture reconfigurable pour la cryptographie. Divers aspects sont étudiés, tels que les principes de base de la cryptographie, l’arithmétique modulaire, les attaques matériaux et les architectures reconfigurables. Des méthodes originales pour contrecarrer les attaques par canaux cachés, notamment la DPA, sont proposés. L’architecture proposée est efficace du point de vue de la performance et surtout est robuste contre la DPA
This work addresses the reconfigurable architectures for cryptographic applications theme, emphasizing the robustness issue. Some mathematical background is reviewed, as well the state of art of reconfigurable architectures. Side channel attacks, specially the DPA and SPA attacks, are studied. As consequence, algorithmic, hardware and architectural countermeasures are proposed. A new parallel reconfigurable architecture is proposed to implement the Leak Resistant Arithmetic. This new architecture outperforms most of state of art circuits for modular exponentiation, but the main feature of this architecture is the robustness against DPA attacks

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Souissi, Youssef. "Méthodes optimisant l'analyse des cryptoprocesseurs sur les canaux cachés." Phd thesis, Télécom ParisTech, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00681665.

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Abstract:

Ces dernières années, la sécurité des systèmes embarqués a fait l'objet de recherches intensives. Comme l'énergie, le coût et la performance; la sécurité est un aspect important qui doit être considérée tout au long du processus de conception d'un système embarqué. Des menaces récentes appelées "attaques par canaux cachés'' (Side-Channel Analysis (SCA)) ont attiré beaucoup d'attention dans le milieu de la sécurité embarquée. Ces attaques exploitent des propriétés physiques, telles que la consommation d'énergie ou le champ magnétique rayonné, afin de retrouver le secret. De plus, elles sont passives dans le sens où l'analyse se contente d'une observation extérieure du système sans l'endommager. Dans ce contexte, il est évident que la sécurisation des systèmes embarqués contre les attaques SCA constitue un aspect vital dans le flot de conception. Par conséquent, la nécessité d'assurer et d'évaluer la robustesse des systèmes embarqués contre ces attaques devient clair. Cette thèse propose principalement des techniques et méthodes génériques dans l'analyse par canaux cachés. Ces techniques qui touchent à différents aspects de l'analyse SCA (acquisition, pré-traitement, attaque et évaluation) peuvent être utilisées dans un cadre d'évaluation plus officiel tel que les Critères Communs (CC) ou le FIPS-140 afin d'améliorer la visibilité de l'évaluateur. Par ailleurs, le propriétaire d'un produit pourrait aussi se baser sur ces techniques dans le but d'évaluer la sécurité de son produit face aux attaques par canaux cachés avant de solliciter un certificat.

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Souissi, Youssef. "Méthodes optimisant l'analyse des cryptoprocesseurs sur les canaux cachés." Phd thesis, Paris, Télécom ParisTech, 2011. https://pastel.hal.science/pastel-00681665.

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Abstract:

Ces dernières annèes, la sécurité des systèmes embarqués a fait l'objet de recherches intensives. Comme l'énergie, le coût et la performance; la sécurité est un aspect important qui doit être considé tout au long du processus de conception d'un système embarqué. Des menaces récentes appelées ``attaques par canaux cachés''(Side-Channel Analysis (SCA)) ont attiré beaucoup d'attention dans le milieu de la sécurité embarquée. Ces attaques exploitent des propriétés physiques, tels que la consommation d'énergie ou le champ magnétique rayonné afin de retrouver le secret. De plus, elles sont passives dans le sens où l'analyse se contente d'une observation extérieure du système sans l'endommager. Dans ce contexte, il est évident que la sécurisation des systèmes embarqués contre les attaques SCA constitue un aspect vital dans le flot de conception. Par conséquent, la nécessité d'assurer et d'évaluer la robustesse des systèmes embarqués contre ces attaques devient clair. Cette thèse propose principalement des techniques et méthodes génériques dans l'analyse par canaux cachés. Ces techniques qui touchent à différents aspects de l'analyse SCA (acquisition, pré-traitement, attaque et évaluation) peuvent être utilisées dans un cadre d'évaluation plus officiel tel que les Critères Communs (CC) ou le FIPS-140 afin d'améliorer la visibilité de l'évaluateur lors de l'évaluation. Par ailleurs, le propriétaire d'un produit pourrait aussi se baser sur ces techniques dans le but d'évaluer la sécurité de son produit face aux attaques par canaux cachés avant de solliciter un certificat
The security of modern embedded systems has been the subject of intensive research in engineering areas. Recent threats called Side-Channel Analysis (SCA) have attracted much attention in embedded security areas. SCAs are passive attacks, in that the device under attack is not aware of its leaks being recorded. Therefore, the need of securing and evaluating the robustness of embedded systems against SCAs becomes obvious. Basically, four aspects of security evaluation analysis should be taken into consideration: the acquisition of Side-channel traces, the preprocessing of traces acquired, the detection and extraction of cryptographic patterns from the preprocessed traces, and finally the recovery of sensitive information, referred to as the secret key. This thesis investigates new techniques in the analysis of systems for Side-channel attacks. It considers how evaluation targets are characterized, how their behaviour may be simulated -- in order to hone targets for empirical analysis and then how data can be collected and analysed. The overall goal is the establishment of a methodological basis for this work. The first part of this thesis focuses on physical cryptanalysis. Several solutions and generic Side-channel attacks are addressed. The second part of this thesis is devoted to the pre-processing of the Side-channel leaked information. We propose new techniques and efficient pre-processing algorithms to get rid off the issues related principally to the noise and de-synchronisation problems. In the last part of this thesis, we establish a methodological framework, which aims at best organizing the task of the evaluator. We also highlight common pitfalls made by evaluators

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Gomes, Mesquita Daniel. "Architectures Reconfigurables et Cryptographie: Une Analyse de Robustesse et Contremesures Face aux Attaques par Canaux Cachés." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00115736.

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Abstract:

Ce travail constitue une étude sur la conception d'une architecture reconfigurable pour la
cryptographie. Divers aspects sont étudiés, tels que les principes de base de la cryptographie,
l'arithmétique modulaire, les attaques matériaux et les architectures reconfigurables. Des méthodes
originales pour contrecarrer les attaques par canaux cachés, notamment la DPA, sont proposés.
L'architecture proposée est efficace du point de vue de la performance et surtout est robuste contre
la DPA.

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Thuillet, Céline. "Implantations cryptographiques sécurisées et outils d’aide à la validation des contremesures contre les attaques par canaux cachés." Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14508/document.

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Abstract:

Depuis plusieurs années, les composants dédiés à la sécurité comme les cartes à puce sont soumises à des attaques dites par canaux cachés. Ces attaques permettent d'exhiber les secrets en analysant des caractéristiques physiques comme la consommation du composant ou encore son temps d'exécution. Dans le cadre de cette thèse, deux contremesures ont été réalisées et appliquées à l'AES (algorithme de chiffrement symétrique). De plus, afin d'aider les développements futurs des contremesures et la validation de celles-ci, un simulateur a été développé. Il permet de réaliser des attaques grâce à un modèle de consommation défini dans les phases amont de développement. Enfin, j'ai pu participer aux groupes de travail qui ont proposé Shabal à la compétition SHA-3, qui vise à définir un nouveau standard pour les fonctions de hachage. Des implantations matérielles ont été réalisées par la suite
For several years, the security components such as smart cards are subject to side channel attacks. These attacks allow to exhibit secrets by analyzing the physical characteristics such as power consumption or execution time. As part of this thesis, two countermeasures were carried out and applied to the AES (symmetric cipher). In addition, to help future development of countermeasures and their validation, a simulator was developed. It realizes attacks using a power consumption model defined in the early phases of development. Finally, I participated in working groups that have proposed Shabal to SHA-3 competition, which aims to define a new standard for hash functions. Hardware implementations have been made thereafter

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Diop, Ibrahima. "Méthodologie et outils pour la mise en pratique des attaques par collision et attaques horizontales sur l'exponentiation modulaire." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEM010/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous étudions deux sous-familles d'attaques par canaux cachés sur l'exponentiation modulaire appelées respectivement attaques par collision et attaques horizontales. Cette étude est faite selon deux axes : leurs mises en pratique et les possibles contremesures.Dans un premier temps, nous étudions les attaques par canaux cachés sur un simulateur développé durant cette thèse. Ce simulateur permet de vérifier la bonne implémentation d'une attaque par canaux cachés avant sa mise en pratique dans un environnement réel. Dans un deuxième temps, nous étudions les attaques par collision dans un environnement réel. Pour cela, nous nous sommes intéressés à l'automatisation de la détection effective de collision. Ainsi, nous proposons un nouveau critère de détection de collision.Dans un troisième temps, nous étudions l'estimation du rapport signal à bruit d'un jeu de traces dans le contexte des attaques par canaux cachés. Ainsi, nous proposons une nouvelle façon d'estimer le rapport signal à bruit lors d'une attaque par canaux cachés. En outre, nous montrons que cette estimation du rapport signal à bruit peut être exploitéepour l'analyse des fuites d'un canal caché mais aussi pour effectuer un filtrage adaptatif ne nécessitant pas la connaissance de certains paramètres du composant analysé.Dans un quatrième temps, au travers d'une étude détaillée des principales étapes d'une attaque horizontale, nous montrons les problèmes pouvant intervenir dans la pratique et comment les résoudre. Ainsi des solutions génériques sont proposées. Nous proposons finalement de possibles contremesures aux attaques horizontales sur l'exponentiation modulaire
This thesis is focused on the study of two sub-families of side channel attacks applied on modular exponentiation called respectively, collision based attacks and horizontal (or single shot) attacks. This study is made according to two axes: their applications and the possible countermeasures.Firstly, we study side channel attacks on a simulator developed during this thesis. This simulator allows to validate the good implementation of a any side channel attack before its application in a real environment.Secondly, we study collision based attacks in a real environment. For this purpose, we study the automation of collision detection in practice. Then, we introduce a new collision detection criterion and show its practical interest. Afterwards, we study the estimation of the signal to noise ratio in the context of side channel attacks. So, we introduce a fast and accurate method for its estimation during a side channel analysis. From our method we derive pragmatic and efficient methods for the daily tasks of evaluators. Among them the analysis of the electrical activity of integrated circuit or the identification of the frequencies carrying usable information or information leakage.Finally, through a detailed description of the main stages of an horizontal attack, we propose effective and practical solutions to improve secret information extraction in real environment and on the other hand possible countermeasures against the horizontal attacks applied on modular exponentiation

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Carré, Sébastien. "Attaques exploitant le temps de calcul : modélisation et protections." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAT045.

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Abstract:

Une classe d'attaque par canal auxiliaire particulièrement efficace est celle des attaques caches, qui exploitent une différence de temps entre les mémoires caches et la mémoire principale, qui sont considérées dans cette thèse d'un point de vue cryptographique. Un des objectifs de cette thèse est alors de mieux comprendre ces attaques. D'un autre côté, l'attaque Rowhammer est une attaque par faute qui induit des perturbations dans les condensateurs des modules DRAM dans le but de créer des erreurs appelées aussi fautes qui sont aussi considérées dans cette thèse d'un point de vue cryptographique. Cette thèse explore différentes fonctionnalités micro-architecturales en relation avec les attaques temporelles utilisant les mémoires caches et des attaques par fautes proches de l'attaque Rowhammer. Par la suite, cette thèse est ensuite divisée en deux parties.La première partie porte sur les attaques temporelles utilisant les mémoires caches. Cette partie décrit aussi les fonctionnalités matérielles et logicielles devant être considérées pour effectuer des mesures de temps précis. Ces fonctionnalités ont été utilisées pour améliorer une attaque existante. Un résultat de cette thèse fournit le lien entre des techniques générales d'attaques sur les mémoires caches et l'exploitation d'une vulnérabilité en détaillant une méthode de recherche de vulnérabilités dans un fichier binaire grâce à l'analyse dynamique. Dans la seconde partie de cette thèse, les attaques par fautes proches de l'attaque Rowhammer seront étudiées. Une méthode d'analyse logicielle est proposée. Finalement, une étude et une amélioration d'une attaque connue sous le nom de fautes persistantes sont proposées. Cette thèse se concentre essentiellement sur les améliorations d'attaques existantes et sur de nouvelles approches pour effectuer des analyses d'attaques temporelles utilisant les mémoires caches et des analyses des attaques en lien avec l'attaque Rowhammer dans l'objectif de répondre à un besoin réel des industriels de protéger leurs produits de ces attaques
A particularly efficient attack class is the class of cache timing attacks, that exploit the difference of time between cache memories and main memory, and are considered in this thesis with a cryptographic point of view. One aim of this thesis is to understand better such attacks.In other hand, the Rowhammer attack that induces perturbations in the capacitors of the DRAM modules in order to create an error called a fault that are also considered in this thesis with a cryptographic point of view.This thesis explores different microarchitectures features before exploring cache timing attacks and fault attack with the Rowhammer attack in mind. Based on the knowledge about these features, the thesis is split in two parts.The first part is about cache timing attacks. It gathers useful hardware and software features that should be considered to perform precise timing measurements. Those considerations were used to improve an existing attack on ECDSA on a known vulnerability.One result of this thesis will fill the gap between the general techniques used for the attacks and the exploitation of a vulnerability by searching such vulnerability in a binary by using dynamic analysis.In the second part of this thesis, fault attacks closed of the Rowhammer attack are considered. Like the first part, a way to perform software analysis is given.Eventually, in the second part a result about a so called persistent fault attack is improved.This thesis mainly focuses on improving existing attacks and on new ways to perform software analysis of cache timing attacks and attacks related to the Rowhammer attack in order to fill the needs of manufacturers to protect theirs products against those attacks

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Jauvart, Damien. "Sécurisation des algorithmes de couplages contre les attaques physiques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLV059/document.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l’étude de la sécurité physique des algorithmesde couplage. Les algorithmes de couplage sont depuis une quinzaine d’années utilisésà des fins cryptographiques. D’une part, les systèmes d’information évoluent, et denouveaux besoins de sécurité apparaissent. Les couplages permettent des protocolesinnovants, tels que le chiffrement basé sur l’identité, les attributs et l’échange tripartien un tour. D’autre part, l’implémentation des algorithmes de couplages est devenueefficace, elle permet ainsi d’intégrer des solutions cryptographiques à base de couplagedans les systèmes embarqués.La problématique de l’implémentation sécurisée des couplages dans les systèmesembarqués va être étudiée ici. En effet, l’implémentation d’algorithmes dédiés à lacryptographie sur les systèmes embarqués soulève une problématique : la sécurité del’implémentation des couplages face aux attaques physiques. Les attaques par canauxauxiliaires, dites passives, contre les algorithmes de couplages sont connues depuisbientôt une dizaine d’années. Nous proposons des études pour valider l’efficacité desattaques en pratique et avec des atouts théoriques. De notre connaissance, il y a uneseule attaque pratique dans la littérature, nous l’optimisons d’un facteur dix en termesde nombres de traces. Nous proposons aussi une attaque horizontale, qui nous permetd’attaquer le couplage twisted Ate en une seule trace.Par ailleurs, les contre-mesures n’ont été que peu étudiées. Nous complétons cettepartie manquante de la littérature. Nous proposons de nouveaux modèles d’attaquessur la contre-mesure de randomisation des coordonnées. L’attaque en collision proposéepermet ainsi de donner une réévaluation de la contre-mesure ciblée. Ainsi nousproposons la combinaison de contre-mesures qui, à moindres coûts, protégerait de cesattaques
This thesis focuses on the resistance of Pairing implementations againstside channel attacks. Pairings have been studied as a cryptographic tool for the pastfifteen years and have been of a growing interest lately. On one hand, Pairings allowthe implementation of innovative protocols such as identity based encryption, attributebased encryption or one round tripartite exchange to address the evolving needs ofinformation systems. On the other hand, the implementation of the pairings algorithmshave become more efficient, allowing their integration into embedded systems.Like for most cryptographic algorithms, side channel attack schemes have beenproposed against Pairing implementations. However most of the schemes describedin the literature so far have had very little validation in practice. In this thesis, westudy the practical feasibility of such attacks by proposing a technique for optimizingcorrelation power analysis on long precision numbers. We hence improve by a factorof 10 the number of side-channel leakage traces needed to recover a 256-bit secret keycompared to what is, to our best knowledge, one of the rare practical implementationsof side channel attacks published. We also propose a horizontal attack, which allow usto attack the twisted Ate pairing using a single trace.In the same way, countermeasures have been proposed to thwart side channel attacks,without any theoretical or practical validation of the efficiency of such countermeasures.We here focus on one of those countermeasures based on coordinatesrandomization and show how a collision attack can be implemented against this countermeasure.As a result, we describe how this countermeasure would have to be implementedto efficiently protect Pairing implementations against side channel attacks.The latter studies raise serious questions about the validation of countermeasures whenintegrated into complex cryptographic schemes like Pairings

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Liardet, Pierre-Yvan. "Ingénierie CryptographiqueImplantations Sécurisées." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00196855.

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Abstract:

Cette thèse donne un aperçu des différentes attaques que doivent contrer les implémentations et propose quelques solutions en distinguant trois niveaux, le niveau hardware, le niveau mathématique et le niveau algorithmique. L'état de l'art fait au chapitre 2 montre bien que les possibilités données à l'attaquant sont multiples et variées. Au niveau hardware, les résultats obtenus dans le projet ESPASS-IS ont motivé la définition de nouveaux projets entre le laboratoire TIMA, le LIRMM et STMicroelectronics . Au niveau mathématique, la mise en ÷uvre de LRA et la collaboration initiée avec le LIRMM a ouvert la voie à de nombreux sujets de recherches vers des arithmétiques à la fois rapides et compactes mais prenant en compte un nouvel élément d'optimisation : la robustesse aux injections de fautes et la minimisation des fuites au travers des canaux cachés. Au niveau algorithmique particulièrement, l'article publié à CHES'00 a fait parti de la toute première vague de travaux de sécurisation des implémentations des courbes elliptiques et constitue une publication très citée dans le domaine.

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Carbone, Mathieu. "Efficacité, généricité et praticabilité de l'attaque par information mutuelle utilisant la méthode d'estimation de densité par noyau." Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS087.

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Abstract:

De nos jours, les attaques par canaux auxiliaires sont facilement réalisables et très puissantes face aux implémentations cryptographiques. Cela pose une sérieuse menace en ce qui concerne la sécurité des crypto-systèmes. En effet, l'exécution d'un algorithme cryptographique produit inévitablement des fuites d'information liées aux données internes manipulées par le cryptosystèmes à travers des canaux auxiliaires (temps, température, consommation de courant, émissions électro-magnétiques, etc.). Certaines d'entre elles étant sensibles, un attaquant peut donc les exploiter afin de retrouver la clé secrète. Une des étapes les plus importantes d'une attaque par canaux auxiliaires est de quantifier la dépendance entre une quantité physique mesurée et un modèle de fuite supposé. Pour se faire, un outil statistique, aussi appelé distingueur, est utilisé dans le but de trouver une estimation de la clé secrète. Dans la littérature, une pléthore de distingueurs a été proposée. Cette thèse porte sur l'attaque utilisant l'information mutuelle comme distingueur, appelé l'attaque par information mutuelle. Dans un premier temps, nous proposons de combler le fossé d'un des problèmes majeurs concernant l'estimation du coefficient d'information mutuelle, lui-même demandant l'estimation de densité. Nos investigations ont été menées en utilisant une méthode non paramétrique pour l'estimation de densité: l'estimation par noyau. Une approche de sélection de la largeur de fenêtre basée sur l'adaptativité est proposée sous forme d'un critère (spécifique au cas des attaques par canaux auxiliaires). Par conséquent, une analyse est menée pour donner une ligne directrice afin de rendre l'attaque par information mutuelle optimale et générique selon la largeur de fenêtre mais aussi d'établir quel contexte (relié au moment statistique de la fuite) est plus favorable pour l'attaque par information mutuelle. Dans un second temps, nous abordons un autre problème lié au temps de calcul élevé (étroitement lié à la largeur de la fenêtre) de l'attaque par information mutuelle utilisant la méthode du noyau. Nous évaluons un algorithme appelé Arbre Dual permettant des évaluations rapides de fonctions noyau. Nous avons aussi montré expérimentalement que l'attaque par information mutuelle dans le domaine fréquentiel, est efficace et rapide quand celle-ci est combinée avec l'utilisation d'un modèle fréquentiel de fuite. En outre, nous avons aussi suggéré une extension d'une méthode déjà existante pour détecter une fuite basée sur un moment statistique d'ordre supérieur
Nowadays, Side-Channel Analysis (SCA) are easy-to-implement whilst powerful attacks against cryptographic implementations posing a serious threat to the security of cryptosystems for the designers. Indeed, the execution of cryptographic algorithms unvoidably leaks information about internally manipulated data of the cryptosystem through side-channels (time, temperature, power consumption, electromagnetic emanations, etc), for which some of them are sensible(depending on the secret key). One of the most important SCA steps for an adversary is to quantify the dependency between the measured side-channel leakage and an assumed leakage model using a statistical tool, also called distinguisher, in order to find an estimation of the secret key. In the SCA literature, a plethora of distinguishers have been proposed. This thesis focuses on Mutual Information (MI) based attacks, the so-called Mutual Information Analysis (MIA) and proposes to fill the gap of the major practical issue consisting in estimating MI index which itself requires the estimation of underlying distributions. Investigations are conducted using the popular statistical technique for estimating the underlying density distribution with minimal assumptions: Kernel Density Estimation (KDE). First, a bandwidth selection scheme based on an adaptivity criterion is proposed. This criterion is specific to SCA.As a result, an in-depth analysis is conducted in order to provide a guideline to make MIA efficient and generic with respect to this tuning hyperparameter but also to establish which attack context (connected to the statistical moment of leakage) is favorable of MIA. Then, we address another issue of the kernel-based MIA lying in the computational burden through a so-called Dual-Tree algorithm allowing fast evaluations of 'pair-wise` kernel functions. We also showed that MIA running into the frequency domain is really effective and fast when combined with the use of an accurate frequency leakage model. Additionally, we suggested an extension of an existing method to detect leakage embedded on higher-order statistical moments

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Bukasa, Sébanjila Kevin. "Analyse de vulnérabilité des systèmes embarqués face aux attaques physiques." Thesis, Rennes 1, 2019. http://www.theses.fr/2019REN1S042/document.

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Abstract:

Au cours de cette thèse, nous nous sommes concentrés sur la sécurité des appareils mobiles. Pour cela, nous avons exploré les attaques physiques par perturbation (injection de fautes) ainsi que par observation, toutes deux basées sur les émissions électromagnétiques. Nous avons sélectionné deux types de cibles représentant deux catégories d'appareils mobiles. D'une part les microcontrôleurs qui équipent les appareils de type IoT. Et d'autre part les System-on-Chip (SoC) que l'on retrouve sur les smartphones. Nous nous sommes concentrés sur les puces conçue par ARM. Au travers d'attaques physiques nous avons voulu montrer qu'il était possible d'affecter la microarchitecture sur laquelle repose tout le fonctionnement de ces systèmes. Toutes les protections pouvant être mises en place par la suite au niveau logiciel, sont basées sur la microarchitecture et deviennent donc inopérantes lorsque l'on s'attaque à celle-ci. Pour les appareils de type IoT, nous avons mis en évidence la possibilité d'obtenir des informations ou un contrôle total de l'appareil à l'aide d'une injection de faute. Les injections de fautes sont dans ce cas les déclencheurs d'attaques logicielles et permettent d'outrepasser des protections logicielles. Pour les appareils de type smartphone, nous avons dans un premier temps été capable d'extraire des informations contenue à l'intérieur d'un SoC, à l'aide d'une écoute électromagnétique et de la caractérisation du comportement de celui-ci. Dans un deuxième temps, nous avons pu montrer qu'en cas de faute des comportements aléatoire peuvent se produire, tout en caractérisant ces comportements. Démontrant ainsi que sur des systèmes plus complexes, il est tout de même possible d'avoir recours à des attaques physiques. Enfin nous avons proposé des pistes d'améliorations en lien avec nos différentes constatations au cours de ces travaux
During this thesis, we focused on the security of mobile devices. To do this, we explored physical attacks by perturbation (fault injections) as well as by observation, both based on electromagnetic emissions. We selected two types of targets representing two categories of mobile devices. On the one hand, the microcontrollers that equip IoT devices. And on the other hand the System-on-Chip (SoC) that can be found on smartphones. We focused on the chips designed by ARM. Through physical attacks we wanted to show that it was possible to affect the microarchitecture on which the entire functioning of these systems is based. All the protections that can be implemented later at the software level are based on the microarchitecture and therefore become ineffective when it is attacked. For IoT devices, we have highlighted the possibility of obtaining information or total control of the device by means of a fault injection. In this case, fault injections are used as software attack triggers. They also allow software protection to be bypassed. For smartphone devices, we were initially able to extract information contained within a SoC, using electromagnetic listening and characterization of its behavior. In a second step, we were able to show that in the event of a fault, random behaviours can occur, we characterized and proposed explanations for these behaviours. Demonstrating and on systems more advanced than IoT, it is still possible to use physical attacks. Finally, we proposed possible improvements in relation to our various findings during this work

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Wurcker, Antoine. "Etude de la sécurité d’algorithmes de cryptographie embarquée vis-à-vis des attaques par analyse de la consommation de courant." Thesis, Limoges, 2015. http://www.theses.fr/2015LIMO0068/document.

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Abstract:

La cryptographie prend une place de plus en plus importante dans la vie des sociétés depuis que ses utilisateurs se rendent compte de son importance pour sécuriser divers aspects de la vie, depuis les moyens de paiement, de communication et de sauvegarde des éléments de la vie privée des citoyens, jusqu'à la sécurité nationale des pays et de leurs armées. Depuis une vingtaine d'années on sait que les algorithmes de cryptographie ne doivent pas seulement être sûrs mathématiquement parlant, mais que leurs implémentations dans un dispositif les rendent vulnérables à d'autres menaces par des voies d'informations alternatives : les canaux auxiliaires. Que ce soit la consommation électrique, le temps ou les émissions électromagnétiques, ... ces biais ont été évalués et depuis leur découverte les recherches de nouvelles attaques et protections se succèdent afin de garantir la sécurité des algorithmes. La présente thèse s'inscrit dans ce processus et présente plusieurs travaux de recherche traitant d'attaques et de contre-mesures dans le domaine de l'exploitation de canaux auxiliaires et d'injections de fautes. Une première partie présente des contributions classiques où l'on cherche à retrouver une clef cryptographique lorsque la seconde s’attelle à un domaine moins étudié pour l'instant consistant à retrouver les spécifications d'un algorithme tenu secret
Cryptography is taking an ever more important part in the life of societies since the users are realising the importance to secure the different aspects of life from citizens means of payment, communication and records of private life to the national securities and armies. During the last twenty years we learned that to mathematically secure cryptography algorithms is not enough because of the vulnerabilities brought by their implementations in a device through an alternative means to get information: side channels. Whether it is from power consumption, time or electromagnetic emissions ... those biases have been evaluated and, since their discovery, the researches of new attacks follow new countermeasures in order to guarantee security of algorithms. This thesis is part of this process and shows several research works about attacks and countermeasures in the fields of side channel and fault injections analysis. The first part is about classic contributions where an attacker wants to recover a secret key when the second part deals with the less studied field of secret specifications recovery

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Renner, Soline. "Protection des algorithmes cryptographiques embarqués." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0057/document.

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Abstract:

Depuis la fin des années 90, les cryptosystèmes implantés sur carte à puce doivent faire face à deux grandes catégories d'attaques : les attaques par canaux cachés et les attaques par injection de fautes. Pour s'en prémunir, des contre-mesures sont élaborées, puis validées en considérant un modèle d'attaquant bien défini. Les travaux réalisés dans cette thèse se concentrent sur la protection des cryptosystèmes symétriques contre les attaques par canaux cachés. Plus précisément, on s'intéresse aux contre-mesures de masquage permettant de se prémunir des attaques statistiques d'ordre supérieur pour lesquelles un attaquant est capable de cibler t valeurs intermédiaires. Après avoir rappelé l'analogie entre les contre-mesures de masquage et les schémas de partage de secret, on présente la construction des schémas de partage de secret à partir de codes linéaires, introduite par James L. Massey en 1993. En adaptant cette construction et des outils issus du calcul multi-parties, on propose une méthode générique de contre-mesure de masquage résistante aux attaques statistiques d'ordre supérieur. De plus, en fonction des cryptosystèmes à protéger et donc des opérations à effectuer, cette solution permet d'optimiserle coût induit par les contre-mesures en sélectionnant les codes les plus adéquats. Dans cette optique, on propose deux contre-mesures de masquage pour implanter le cryptosystème AES. La première est basée sur une famille de code d'évaluation proche de celle utilisée pour le schéma de partage de secret de Shamir, tandis que la seconde considéré la famille des codes auto-duaux et faiblement auto-duaux ayant leur matrice génératrice à coefficient sur F2 ou F4. Ces deux alternatives se révèlent plus efficaces que les contremesures de masquage publiées en 2011 et basées sur le schéma de partage de secret de Shamir. De plus la seconde s'avère compétitive pour t=1 comparée aux solutions usuelles
Since the late 90s, the implementation of cryptosystems on smart card faces two kinds of attacks : side-channel attacks and fault injection attacks. Countermeasures are then developed and validated by considering a well-defined attacker model. This thesis focuses on the protection of symmetric cryptosystems against side-channel attacks. Specifically, we are interested in masking countermeasures in order to tackle high-order attacks for which an attacker is capable of targeting t intermediate values. After recalling the analogy between masking countermeasures and secret sharing schemes, the construction of secret sharing schemes from linear codes introduced by James L. Massey in 1993 is presented.By adapting this construction together with tools from the field of Multi-Party Computation, we propose a generic masking countermeasure resistant to high-order attacks. Furthermore, depending on the cryptosystem to protect, this solution optimizes the cost of the countermeasure by selecting the most appropriate code. In this context, we propose two countermeasures to implement the AES cryptosystem. The first is based on a family of evaluation codes similar to the Reed Solomon code used in the secret sharing scheme of Shamir. The second considers the family of self-dual and self-orthogonal codes generated by a matrix defined over GF(2) or GF(4). These two alternatives are more effective than masking countermeasures from 2011 based on Shamir's secret sharing scheme. Moreover, for t=1, the second solution is competitive with usual solutions

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Houssain, Hilal. "Algorithmes cryptographiques à base de courbes elliptiques résistant aux attaques par analyse de consommation." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00832795.

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Abstract:

Les systèmes de cryptographie à base de courbe elliptique (ECC) ont été adoptés comme des systèmes standardisés de cryptographie à clé publique (PKC) par l'IEEE, ANSI, NIST, SEC et WTLS. En comparaison avec la PKC traditionnelle, comme RSA et ElGamal, l'ECC offre le même niveau de sécurité avec des clés de plus petites tailles. Cela signifie des calculs plus rapides et une consommation d'énergie plus faible ainsi que des économies de mémoire et de bande passante. Par conséquent, ECC est devenue une technologie indispensable, plus populaire et considérée comme particulièrement adaptée à l'implémentation sur les dispositifs à ressources restreintes tels que les réseaux de capteurs sans fil (WSN). Le problème majeur avec les noeuds de capteurs chez les WSN, dès qu'il s'agit d'opérations cryptographiques, est les limitations de leurs ressources en termes de puissance, d'espace et de temps de réponse, ce qui limite la capacité du capteur à gérer les calculs supplémentaires nécessaires aux opérations cryptographiques. En outre, les mises en oeuvre actuelles de l'ECC sur WSN sont particulièrement vulnérables aux attaques par canaux auxiliaires (SCA), en particulier aux attaques par analyse de consommation (PAA), en raison de l'absence de la sécurité physique par blindage, leur déploiement dans les régions éloignées et le fait qu'elles soient laissées sans surveillance. Ainsi, les concepteurs de crypto-processeurs ECC sur WSN s'efforcent d'introduire des algorithmes et des architectures qui ne sont pas seulement résistants PAA, mais également efficaces sans aucun supplément en termes de temps, puissance et espace. Cette thèse présente plusieurs contributions dans le domaine des cryptoprocesseurs ECC conscientisés aux PAA, pour les dispositifs à ressources limitées comme le WSN. Premièrement, nous proposons deux architectures robustes et efficaces pour les ECC conscientisées au PAA. Ces architectures sont basées sur des algorithmes innovants qui assurent le fonctionnement de base des ECC et qui prévoient une sécurisation de l'ECC contre les PAA simples (SPA) sur les dispositifs à ressources limitées tels que les WSN. Deuxièmement, nous proposons deux architectures additionnelles qui prévoient une sécurisation des ECC contre les PAA différentiels (DPA). Troisièmement, un total de huit architectures qui incluent, en plus des quatre architectures citées ci-dessus pour SPA et DPA, deux autres architectures dérivées de l'architecture DPA conscientisée, ainsi que deux architectures PAA conscientisées. Les huit architectures proposées sont synthétisées en utilisant la technologie des réseaux de portes programmables in situ (FPGA). Quatrièmement, les huit architectures sont analysées et évaluées, et leurs performances comparées. En plus, une comparaison plus avancée effectuée sur le niveau de la complexité du coût (temps, puissance, et espace), fournit un cadre pour les concepteurs d'architecture pour sélectionner la conception la plus appropriée. Nos résultats montrent un avantage significatif de nos architectures proposées par rapport à la complexité du coût, en comparaison à d'autres solutions proposées récemment dans le domaine de la recherche.

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Belaïd, Sonia. "Security of cryptosystems against power-analysis attacks." Thesis, Paris, Ecole normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSU0032/document.

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Abstract:

Les attaques par canaux auxiliaires sont les attaques les plus efficaces contre les systèmes cryptographiques. Alors que les attaques classiques n’exploitent que les entrées et sorties des algorithmes cryptographiques, les attaques par canaux auxiliaires utilisent également les fuites physiques du composant sous-jacent. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux attaques par canaux auxiliaires qui exploitent la consommation de courant des composants pour retrouver les clefs secrètes. Ces attaques sont désignées par le terme attaques par analyse de courant. La majorité des attaques par analyse de courant existantes repose sur l’observation de variables dépendant uniquement de quelques bits de secret avec la stratégie diviser-pour-régner. Dans cette thèse, nous exhibons de nouvelles attaques qui exploitent l’observation de variables intermédiaires largement dépendantes de grands secrets. Notamment, nous montrons qu’en observant uniquement la fuite physique du résultat d’une multiplication de Galois entre une clef secrète de 128 bits et plusieurs messages connus, nous pouvons en déduire un système d’équations avec erreurs puis retrouver cette clef secrète. En parallèle, nous nous intéressons aux deux contre-mesures algorithmiques les plus répandues contre ces attaques par analyse de courant : les fonctions intrinsèquement résistantes aux fuites physiques et les schémas de masquage. Dans un premier temps, nous définissons un schéma de chiffrement résistant aux fuites physiques qui repose sur un rafraîchissement régulier de la clef secrète. Nous prouvons la sécurité de ce schéma dans le modèle de cryptographie résistante aux fuites (en anglais, leakage-resilient cryptography). Dans un second temps, nous construisons, à l’aide des méthodes formelles, un outil permettant de vérifier automatiquement la sécurité d’implémentations masquées. Nous exhibons également de nouvelles propriétés de sécurité, ainsi que des propriétés de composition qui nous permettent de générer une implémentation masquée à n’importe quel ordre à partir d’une implémentation non protégée. Finalement, nous présentons une étude de comparaison entre ces deux contre-mesures algorithmiques dans le but d’aider les experts industriels à déterminer la meilleure protection à intégrer dans leurs produits en fonction de leurs contraintes en termes de sécurité et de performances
Side-channel attacks are the most efficient attacks against cryptosystems. While the classical blackbox attacks only exploit the inputs and outputs of cryptographic algorithms, side-channel attacks also get use of the physical leakage released by the underlying device during algorithms executions. In this thesis, we focus on one kind of side-channel attacks which exploits the power consumption of the underlying device to recover the algorithms secret keys. They are gathered under the term power-analysis attacks. Most of the existing power-analysis attacks rely on the observations of variables which only depend on a few secret bits using a divide-and-conquer strategy. In this thesis, we exhibit new kinds of attacks which exploit the observation of intermediate variables highly dependent on huge secrets. In particular, we show how to recover a 128-bit key by only recording the leakage of the Galois multiplication’s results between several known messages and this secret key. We also study two commonly used algorithmic countermeasures against side-channel attacks: leakage resilience and masking. On the one hand, we define a leakage-resilient encryption scheme based on a regular update of the secret key and we prove its security. On the other hand, we build, using formal methods, a tool to automatically verify the security of masked algorithms. We also exhibit new security and compositional properties which can be used to generate masked algorithms at any security order from their unprotected versions. Finally, we propose a comparison between these two countermeasures in order to help industrial experts to determine the best protection to integrate in their products, according to their constraints in terms of security and performances

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Perin, Guilherme. "On the Resistance of RSA Countermeasures at Algorithmic, Arithmetic and Hardware Levels Against Chosen-Message, Correlation and Single-Execution Side-Channel Attacks." Thesis, Montpellier 2, 2014. http://www.theses.fr/2014MON20039/document.

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Abstract:

De nos jours, les concepteurs de dispositifs cryptographiques doivent non seulement mettre en œuvre des algorithmes robustes, mais ils doivent également s'assurer qu'il n'y ait pas de fuites d'informations à travers plusieurs canaux latéraux lors de l'exécution d'un algorithme. En effet, si ce n'est pas le cas, les implémentations cryptographiques, tant symétriques qu'asymétriques, seront vulnérables aux attaques par canaux auxiliaires. Pour les algorithmes à clé publique tels que le RSA, l'opération principale que doit être rendue robuste est l'exponentiation modulaire sur un anneau fini. Les principales solutions (contremesures) permettant de rendre robuste l'exponentiation modulaire à ces attaques par canaux auxiliaires sont basées sur la randomisation des données traitées. La randomisation de l'exposant et celle des messages sont en effet des techniques particulièrement efficaces pour contrecarrer les attaques par collision et par analyse des corrélations verticales. Toutefois, ces solutions éculées montrent leurs limites par rapport aux attaques dites horizontales qui n'exploitent qu'une exponentiation. Dans ce contexte, ce document relate le travail de conception, tant matériel que logiciel, d'un chiffreur RSA basé sur les systèmes modulaires de représentation des nombres (RNS). Ce chiffreur incorpore différentes contremesures définies à divers niveaux d'abstraction. L'évaluation de sa robustesse aux attaques par canaux cachés tant horizontales que verticales a démontré sa pertinence
Not only designers of cryptographic devices have to implement the algorithmsefficiently, they also have to ensure that sensible information that leaks throughseveral side-channels (time, temperature, power consumption, electromagneticemanations, etc.) during the execution of an algorithm, remains unexploitedby an attacker. If not sufficiently protected, both symmetric and asymmetriccryptographic implementations are vulnerable to these so-called side-channelattacks (SCA). For public-key algorithms such as RSA, the main operation to bearmoured consists of a multi-digit exponentiation over a finite ring.Countermeasures to defeat most of side-channel attacks onexponentiations are based on randomization of processed data. The exponentand the message blinding are particular techniques to thwartsimple, collisions, differential and correlation analyses. Attacks based ona single (trace) execution of exponentiations, like horizontal correlationanalysis and profiled template attacks, have shown to be efficient againstmost of popular countermeasures.This work proposes a hardware and software implementations of RSA based on Residue Number System (RNS). Different countermeasures are implemented on different abstraction levels. Then, chosen-message and correlation attacks, based on both multi-trace and single-trace attacks are applied to evaluate the robustness of adopted countermeasures. Finally, we propose an improved single-execution attack based on unsupervised learning and multi-resolution analysis using the wavelet transform

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Mushtaq, Maria. "Software-based Detection and Mitigation of Microarchitectural Attacks on Intel’s x86 Architecture." Thesis, Lorient, 2019. http://www.theses.fr/2019LORIS531.

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Abstract:

Les attaques par canaux cachés basées sur les accès aux mémoires caches constituent une sous-catégorie représentant un puissant arsenal permettant de remettre en cause la sécurité d’algorithmes cryptographiques en ciblant leurs implémentations. Malgré de nombreux efforts, les techniques de protection contre ces attaques ne sont pas encore assez matures. Ceci est principalement dû au fait que la plupart des techniques ne protègent généralement pas contre tous les scénarii d’attaques. De plus, ces solutions peuvent impacter fortement les performances des systèmes. Cette thèse propose des arguments en faveur du renforcement de la sécurité et de la confidentialité dans les systèmes informatiques modernes tout en conservant leurs performances. Pour cela, la thèse développe une protection basée sur les besoins, qui permettent au système d’exploitation d’appliquer uniquement des mesures de protection après la détection des attaques. Ainsi, la détection peut servir de première ligne de défense. Cependant, pour que la stratégie de protection basée sur la détection soit efficace, il faut que cette dernière soit fiable, n’impacte que faiblement les performances et couvre un large spectre d’attaques avant que ces dernières atteignent leur but. Dans cette optique, cette thèse propose un cadre complet pour la protection basée sur la détection d’un ensemble d’attaques exploitant les mémoires caches lors de l’exécution sous des conditions de charge variables du système. De plus, la thèse propose de coupler l’utilisation du principe de détection avec un mécanisme de protection intégré au système d’exploitation Linux. Bien que le mécanisme de protection proposé soit appliqué à Linux, la solution est extensible à d’autres systèmes d’exploitation. Cette thèse démontre que la sécurité et la confidentialité doivent être pris en compte au niveau système et que les solutions de protection doivent adopter une approche holistique
Access-driven cache-based sidechannel attacks, a sub-category of SCAs, are strong cryptanalysis techniques that break cryptographic algorithms by targeting their implementations. Despite valiant efforts, mitigation techniques against such attacks are not very effective. This is mainly because most mitigation techniques usually protect against any given specific vulnerability and do not take a system-wide approach. Moreover, these solutions either completely remove or greatly reduce the prevailing performance benefits in computing systems that are hard earned over many decades. This thesis presents arguments in favor of enhancing security and privacy in modern computing architectures while retaining the performance benefits. The thesis argues in favor of a need-based protection, which would allow the operating system to apply mitigation only after successful detection of CSCAs. Thus, detection can serve as a first line of defense against such attacks. However, for detection-based protection strategy to be effective, detection needs to be highly accurate, should incur minimum system overhead at run-time, should cover a large set of attacks and should be capable of early stage detection, i.e., before the attack completes. This thesis proposes a complete framework for detection-based protection. At first, the thesis presents a highly accurate, fast and lightweight detection framework to detect a large set of Cache-based SCAs at run-time under variable system load conditions. In the follow up, the thesis demonstrates the use of this detection framework through the proposition of an OS-level run-time detection-based mitigation mechanism for Linux generalpurpose distribution. Though the proposed mitigation mechanism is proposed for Linux general distributions, which is widely used in commodity hardware, the solution is scalable to other operating systems. We provide extensive experiments to validate the proposed detection framework and mitigation mechanism. This thesis demonstrates that security and privacy are system-wide concerns and the mitigation solutions must take a holistic approach

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Linge, Yanis. "Etudes cryptographiques et statistiques de signaux compromettants." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENM037/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur les attaques par observations. Ces attaques étudient les variations d'émanation d'un composant pour retrouver une clé secrète. Ces émanations peuvent être multiples, par exemple, la consommation de courant électrique, le rayonnement électromagnétique, etc. Généralement, ces attaques font appel à des méthodes statistiques pour examiner la relation entre les émanations du composant et des modèles de consommation imaginés par l'attaquant. Trois axes sont développés dans cette thèse. Dans un premier temps, nous avons implémenté différentes attaques par observations sur des cartes graphiques en utilisant l'API OpenCL. Ces implémentations sont plus performantes que les implémentations classiques, ce qui permet à un attaquant de pouvoir traiter plus de données. Dans un second temps, nous avons proposé l'utilisation du MIC dans le cadre des attaques par observations. L'avantage du MIC, par rapport à l'information mutuelle, est sa facilité de calcul, ne dépendant pas de choix de noyau ou de taille de fenêtre. Son utilisation dans une attaque par observations est donc aisée, même si, la complexité des calculs à effectuer est souvent très importante. Enfin, nous avons introduit une nouvelle attaque, basée sur la distribution jointe de l'entrée et de la sortie de fonction cryptographique. Si cette distribution varie en fonction de la valeur de la clé impliquée par la fonction, on est capable de retrouver la clé secrète utilisée par le composant. Cette nouvelle attaque a la particularité de ne nécessiter ni la connaissance du texte clair, ni la connaissance du texte chiffré, ce qui lui permet d'être efficace même en présence de certaines contre-mesures
The main subject of this manuscript is the Side Channel Attacks. These attacks investigate the variation of device emanations to retrieve a secret key. These emanations can be the power consumption, the electromagnetic radiation, etc. Most of the time, those attacks use statistical methods to examine the relationship between the emanations and some leakage models supposed by the attacker. Three main axis are developed here. First, we have implemented many side channel attacks on GPGPU using the API OpenCL. These implementations are more effective than the classical ones, so an attacker can exploit more data. Then, in order to provide a new side channel attack, we have suggested the use of a new dependency measurement proposed by Reshef et al., the MIC. The MIC is more advantageous than the mutual information, because its computation does not depend of a kernel choice nor a windows size. So, its use in side channel analysis is simple, even if the time complexity is large. Finally, we have introduced a new attack based on the join distribution of the input and the output of a cryptographic sub-function. If the distribution depends on the key used in the function, we can retrieve the secret key. This attack can be efficient even in presence of some countermeasures because it does not required the knowledge of both plain text or cipher text

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Houssain, Hilal. "Elliptic curve cryptography algorithms resistant against power analysis attacks on resource constrained devices." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2012. http://www.theses.fr/2012CLF22286/document.

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Abstract:

Les systèmes de cryptographie à base de courbe elliptique (ECC) ont été adoptés comme des systèmes standardisés de cryptographie à clé publique (PKC) par l'IEEE, ANSI, NIST, SEC et WTLS. En comparaison avec la PKC traditionnelle, comme RSA et ElGamal, l'ECC offre le même niveau de sécurité avec des clés de plus petites tailles. Cela signifie des calculs plus rapides et une consommation d'énergie plus faible ainsi que des économies de mémoire et de bande passante. Par conséquent, ECC est devenue une technologie indispensable, plus populaire et considérée comme particulièrement adaptée à l’implémentation sur les dispositifs à ressources restreintes tels que les réseaux de capteurs sans fil (WSN). Le problème majeur avec les noeuds de capteurs chez les WSN, dès qu'il s'agit d’opérations cryptographiques, est les limitations de leurs ressources en termes de puissance, d'espace et de temps de réponse, ce qui limite la capacité du capteur à gérer les calculs supplémentaires nécessaires aux opérations cryptographiques. En outre, les mises en oeuvre actuelles de l’ECC sur WSN sont particulièrement vulnérables aux attaques par canaux auxiliaires (SCA), en particulier aux attaques par analyse de consommation (PAA), en raison de l'absence de la sécurité physique par blindage, leur déploiement dans les régions éloignées et le fait qu’elles soient laissées sans surveillance. Ainsi, les concepteurs de crypto-processeurs ECC sur WSN s'efforcent d'introduire des algorithmes et des architectures qui ne sont pas seulement résistants PAA, mais également efficaces sans aucun supplément en termes de temps, puissance et espace. Cette thèse présente plusieurs contributions dans le domaine des cryptoprocesseurs ECC conscientisés aux PAA, pour les dispositifs à ressources limitées comme le WSN. Premièrement, nous proposons deux architectures robustes et efficaces pour les ECC conscientisées au PAA. Ces architectures sont basées sur des algorithmes innovants qui assurent le fonctionnement de base des ECC et qui prévoient une sécurisation de l’ECC contre les PAA simples (SPA) sur les dispositifs à ressources limitées tels que les WSN. Deuxièmement, nous proposons deux architectures additionnelles qui prévoient une sécurisation des ECC contre les PAA différentiels (DPA). Troisièmement, un total de huit architectures qui incluent, en plus des quatre architectures citées ci-dessus pour SPA et DPA, deux autres architectures dérivées de l’architecture DPA conscientisée, ainsi que deux architectures PAA conscientisées. Les huit architectures proposées sont synthétisées en utilisant la technologie des réseaux de portes programmables in situ (FPGA). Quatrièmement, les huit architectures sont analysées et évaluées, et leurs performances comparées. En plus, une comparaison plus avancée effectuée sur le niveau de la complexité du coût (temps, puissance, et espace), fournit un cadre pour les concepteurs d'architecture pour sélectionner la conception la plus appropriée. Nos résultats montrent un avantage significatif de nos architectures proposées par rapport à la complexité du coût, en comparaison à d'autres solutions proposées récemment dans le domaine de la recherche
Elliptic Curve Cryptosystems (ECC) have been adopted as a standardized Public Key Cryptosystems (PKC) by IEEE, ANSI, NIST, SEC and WTLS. In comparison to traditional PKC like RSA and ElGamal, ECC offer equivalent security with smaller key sizes, in less computation time, with lower power consumption, as well as memory and bandwidth savings. Therefore, ECC have become a vital technology, more popular and considered to be particularly suitable for implementation on resource constrained devices such as the Wireless Sensor Networks (WSN). Major problem with the sensor nodes in WSN as soon as it comes to cryptographic operations is their extreme constrained resources in terms of power, space, and time delay, which limit the sensor capability to handle the additional computations required by cryptographic operations. Moreover, the current ECC implementations in WSN are particularly vulnerable to Side Channel Analysis (SCA) attacks; in particularly to the Power Analysis Attacks (PAA), due to the lack of secure physical shielding, their deployment in remote regions and it is left unattended. Thus designers of ECC cryptoprocessors on WSN strive to introduce algorithms and architectures that are not only PAA resistant, but also efficient with no any extra cost in terms of power, time delay, and area. The contributions of this thesis to the domain of PAA aware elliptic curve cryptoprocessor for resource constrained devices are numerous. Firstly, we propose two robust and high efficient PAA aware elliptic curve cryptoprocessors architectures based on innovative algorithms for ECC core operation and envisioned at securing the elliptic curve cryptoprocessors against Simple Power Analysis (SPA) attacks on resource constrained devices such as the WSN. Secondly, we propose two additional architectures that are envisioned at securing the elliptic curve cryptoprocessors against Differential Power Analysis (DPA) attacks. Thirdly, a total of eight architectures which includes, in addition to the two SPA aware with the other two DPA awareproposed architectures, two more architectures derived from our DPA aware proposed once, along with two other similar PAA aware architectures. The eight proposed architectures are synthesized using Field Programmable Gate Array (FPGA) technology. Fourthly, the eight proposed architectures are analyzed and evaluated by comparing their performance results. In addition, a more advanced comparison, which is done on the cost complexity level (Area, Delay, and Power), provides a framework for the architecture designers to select the appropriate design. Our results show a significant advantage of our proposed architectures for cost complexity in comparison to the other latest proposed in the research field

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Dehbaoui, Amine. "Analyse Sécuritaire des Émanations Électromagnétiques des Circuits Intégrés." Thesis, Montpellier 2, 2011. http://www.theses.fr/2011MON20020.

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Abstract:

Le développement de la société de l'information et de la monnaie virtuelle, a soulevé de nouveaux problèmes aux communautés de la sécurité et du circuit intégré, faisant devenir la cryptologie un outil incontournable permettant de répondre aux exigences sécuritaires telles que l'identification, l'authentification ou la confidentialité. L'intégration des primitives cryptographiques dans différents dispositifs électroniques est largement répandue aujourd'hui dans le domaine des communications, des services financiers, des services gouvernementaux ou de la PayTV. Au premier rang de ces dispositifs, figure la carte à puce. D'après un rapport publié en août 2010, IMS Research prévoit que le marché de la carte à puce atteindra les 5.8 milliards d'unités vendues en fin d'année. La grande majorité est utilisée dans les télécommunications (carte SIM) et les services bancaires. La carte à puce incorpore un circuit intégré qui peut être, soit un processeur dédié aux calculs cryptographiques, soit seulement de la mémoire non-volatile ou les deux. Ces circuits intégrés manipulent et contiennent donc des secrets comme les clefs secrètes ou privées utilisées par les algorithmes de cryptographie symétriques ou asymétriques. Ces clefs doivent donc, rester absolument confidentielles et intègres afin de garantir la chaîne de sécurité. Par conséquent la robustesse des cartes à puces aux attaques cryptographiques est cruciale. En effet, les attaques sur les circuits intégrés sont aujourd'hui très performantes. Elles peuvent être classées selon trois grandes familles : invasives, semi-invasives et non-invasives. 1- Les attaques invasives sont des attaques menées en général par des experts et requièrent du matériel spécifique. 2- Les attaques semi-invasives, famille d'attaques récemment introduite par l'équipe de Ross Anderson, dont le principe est de décapsuler le package contenant le circuit, afin de se positionner le plus proche possible de la surface, sans pour autant en détériorer les fonctionnalités. 3- Les attaques non-invasives ne nécessitent aucune préparation préalable du dispositif soumis aux attaques. Elles consistent à espionner les phénomènes physiques engendrés par la manipulation des données et notamment les clefs secrètes. Les attaques non-invasives peuvent être considérées comme les plus dangereuses, dans la mesure où ce type d'attaque peut être réalisé sans contact avec le circuit. En effet, pendant l'utilisation d'appareils électroniques, les circuits qui les composent sont soumis à des variations de courant et de tension. Ces variations génèrent des ondes électromagnétiques qui se propagent dans le voisinage du circuit. Ces émanations présentent une corrélation avec des informations censées être stockées dans la puce de façon sécurisée (exemple: la clef secrète d'une carte bancaire utilisée pour l'authentification). Plusieurs attaques dites par canaux auxiliaires, et basées sur ces fuites électromagnétiques ont été publiées par la communauté scientifique ces dernières années. Cette thèse a pour objectifs: (a) comprendre les différentes sources des émanations électromagnétiques des circuits intégrés, et de proposer un flot d'attaque électromagnétique localisée et en champ proche afin de tester la robustesse d'un circuit cryptographique contre les attaques et analyses utilisant le canal électromagnétique, et (b) proposer des contre-mesures afin de contrecarrer ces attaques par analyse de champ électromagnétique. Afin d'atteindre ces objectifs, nous présentons, dans un premier temps, une technique efficace nommée WGMSI (Weighted Global Magnitude Squared Incoherence) pour localiser les positions, au-dessus du circuit cryptographique, qui génèrent les émanations électromagnétiques les plus dépendantes des données secrètes. Dans un deuxième temps la WGMSI est utilisée aussi pour améliorer la stabilité et la convergence des différentes attaques électromagnétiques proposées dans la littérature. La suite de la thèse décrit les différentes contre-mesures aux attaques par canaux auxiliaires. En effet, face à ces techniques d'attaques évoluées, il est primordial, de rendre les fonctions cryptographiques implantées dans les circuits intégrés pour la sécurité (confidentialité, authentification, intégrité ... ), inattaquables en un temps raisonnable et ceci même en manipulant des sous-clefs dans des chiffrements par blocs. Pour cela, on se focalisera principalement aux contre-mesures basées sur des logiques différentielles et dynamiques. Ces contre-mesures sont dites par conception, puisqu'elles se situent au niveau des portes logiques qui sont considérées comme les éléments de base pour la conception d'un circuit intégré. Ceci permet une certaine indépendance des algorithmes cryptographiques vis à vis de l'architecture ou de la technologie considérées. Parmi les différentes logiques différentielles et dynamiques, on s'intéressera plus spécifiquement à la logique STTL (Secure Triple Track logic) qui peut être considérée comme une amélioration de la logique double rail, dans la mesure où un troisième rail est ajouté afin de contrecarrer la faiblesse principale de la logique double rail, à savoir l'évaluation anticipée. Enfin, nous présenterons un flot d'implémentation sur FPGA de la logique STTL prouvée robuste aux attaques par analyse de courant, et nous implémenterons un prototype de DES STTL afin de tester sa robustesse aux attaques électromagnétiques localisées en champ proche
The integration of cryptographic primitives in different electronic devices is widely used today incommunications, financial services, government services or PayTV.Foremost among these devices include the smart card. According to a report published in August 2010, IMS Research forecasts that the smart card market will reach 5.8 billion units sold in this year. The vast majority is used in telecommunications (SIM) and banking.The smart card incorporates an integrated circuit which can be a dedicated processor for cryptographic calculations. Therefore, these integrated circuits contain secrets such as secret or private keys used by the symmetric or asymmetric cryptographic algorithms. These keys must remain absolutely confidential to ensure the safety chain.Therefore the robustness of smart cards against attacks is crucial. These attacks can be classifiedinto three main categories: invasive, semi-invasive and non-invasive.Non-invasive attacks can be considered the most dangerous, since this kind of attack can be achieved without any contact with the circuit.Indeed, while using electronic circuits that compose them are subjected to variations in current and voltage. These variations generate an electromagnetic radiation propagating in the vicinity of the circuit.These radiations are correlated with secret information (eg a secret key used for authentication). Several attacks based on these leakages were published by the scientific community.This thesis aims to: (a) understand the different sources of electromagnetic emanations of integrated circuits, and propose a localized near field attack to test the robustness of a cryptographic circuit and (b) propose counter-measures to these attacks

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Marion, Damien. "Multidimensionality of the models and the data in the side-channel domain." Thesis, Paris, ENST, 2018. http://www.theses.fr/2018ENST0056/document.

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Abstract:

Depuis la publication en 1999 du papier fondateur de Paul C. Kocher, Joshua Jaffe et Benjamin Jun, intitulé "Differential Power Analysis", les attaques par canaux auxiliaires se sont révélées être un moyen d’attaque performant contre les algorithmes cryptographiques. En effet, il s’est avéré que l’utilisation d’information extraite de canaux auxiliaires comme le temps d’exécution, la consommation de courant ou les émanations électromagnétiques, pouvait être utilisée pour retrouver des clés secrètes. C’est dans ce contexte que cette thèse propose, dans un premier temps, de traiter le problème de la réduction de dimension. En effet, en vingt ans, la complexité ainsi que la taille des données extraites des canaux auxiliaires n’a cessé de croître. C’est pourquoi la réduction de dimension de ces données permet de réduire le temps et d’augmenter l’efficacité des attaques. Les méthodes de réduction de dimension proposées le sont pour des modèles de fuites complexe et de dimension quelconques. Dans un second temps, une méthode d’évaluation d’algorithmes logiciels est proposée. Celle-ci repose sur l’analyse de l’ensemble des données manipulées lors de l’exécution du logiciel évalué. La méthode proposée est composée de plusieurs fonctionnalités permettant d’accélérer et d’augmenter l’efficacité de l’analyse, notamment dans le contexte d’évaluation d’implémentation de cryptographie en boîte blanche
Since the publication in 1999 of the seminal paper of Paul C. Kocher, Joshua Jaffe and Benjamin Jun, entitled "Differential Power Analysis", the side-channel attacks have been proved to be efficient ways to attack cryptographic algorithms. Indeed, it has been revealed that the usage of information extracted from the side-channels such as the execution time, the power consumption or the electromagnetic emanations could be used to recover secret keys. In this context, we propose first, to treat the problem of dimensionality reduction. Indeed, since twenty years, the complexity and the size of the data extracted from the side-channels do not stop to grow. That is why the reduction of these data decreases the time and increases the efficiency of these attacks. The dimension reduction is proposed for complex leakage models and any dimension. Second, a software leakage assessment methodology is proposed ; it is based on the analysis of all the manipulated data during the execution of the software. The proposed methodology provides features that speed-up and increase the efficiency of the analysis, especially in the case of white box cryptography

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Richmond, Tania. "Implantation sécurisée de protocoles cryptographiques basés sur les codes correcteurs d'erreurs." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSES048/document.

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Abstract:

Le premier protocole cryptographique basé sur les codes correcteurs d'erreurs a été proposé en 1978 par Robert McEliece. La cryptographie basée sur les codes est dite post-quantique car il n'existe pas à l'heure actuelle d'algorithme capable d'attaquer ce type de protocoles en temps polynomial, même en utilisant un ordinateur quantique, contrairement aux protocoles basés sur des problèmes de théorie des nombres. Toutefois, la sécurité du cryptosystème de McEliece ne repose pas uniquement sur des problèmes mathématiques. L'implantation, logicielle ou matérielle, a également un rôle très important pour sa sécurité et l'étude de celle-ci face aux attaques par canaux auxiliaires/cachés n'a débuté qu'en 2008. Des améliorations sont encore possibles. Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles attaques sur le déchiffrement du cryptosystème de McEliece, utilisé avec les codes de Goppa classiques, ainsi que des contre-mesures correspondantes. Les attaques proposées sont des analyses de temps d'exécution ou de consommation d'énergie. Les contre-mesures associées reposent sur des propriétés mathématiques et algorithmiques. Nous montrons qu'il est essentiel de sécuriser l'algorithme de déchiffrement en le considérant dans son ensemble et non pas seulement étape par étape
The first cryptographic protocol based on error-correcting codes was proposed in 1978 by Robert McEliece. Cryptography based on codes is called post-quantum because until now, no algorithm able to attack this kind of protocols in polynomial time, even using a quantum computer, has been proposed. This is in contrast with protocols based on number theory problems like factorization of large numbers, for which efficient Shor's algorithm can be used on quantum computers. Nevertheless, the McEliece cryptosystem security is based not only on mathematical problems. Implementation (in software or hardware) is also very important for its security. Study of side-channel attacks against the McEliece cryptosystem have begun in 2008. Improvements can still be done. In this thesis, we propose new attacks against decryption in the McEliece cryptosystem, used with classical Goppa codes, including corresponding countermeasures. Proposed attacks are based on evaluation of execution time of the algorithm or its power consumption analysis. Associate countermeasures are based on mathematical and algorithmic properties of the underlying algorithm. We show that it is necessary to secure the decryption algorithm by considering it as a whole and not only step by step

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Korkikian, Roman. "Side-channel and fault analysis in the presence of countermeasures : tools, theory, and practice." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEE052/document.

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Abstract:

Dans cette thèse nous développons et améliorons des attaques de systèmes cryptographiques. Un nouvel algorithme de décomposition de signal appelé transformation de Hilbert-Huang a été adapté pour améliorer l’efficacité des attaques parcanaux auxiliaires. Cette technique permet de contrecarrer certaines contre-mesures telles que la permutation d’opérations ou l’ajout de bruit à la consommation de courant. La seconde contribution de ce travail est l’application de certaines distributions statistiques de poids de Hamming à l’attaque d’algorithmes de chiffrement par bloc tels que AES, DES ou LED. Ces distributions sont distinctes pour chaque valeur de sous-clef permettent donc de les utiliser comme modèles intrinsèques. Les poids de Hamming peuvent être découverts par des analyses de canaux auxiliaires sans que les clairs ni les chiffrés ne soient accessibles. Cette thèse montre que certaines contremesures peuvent parfois faciliter des attaques. Les contre-mesures contagieuses proposées pour RSA protègent contre les attaques par faute mais ce faisant et moyennant des calculs additionnels facilitent la découverte de la clef. Finalement, des contre-mesures à faible complexité calculatoire sont proposées. Elles sont basées sur le masquage antagoniste, c’est-à-dire, l’exécution d’une opération d’équilibrage sur des données sensibles pour masquer la consommation de courant
The goal of the thesis is to develop and improve methods for defeating protected cryptosystems. A new signal decompositionalgorithm, called Hilbert Huang Transform, was adapted to increase the efficiency of side-channel attacks. This technique attempts to overcome hiding countermeasures, such as operation shuffling or the adding of noise to the power consumption. The second contribution of this work is the application of specific Hamming weight distributions of block cipher algorithms, including AES, DES, and LED. These distributions are distinct for each subkey value, thus they serve as intrinsic templates. Hamming weight data can be revealed by side-channel and fault attacks without plaintext and ciphertext. Therefore these distributions can be applied against implementations where plaintext and ciphertext are inaccessible. This thesis shows that some countermeasures serve for attacks. Certain infective RSA countermeasures should protect against single fault injection. However, additional computations facilitate key discovery. Finally, several lightweight countermeasures are proposed. The proposed countermeasures are based on the antagonist masking, which is an operation occurring when targeting data processing, to intelligently mask the overall power consumption

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Pamula, Danuta. "Opérateurs arithmétiques sur GF (2m) : étude de compromis performances-consommation-sécurité." Rennes 1, 2012. http://www.theses.fr/2012REN1E011.

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Abstract:

Dans la cryptographie à clé privée l'arithmétique joue un rôle important. En particulier, l'arithmétique des corps finis doit être très rapide étant donnée la quantité de calculs effectués en nécessitant des ressources limitées (surface de circuit, taille mémoire, consommation d'énergie) mais aussi tout en offrant un bon niveau de robustesse vis à vis des attaques physiques. L'objectif de cette thèse etait d'étudier, comparer, concevoir en matériel et enfin de valider expérimentalement et théoriquement des opérateurs arithmétiques matériels pour la cryptographie sur courbes elliptiques (ECC) sur des extensions du corps fini binaire (GF(2m)) à la fois performants, peu gourmands en énergie et robustes d'un point de sécurité contre les attaques physiques par canaux cachés (p. Ex. Mesure de la consommation d'énergie). Des travaux effectues aboutissent à la proposition d'opérateurs de multiplication performants (rapides, surface de circuit limitée) dans une architecture modulaire (pouvant être adaptée à des besoins spécifiques sans perte de performance). Les calculs requis par ces opérateurs sont complexes car les éléments du corps sont grands (160-580 bits) et la multiplication s'effectue modulo un polynôme irréductible. En plus la thèse presente des modification et l'optimisation des opérateurs pour les rendre plus robustes à certaines attaques par canaux cachés (de type mesure de consommation) sans perte de performance. Sécurisation d'opérateurs arithmétiques pour ECC au niveau des calculs sur le corps fini est particulièrement intéressant car c'est la première proposition de ce type. Ce travail complète un état de l'art en protections aux niveaux supérieurs (courbes, protocoles)
The efficiency of devices performing arithmetic operations in finite field is crucial for the efficiency of ECC systems. Regarding the dependency of the system on those devices we conclude that the robustness of the system also depends on the robustness of the operators. The aim of conducted researches described in the dissertation was to propose efficient and robust against power analysis side-channel attacks hardware arithmetic operators on GF(2m) dedicated to elliptic curve cryptography (ECC) applications. We propose speed and area efficient hardware solutions for arithmetic operators on GF(2m). Designed units are flexible and operate, due to assumed applications, on large numbers (160-600 bits). Next we propose algorithmic and architectural modifications improving robustness against side-channel power analysis attacks of designed solutions. The final goal described was to find a tradeoff between security of arithmetic operators and their efficiency. We were able to perform such modifications increasing robustness of designed hardware arithmetic operators, which do not impact negatively overall performance of the operator. The attempt to protect the lowest level operations of ECC systems, the finite field operations, is a first known attempt of that type. Till now researches described in literature on the subject did not concern the finite field level operations protections. They considered only protections of curve or ECC protocol level operations. Proposed protections contribute and we may say complete already developed means of protections for ECC systems. By combining protections of all levels of operation of the ECC system it is assumed that it is possible to make the system very robust against side-channel power analysis attacks

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Cioranesco, Jean-Michel. "Nouvelles Contre-Mesures pour la Protection de Circuits Intégrés." Thesis, Paris 1, 2014. http://www.theses.fr/2014PA010022/document.

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Abstract:

Les domaines d'application de la cryptographie embarquée sont très divers et se retrouvent au croisement de toutes les applications personnelles, avec un besoin évident de confidentialité des données et également de sécurité d'accès des moyens de paiement. Les attaques matérielles invasives ont fait de tous temps partie de l'environnement industriel. L'objectif de cette thèse est de proposer de nouvelles solutions pour protéger les circuits intégrés contre ces attaques physiques. La première partie décrit les notions d'attaques par canaux cachés, d'attaques invasives et de retro-conception. Plusieurs exemples de ces types d'attaques ont pu être mis en œuvre pendant le travail de recherche de cette thèse, ils sont présentés en détail dans cette partie. La deuxième partie est consacrée à des propositions de différentes contre-mesures pour contrer des attaques par canaux cachés ayant pour vecteur la consommation de courant. La troisième partie est dédiée à la protection contre les attaques invasives en utilisant divers types de boucliers et capteurs. Nous conclurons ce manuscrit de thèse par la proposition d'un bouclier actif cryptographique inviolable ayant pour but premier de contrer Je sondage, mais aussi celui de détecter l'injection de fautes et d'être immunisé contre les analyses par consommation de courant
Embedded security applications are diverse and at the center of all personal embedded applications. They introduced an obvious need for data confidentiality and security in general. Invasive attacks on hardware have always been part of the industrial scene. The aim of this thesis is to propose new solutions in order to protect embedded circuits against some physical attacks described above. ln a first part of the manuscript, we detail the techniques used to achieve side-channel, invasive attacks and reverse engineering. I could implement several of these attacks during my thesis research, they will be detailed extensively. ln the second part we propose different hardware countermeasures against side-channel attacks. The third part is dedicated to protection strategies against invasive attacks using active shielding and we conclude this work by proposing an innovative cryptographic shield which is faulty and dpa resistant

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Marion, Damien. "Multidimensionality of the models and the data in the side-channel domain." Electronic Thesis or Diss., Paris, ENST, 2018. http://www.theses.fr/2018ENST0056.

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Abstract:

Depuis la publication en 1999 du papier fondateur de Paul C. Kocher, Joshua Jaffe et Benjamin Jun, intitulé "Differential Power Analysis", les attaques par canaux auxiliaires se sont révélées être un moyen d’attaque performant contre les algorithmes cryptographiques. En effet, il s’est avéré que l’utilisation d’information extraite de canaux auxiliaires comme le temps d’exécution, la consommation de courant ou les émanations électromagnétiques, pouvait être utilisée pour retrouver des clés secrètes. C’est dans ce contexte que cette thèse propose, dans un premier temps, de traiter le problème de la réduction de dimension. En effet, en vingt ans, la complexité ainsi que la taille des données extraites des canaux auxiliaires n’a cessé de croître. C’est pourquoi la réduction de dimension de ces données permet de réduire le temps et d’augmenter l’efficacité des attaques. Les méthodes de réduction de dimension proposées le sont pour des modèles de fuites complexe et de dimension quelconques. Dans un second temps, une méthode d’évaluation d’algorithmes logiciels est proposée. Celle-ci repose sur l’analyse de l’ensemble des données manipulées lors de l’exécution du logiciel évalué. La méthode proposée est composée de plusieurs fonctionnalités permettant d’accélérer et d’augmenter l’efficacité de l’analyse, notamment dans le contexte d’évaluation d’implémentation de cryptographie en boîte blanche
Since the publication in 1999 of the seminal paper of Paul C. Kocher, Joshua Jaffe and Benjamin Jun, entitled "Differential Power Analysis", the side-channel attacks have been proved to be efficient ways to attack cryptographic algorithms. Indeed, it has been revealed that the usage of information extracted from the side-channels such as the execution time, the power consumption or the electromagnetic emanations could be used to recover secret keys. In this context, we propose first, to treat the problem of dimensionality reduction. Indeed, since twenty years, the complexity and the size of the data extracted from the side-channels do not stop to grow. That is why the reduction of these data decreases the time and increases the efficiency of these attacks. The dimension reduction is proposed for complex leakage models and any dimension. Second, a software leakage assessment methodology is proposed ; it is based on the analysis of all the manipulated data during the execution of the software. The proposed methodology provides features that speed-up and increase the efficiency of the analysis, especially in the case of white box cryptography

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Ruhault, Sylvain. "Security analysis for pseudo-random number generators." Thesis, Paris, Ecole normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSU0014/document.

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Abstract:

La génération d’aléa joue un rôle fondamental en cryptographie et en sécurité. Des nombres aléatoires sont nécessaires pour la production de clés cryptographiques ou de vecteurs d’initialisation et permettent également d’assurer que des protocoles d’échange de clé atteignent un niveau de sécurité satisfaisant. Dans la pratique, les bits aléatoires sont générés par un processus de génération de nombre dit pseudo-aléatoire, et dans ce cas, la sécurité finale du système dépend de manière cruciale de la qualité des bits produits par le générateur. Malgré cela, les générateurs utilisés en pratique ne disposent pas ou peu d’analyse de sécurité permettant aux utilisateurs de connaître exactement leur niveau de fiabilité. Nous fournissons dans cette thèse des modèles de sécurité pour cette analyse et nous proposons des constructions prouvées sûres et efficaces qui répondront à des besoins de sécurité forts. Nous proposons notamment une nouvelle notion de robustesse et nous étendons cette propriété afin d’adresser les attaques sur la mémoire et les attaques par canaux cachés. Sur le plan pratique, nous effectuons une analyse de sécurité des générateurs utilisés dans la pratique, fournis de manière native dans les systèmes d’exploitation (/dev/random sur Linux) et dans les librairies cryptographiques (OpenSSL ou Java SecureRandom) et nous montrons que ces générateurs contiennent des vulnérabilités potentielles
In cryptography, randomness plays an important role in multiple applications. It is required in fundamental tasks such as key generation and initialization vectors generation or in key exchange. The security of these cryptographic algorithms and protocols relies on a source of unbiased and uniform distributed random bits. Cryptography practitioners usually assume that parties have access to perfect randomness. However, quite often this assumption is not realizable in practice and random bits are generated by a Pseudo-Random Number Generator. When this is done, the security of the scheme depends of course in a crucial way on the quality of the (pseudo-)randomness generated. However, only few generators used in practice have been analyzed and therefore practitioners and end users cannot easily assess their real security level. We provide in this thesis security models for the assessment of pseudo-random number generators and we propose secure constructions. In particular, we propose a new definition of robustness and we extend it to capture memory attacks and side-channel attacks. On a practical side, we provide a security assessment of generators used in practice, embedded in system kernel (Linux /dev/random) and cryptographic libraries (OpenSSL and Java SecureRandom), and we prove that these generators contain potential vulnerabilities

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Boura, Christina. "Analyse de fonctions de hachage cryptographiques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00767028.

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Abstract:

En 2008, l'Institut National des Standards et de la Technologie américain (NIST) a initié une compétition publique, nommée SHA-3, afin de sélectionner une nouvelle norme pour les fonctions de hachage. Nous étudions ici des propriétés algébriques de certaines des fonctions candidates à ce concours. Parmi les fonctions étudiées se trouve l'algorithme Keccak, qui est depuis peu la fonction qui a remporté la compétition et qui est devenue le nouveau standard SHA-3. Dans un premier temps nous avons étudié et analysé un nouveau type de distingueur introduit en 2009 et appelé distingueur par partition en sommes nulles. Nous l'avons appliqué sur plusieurs candidats du concours SHA-3. Nous nous sommes ensuite intéressés au degré algébrique des permutations itérées. Nous avons établi une première borne qui exploite la structure des fonctions non-linéaires usuellement employées dans les constructions de type SPN. Après, nous avons étudié le rôle de la permutation inverse dans les constructions itérées et nous avons prouvé une deuxième borne, plus générale, sur le degré. Nous présentons également une étude sur une nouvelle notion concernant les boîtes-S, qui exprime le fait que certaines composantes d'une boîte-S peuvent s'exprimer comme des fonctions affines sur un sous-espace bien choisi et sur tous ses translatés. L'analyse de ce type de propriétés a mené à l'amélioration d'une cryptanalyse de la fonction de hachage Hamsi. Enfin, nous avons étudié la résistance contre les attaques par canaux cachés de deux candidats au concours SHA-3 et nous avons proposé des contre-mesures au niveau logiciel.

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Razafindraibe, Alin. "Analyse et amélioration de la logique double rail pour la conception de circuits sécurisés." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00282762.

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Abstract:

Dans le domaine de la conception de circuits sécurisés (cartes à puce) et plus particulièrement des circuits robustes aux attaques différentielles en puissance (DPA), la logique double rail apparaît comme une alternative intéressante à la logique statique CMOS. En effet, le codage associé à ce style de logique offre la possibilité d'équilibrer la consommation rendant ainsi impossible les attaques DPA. Partant de ce constat, dans cette thèse, nous nous sommes focalisés sur l'analyse des atouts et faiblesses de la logique double rail et surtout à son amélioration. Dans un premier temps, nous avons montré qu'un circuit double rail est nettement plus résistant aux attaques DPA que son homologue simple rail. Dans un deuxième temps, après une étude approfondie de l'impact de la synthèse physique sur la robustesse de la logique double rail, nous avons abouti à la conclusion qu'en présence de déséquilibres des capacités de charge, des temps de transition et des temps d'arrivée, les circuits double rail peuvent perdre leur avantage et devenir vulnérables aux attaques DPA. Cette étude a permis de définir quelques métriques de robustesse aux attaques DPA à partir desquelles nous avons clairement établi qu'une cellule double rail n'est robuste que si les signaux la contrôlant arrivent tous dans un intervalle de temps particulièrement réduit. Afin d'éliminer cette faiblesse résiduelle de la logique double rail, nous avons finalement proposé une amélioration simple mais efficace de la logique double rail. La logique résultante a été appelée STTL (Secured Triple Track Logic). La mise en oeuvre de cette logique a permis de montrer que la logique STTL permet d'obtenir des circuits dont les temps de calcul et la consommation sont indépendants des données.

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Chabrier, Thomas. "Arithmetic recodings for ECC cryptoprocessors with protections against side-channel attacks." Phd thesis, Université Rennes 1, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00910879.

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Abstract:

This PhD thesis focuses on the study, the hardware design, the theoretical and practical validation, and eventually the comparison of different arithmetic operators for cryptosystems based on elliptic curves (ECC). Provided solutions must be robust against some side-channel attacks, and efficient at a hardware level (execution speed and area). In the case of ECC, we want to protect the secret key, a large integer, used in the scalar multiplication. Our protection methods use representations of numbers, and behaviour of algorithms to make more difficult some attacks. For instance, we randomly change some representations of manipulated numbers while ensuring that computed values are correct. Redundant representations like signed-digit representation, the double- (DBNS) and multi-base number system (MBNS) have been studied. A proposed method provides an on-the-fly MBNS recoding which operates in parallel to curve-level operations and at very high speed. All recoding techniques have been theoretically validated, simulated extensively in software, and finally implemented in hardware (FPGA and ASIC). A side-channel attack called template attack is also carried out to evaluate the robustness of a cryptosystem using a redundant number representation. Eventually, a study is conducted at the hardware level to provide an ECC cryptosystem with a regular behaviour of computed operations during the scalar multiplication so as to protect against some side-channel attacks.

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Lomne, Victor. "Power and Electro-Magnetic Side-Channel Attacks : threats and countermeasures." Thesis, Montpellier 2, 2010. http://www.theses.fr/2010MON20220.

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Abstract:

En cryptographie classique, un algorithme de chiffrement est considéré comme une boîte noire, et un attaquant n'a accès qu'aux textes clairs et chiffrés. Mais un circuit cryptographique émet aussi des informations sensibles lors d'une opération cryptographique, comme sa consommation de courant ou ses émissions électro-magnétiques. Par conséquent, différentes techniques, appelées attaques par canaux auxiliaires, permettent d'exploiter ces fuites d'informations physiques pour casser des algorithmes cryptographiques avec une complexité très faible en comparaison avec les méthodes de la cryptanalyse classique. Dans ce travail, les attaques par canaux auxiliaires basées sur la consommation de courant ou les émissions électro-magnétiques sont d'abord étudiées d'un point de vue algorithmique, et différentes améliorations sont proposées. Ensuite, une attention particulière est consacrée à l'exploitation du canal auxiliaire électro-magnétique, et un flot de simulation des radiations magnétiques des circuits intégrés est proposé et validé sur deux microcontrôleurs. Finalement, certaines contremesures permettant de protéger les algorithmes de chiffrement contre ces menaces, basées sur des styles de logique équilibrées, sont présentées et évaluées
In cryptography, a cipher is considered as a black-box, and an attacker has only access to plaintexts and ciphertexts. But a real world cryptographic device leaks additionnal sensitive informations during a cryptographic operation, such as power consumption or electro-magnetic radiations. As a result, several techniques, called Side-Channel Attacks, allow exploiting these physical leakages to break ciphers with a very low complexity in comparison with methods of classical cryptanalysis. In this work, power and electro-magnetic Side-Channel Attacks are firstly studied from an algorithmic point-of-view, and some improvements are proposed. Then, a particular attention is given on the exploitation of the electro-magnetic side-channel, and a simulation flow predicting magnetic radiations of ICs is proposed and validated on two microcontrollers. Finally, some countermeasures allowing to protect ciphers against these threats, based on balanced logic styles, are presented and evaluated

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Pamula, Danuta. "Opérateurs arithmétiques sur GF(2^m): étude de compromis performances - consommation - sécurité." Phd thesis, Université Rennes 1, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00767537.

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Abstract:

Dans la cryptographie à clé privée l'arithmétique joue un rôle important. En particulier, l'arithmétique des corps finis doit être très rapide étant donnée la quantité de calculs effectués en nécessitant des ressources limitées (surface de circuit, taille mémoire, consommation d'énergie) mais aussi tout en offrant un bon niveau de robustesse vis à vis des attaques physiques. L'objectif de cette thèse etait d'étudier, comparer, concevoir en matériel et enfin de valider expérimentalement et théoriquement des opérateurs arithmétiques matériels pour la cryptographie sur courbes elliptiques (ECC) sur des extensions du corps fini binaire (GF(2m)) à la fois performants, peu gourmands en énergie et robustes d'un point de sécurité contre les attaques physiques par canaux cachés (p.ex. mesure de la consommation d'énergie). Des travaux effectues aboutissent à la proposition d'opérateurs de multiplication performants (rapides, surface de circuit limitée) dans une architecture modulaire (pouvant être adaptée à des besoins spécifiques sans perte de performance). Les calculs requis par ces opérateurs sont complexes car les éléments du corps sont grands (160-580 bits) et la multiplication s'effectue modulo un polynôme irréductible. En plus la thèse presente des modification et l'optimisation des opérateurs pour les rendre plus robustes à certaines attaques par canaux cachés (de type mesure de consommation) sans perte de performance. Sécurisation d'opérateurs arithmétiques pour ECC au niveau des calculs sur le corps fini est particulièrement intéressant car c'est la première proposition de ce type. Ce travail complète un état de l'art en protections aux niveaux supérieurs (courbes, protocoles).

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Cagli, Eleonora. "Feature Extraction for Side-Channel Attacks." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS295.

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Abstract:

La cryptographie embarquée sur les composants sécurisés peut être vulnérable à des attaques par canaux auxiliaires basées sur l’observation de fuites d’information issues de signaux acquis durant l’exécution de l’algorithme. Aujourd’hui, la présence de nombreuses contremesures peut conduire à l’acquisition de signaux à la fois très bruités, ce qui oblige un attaquant, ou un évaluateur sécuritaire, à utiliser des modèles statistiques, et très larges, ce qui rend difficile l’estimation de tels modèles. Dans cette thèse nous étudions les techniques de réduction de dimension en tant que prétraitement, et plus généralement le problème de l’extraction d’information dans le cas des signaux de grandes dimensions. Les premiers travaux concernent l’application des extracteurs de caractéristiques linéaires classiques en statistiques appliquées, comme l'analyse en composantes principales et l’analyse discriminante linéaire. Nous analysons ensuite une généralisation non linéaire de ce deuxième extracteur qui permet de définir une méthode de prétraitement qui reste efficace en présence de contremesures de masquage. Finalement, en généralisant davantage les modèles d’extractions, nous explorons certaines méthodes d’apprentissage profond pour réduire les prétraitements du signal et extraire de façon automatique l’information du signal brut. En particulier, l’application des réseaux de neurones convolutifs nous permet de mener des attaques qui restent efficaces en présence de désynchronisation
Cryptographic integrated circuits may be vulnerable to attacks based on the observation of information leakages conducted during the cryptographic algorithms' executions, the so-called Side-Channel Attacks. Nowadays the presence of several countermeasures may lead to the acquisition of signals which are at the same time highly noisy, forcing an attacker or a security evaluator to exploit statistical models, and highly multi-dimensional, letting hard the estimation of such models. In this thesis we study preprocessing techniques aiming at reducing the dimension of the measured data, and the more general issue of information extraction from highly multi-dimensional signals. The first works concern the application of classical linear feature extractors, such as Principal Component Analysis and Linear Discriminant Analysis. Then we analyse a non-linear generalisation of the latter extractor, obtained through the application of a « Kernel Trick », in order to let such preprocessing effective in presence of masking countermeasures. Finally, further generalising the extraction models, we explore the deep learning methodology, in order to reduce signal preprocessing and automatically extract sensitive information from rough signal. In particular, the application of the Convolutional Neural Network allows us to perform some attacks that remain effective in presence of signal desynchronisation

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Guillermin, Nicolas. "Implémentation matérielle de coprocesseurs haute performance pour la cryptographie asymétrique." Phd thesis, Université Rennes 1, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00674975.

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Abstract:

Dans cette thèse, je propose des architectures de coprocesseurs haute performance pour implémenter les primitives de cryptographie asymétrique, comme le RSA, les courbes elliptiques ou le couplage. Les coprocesseurs décrits dans cette thèse ont été implémentés dans des FPGA, et présentent des performances jamais égalées auparavant dans la littérature publique sur ce type de technologie. La particularité de ces architectures est l'utilisation du Residue Number System, un mode de représentation alternatif qui utilise les restes chinois pour calculer efficacement les opérations arithmétiques sur les grands nombres. Ces travaux permettent de confirmer expérimentalement les avantages théoriques de ce mode de représentation pour l'arithmétique modulaire, issus de [14, 13, 43]. Au bénéfice théorique que le RNS apporte s'ajoute une forte capacité de parallélisation qui permet d'obtenir des designs réguliers et pipelinés, proposant une fréquence maximale importante tout en réalisant les opérations modulaires dans un nombre très faible de cycles, et ce quelle que soit la taille des nombres. A titre d'exemple, une multiplication scalaire sur une courbe de 160 bits s'effectue en 0.57 ms sur un Altera Stratix, et en 4 ms pour une courbe de 512 bits, là ou les techniques de représentation classiques réalisent la même opération en le double de temps, à technologie équivalente (excepté pour des courbes particulières). Dans le cas du couplage, le gain est encore plus intéressant, puisqu'il a permis une division par 4 de latence de la meilleure implémentation sur corps de grande caractéristique au moment de la publication de [35], et la première implémentation d'un couplage à 128 bits de sécurité sur corps de grande caractéristique à descendre en dessous de la milliseconde. Enfin, je démontre la capacité du RNS à sécuriser une implémentation haute performance, en proposant 2 contre-mesures contre les canaux auxiliaires et les fautes s'adaptant efficacement sur les coprocesseurs et pouvant être utilisées pour toutes les primitives cryptographiques basées sur l'arithmétique modulaire de grands nombres.

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Zijlstra, Timo. "Accélérateurs matériels sécurisés pour la cryptographie post-quantique." Thesis, Lorient, 2020. http://www.theses.fr/2020LORIS564.

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Abstract:

L'algorithme quantique de Shor peut être utilisé pour résoudre le problème de factorisation de grands entiers et le logarithme discret dans certains groupes. La sécurité des protocols cryptographiques à clé publique les plus répandus dépend de l'hypothèse que ces problèmes mathématiques soient difficiles à résoudre. Un ordinateur quantique suffisamment puissant pourrait donc constituer une menace pour la confidentialité et l'authenticité de la communication numérique sécurisée. La cryptographie post-quantique est basée sur des problèmes mathématiques qui sont difficile à résoudre même pour les ordinateurs quantiques, tels que Learning with Errors (LWE) et ses variants RLWE et MLWE. Dans cette thèse, nous présentons et comparons des implantations sur FPGA des algorithmes de chiffrement à clé publique. Nous discutons des compromis entre la sécurité, le temps de calcul et le coût en surface. Les implantations sont parallélisées afin d'obtenir une accélération plus importante. En outre, nous discutons de la sécurité matérielle des implantations, et proposons des protections contre des attaques par canaux auxilliares. Nous considerons des contremesures de l'état de l'art, telles que le masquage et le blindage, et proposons des améliorations à ces algorithmes. Nous proposons également de nouvelles protections basées sur la représentation redondante des nombres et sur des permutations aléatoires des opérations de calcul. Toutes ces protections sont implantées sur FPGA dans le but de comparer leur coût en surface et le surcoût en temps de calcul
Shor's quantum algorithm can be used to efficiently solve the integer factorisation problem and the discrete logarithm in certain groups. The security of the most commonly used public key cryptographic protocols relies on the conjectured hardness of exactly these mathematical problems. A sufficiently large quantum computer could therefore pose a threat to the confidentiality and authenticity of secure digital communication. Post quantum cryptography relies on mathematical problems that are computationally hard for quantum computers, such as Learning with Errors (LWE) and its variants RLWE and MLWE. In this thesis, we present and compare FPGA implementations of LWE, RLWE and MLWE based public key encryption algorithms. We discuss various trade-offs between security, computation time and hardware cost. The implementations are parallelized in order to obtain maximal speed-up. We show that MLWE has the best performance in terms of computation time and area utilization, and can be parallelized more efficiently than RLWE. We also discuss hardware security and propose countermeasures against side channel attacks for RLWE. We consider countermeasures from the state of the art, such as masking and blinding, and propose improvements to these algorithms. Moreover, we propose new countermeasures based on redundant number representation and the random shuffling of operations. All countermeasures are implemented on FPGA to compare their cost and computation time overhead. Our proposed protection based on redundant number representation is particularly flexible, in the sens that it can be implemented for various degrees of protection at various costs

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Maingot, V. "Conception sécurisée contre les attaques par fautes et par canaux cachés." Phd thesis, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00399450.

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Abstract:

L'évolution des besoins en sécurité des applications grand public a entraîné la multiplication du nombre de systèmes sur puces doués de capacités de chiffrement. En parallèle, l'évolution des techniques de cryptanalyse permet d'attaquer les implantations des méthodes de chiffrement utilisées dans ces applications. Cette thèse porte sur le développement d'une méthodologie permettant l'évaluation de la robustesse apportée par des protections intégrées dans le circuit. Cette évaluation est basée d'une part sur l'utilisation de plates-formes laser pour étudier les types de fautes induits dans un prototype de circuit sécurisé ; et d'autre part, sur l'utilisation d'une méthode basée sur des simulations pendant la phase de conception pour comparer l'influence sur les canaux cachés de protections contre les fautes. Cette méthodologie a été utilisée dans un premier temps sur le cas simple d'un registre protégé par redondance d'information, puis sur des primitives cryptographiques telles qu'une S-Box AES et des co-processeurs AES et RSA. Ces deux études ont montré que l'ajout de capacités de détection ou de correction améliore la robustesse du circuit face aux différentes attaques.

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Beyrouthy, T. "Logique programmable asynchrone pour systèmes embarqués sécurisés." Phd thesis, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00481895.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la conception et la validation d'un FPGA dédié à des applications sensibles nécessitant un haut niveau de sécurité et de confidentialité. Les FPGAs usuels présentent de nombreuses failles vis-à-vis de la sécurité : 1- Ils ne permettent pas une implémentation efficace de circuits logiques alternatifs, tels que les circuits asynchrones. 2- Le placement et le routage d'un circuit ne peuvent être complètement maîtrisés pour garantir une conception sécuritaire. 3- Ils ne sont pas protégés contre les attaques par canaux cachés tels que la DPA, l'EMA ou la DFA. Afin de lever ces obstacles technologiques, les travaux entrepris dans cette thèse ont permis de proposer une architecture autorisant la programmation de différents styles de circuits asynchrones, de disposer d'un système de programmation compatible avec les objectifs de sécurité et d'une conception garantissant un haut niveau de protection vis-à-vis des attaques citées ci-dessus. Enfin, une validation matérielle du prototype a permis d'appréhender la pertinence des modèles développés

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Dissertations / Theses on the topic 'Attaques par canaux auxiliaires cachés'

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