Дисертації: "CRYPTOGRAPHI"

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Poschmann, Axel York. "Lightweight cryptography cryptographic engineering for a pervasive world." Berlin Bochum Dülmen London Paris Europ. Univ.-Verl, 2009. http://d-nb.info/996578153/04.

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Almeida, Braga Daniel de. "Cryptography in the wild : the security of cryptographic implementations." Thesis, Rennes 1, 2022. http://www.theses.fr/2022REN1S067.

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Анотація:

Les attaques par canaux auxiliaire sont redoutables face aux implémentations cryptographiques. Malgré les attaques passées, et la prolifération d'outils de vérification, ces attaques affectent encore de nombreuses implémentations. Dans ce manuscrit, nous abordons deux aspects de cette problématique, centrés autour de l'attaque et de la défense. Nous avons dévoilé plusieurs attaques par canaux auxiliaires microarchitecturaux sur des implémentations de protocoles PAKE. En particulier, nous avons exposé des attaques sur Dragonfly, utilisé dans la nouvelle norme Wi-Fi WPA3, et SRP, déployé dans de nombreux logiciel tels que ProtonMail ou Apple HomeKit. Nous avons également exploré le manque d'utilisation par les développeurs d'outil permettant de détecter de telles attaques. Nous avons questionné des personnes impliqués dans différents projets cryptographiques afin d'identifier l'origine de ce manque. De leur réponses, nous avons émis des recommandations. Enfin, dans l'optique de mettre fin à la spirale d'attaques-correction sur les implémentations de Dragonfly, nous avons fournis une implémentation formellement vérifiée de la couche cryptographique du protocole, dont l'exécution est indépendante des secrets
Side-channel attacks are daunting for cryptographic implementations. Despite past attacks, and the proliferation of verification tools, these attacks still affect many implementations. In this manuscript, we address two aspects of this problem, centered around attack and defense. We unveil several microarchitectural side-channel attacks on implementations of PAKE protocols. In particular, we exposed attacks on Dragonfly, used in the new Wi-Fi standard WPA3, and SRP, deployed in many software such as ProtonMail or Apple HomeKit. We also explored the lack of use by developers of tools to detect such attacks. We questioned developers from various cryptographic projects to identify the origin of this lack. From their answers, we issued recommendations. Finally, in order to stop the spiral of attack-patch on Dragonfly implementations, we provide a formally verified implementation of the cryptographic layer of the protocol, whose execution is secret-independent

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Scerri, Guillaume. "Proof of security protocols revisited." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015DENS0002/document.

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Avec la généralisation d'Internet, l'usage des protocoles cryptographiques est devenu omniprésent. Étant donné leur complexité et leur l'aspect critique, une vérification formelle des protocoles cryptographiques est nécessaire.Deux principaux modèles existent pour prouver les protocoles. Le modèle symbolique définit les capacités de l'attaquant comme un ensemble fixe de règles, tandis que le modèle calculatoire interdit seulement a l'attaquant derésoudre certain problèmes difficiles. Le modèle symbolique est très abstrait et permet généralement d'automatiser les preuves, tandis que le modèle calculatoire fournit des garanties plus fortes.Le fossé entre les garanties offertes par ces deux modèles est dû au fait que le modèle symbolique décrit les capacités de l'adversaire alors que le modèle calculatoire décrit ses limitations. En 2012 Bana et Comon ont proposé unnouveau modèle symbolique dans lequel les limitations de l'attaquant sont axiomatisées. De plus, si la sémantique calculatoire des axiomes découle des hypothèses cryptographiques, la sécurité dans ce modèle symbolique fournit desgaranties calculatoires.L'automatisation des preuves dans ce nouveau modèle (et l'élaboration d'axiomes suffisamment généraux pour prouver un grand nombre de protocoles) est une question laissée ouverte par l'article de Bana et Comon. Dans cette thèse nous proposons une procédure de décision efficace pour une large classe d'axiomes. De plus nous avons implémenté cette procédure dans un outil (SCARY). Nos résultats expérimentaux montrent que nos axiomes modélisant la sécurité du chiffrement sont suffisamment généraux pour prouver une large classe de protocoles
With the rise of the Internet the use of cryptographic protocols became ubiquitous. Considering the criticality and complexity of these protocols, there is an important need of formal verification.In order to obtain formal proofs of cryptographic protocols, two main attacker models exist: the symbolic model and the computational model. The symbolic model defines the attacker capabilities as a fixed set of rules. On the other hand, the computational model describes only the attacker's limitations by stating that it may break some hard problems. While the former is quiteabstract and convenient for automating proofs the later offers much stronger guarantees.There is a gap between the guarantees offered by these two models due to the fact the symbolic model defines what the adversary may do while the computational model describes what it may not do. In 2012 Bana and Comon devised a new symbolic model in which the attacker's limitations are axiomatised. In addition provided that the (computational semantics) of the axioms follows from the cryptographic hypotheses, proving security in this symbolic model yields security in the computational model.The possibility of automating proofs in this model (and finding axioms general enough to prove a large class of protocols) was left open in the original paper. In this thesis we provide with an efficient decision procedure for a general class of axioms. In addition we propose a tool (SCARY) implementing this decision procedure. Experimental results of our tool shows that the axioms we designed for modelling security of encryption are general enough to prove a large class of protocols

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Minaud, Brice. "Analyse de primitives cryptographiques récentes." Thesis, Rennes 1, 2016. http://www.theses.fr/2016REN1S066/document.

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Dans cette thèse, nous nous intéressons à la sécurité de quelques primitives cryptographiques récentes, d’abord symétriques puis asymétriques, en passant par le modèle en boîte blanche, qui est à certains égards intermédiaire. Dans un premier temps, nous montrons l’existence de fonctions linéaires non triviales commutant avec la fonction de tour de certains chiffrements par bloc, dont découlent des attaques par auto-similarité et sous-espace invariant. Nous nous intéressons ensuite à la cryptanalyse de la structure ASASA, où deux couches non linéaires S sont imbriquées dans des couches affines A. Notre cryptanalyse structurelle permet de casser des instances de chiffrement symétrique, multivarié et en boîte blanche. En nous concentrant sur le modèle d’incompressibilité en boîte blanche, nous montrons ensuite comment réaliser un chiffrement par bloc et un générateur de clef efficaces dont la sécurité est prouvable. Finalement, du côté purement asymétrique, nous décrivons une attaque polynomiale contre une construction récente d’application multilinéaire
In this thesis, we study the security of some recent cryptographic primitives, both symmetric and asymmetric. Along the way we also consider white-box primitives, which may be regarded as a middle ground between symmetric and asymmetric cryptography. We begin by showing the existence of non-trivial linear maps commuting with the round function of some recent block cipher designs, which give rise to self-similarity and invariant subspace attacks. We then move on to the structural cryptanalysis of ASASA schemes, where nonlinear layers S alternate with affine layers A. Our structural cryptanalysis applies to symmetric, multivariate, as well as white-box instances. Focusing on the white-box model of incompressibility, we then build an efficient block cipher and key generator that offer provable security guarantees. Finally, on the purely asymmetric side, we describe a polynomial attack against a recent multilinear map proposal

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Bultel, Xavier. "Mécanismes de délégation pour les primitives de cryptographie à clé publique." Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2018. http://www.theses.fr/2018CLFAC100.

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Paindavoine, Marie. "Méthodes de calculs sur les données chiffrées." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSE1009/document.

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L'annonce de l'essor du chiffrement des données se heurte à celle de l'avènement du "big data". Il n'est maintenant plus suffisant d'envoyer et de recevoir des données, il faut pouvoir les analyser, les exploiter ou encore les partager à grande échelle. Or, les données à protéger sont de plus en plus nombreuses, notamment avec la prise de conscience de l'impact qu'ont les nouvelles technologies (smartphones, internet of things, cloud,...) sur la vie privée des utilisateurs. En rendant ces données inaccessibles, le chiffrement bloque a priori les fonctionnalités auxquelles les utilisateurs et les fournisseurs de service sont habitués. Pour rétablir ces fonctionnalités, il est nécessaire de savoir calculer des fonctions de données chiffrées, et cette thèse explore plusieurs pistes dans ce sens. Dans une première partie, nous nous intéressons au chiffrement totalement homomorphe qui permet de réaliser des calculs arbitraires sur les données chiffrées. Ce type de chiffrement est cependant particulièrement coûteux, notamment à cause de l'appel souvent nécessaire à une procédure très coûteuse : le réamorçage. Nous prouvons ici que minimiser le nombre de réamorçages est un problème NP-complet et donnons une méthode pratique pour approximer ce minimum. Dans une seconde partie, nous étudions des schémas dédiés à une fonctionnalité donnée. Le premier cas d'usage considéré est celui de la déduplication vérifiable de données chiffrées. Il s'agit pour un serveur de stockage externe d'être assuré qu'il ne conserve qu'un seul exemplaire de chaque fichier, même si ceux-ci sont chiffrés, ce qui lui permet d'optimiser l'usage de ses ressources mémoires. Ensuite, nous proposons un schéma de chiffrement cherchable permettant de détecter des intrusions dans un réseau de télécommunications chiffrés. En effet, le travail d'inspection du réseau par des moteurs d'analyse est actuellement entravé par la croissance du trafic chiffré. Les résultats obtenus permettent ainsi d'assurer la confidentialité des échanges tout en garantissant l'absence d'intrusions malveillantes dans le trafic
Nowadays, encryption and services issued of ``big data" are at odds. Indeed, encryption is about protecting users privacy, while big data is about analyzing users data. Being increasingly concerned about security, users tend to encrypt their sensitive data that are subject to be accessed by other parties, including service providers. This hinders the execution of services requiring some kind of computation on users data, which makes users under obligation to choose between these services or their private life. We address this challenge in this thesis by following two directions.In the first part of this thesis, we study fully homomorphic encryption that makes possible to perform arbitrary computation on encrypted data. However, this kind of encryption is still inefficient, and this is due in part to the frequent execution of a costly procedure throughout evaluation, namely the bootstrapping. Thus, efficiency is inversely proportional to the number of bootstrappings needed to evaluate functions on encrypted data. In this thesis, we prove that finding such a minimum is NP-complete. In addition, we design a new method that efficiently finds a good approximation of it. In the second part, we design schemes that allow a precise functionality. The first one is verifiable deduplication on encrypted data, which allows a server to be sure that it keeps only one copy of each file uploaded, even if the files are encrypted, resulting in an optimization of the storage resources. The second one is intrusion detection over encrypted traffic. Current encryption techniques blinds intrusion detection services, putting the final user at risks. Our results permit to reconcile users' right to privacy and their need of keeping their network clear of all intrusion

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Wen, Weiqiang. "Contributions to the hardness foundations of lattice-based cryptography." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEN070/document.

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La cryptographie sur les réseaux est l’une des approches les plus compétitives pour protéger la confidentialité, dans les applications actuelles et l’ère post-quantique. Le problème central qui sert de fondement de complexité de la cryptographie sur réseaux est Learning with Errors (LWE). Il consiste à résoudre un système d’équations bruité, linéaire et surdéterminé. Ce problème est au moins aussi difficile que les problèmes standards portant sur les réseaux, tels que le décodage à distance bornée (BDD pour Bounded Distance Decoding) et le problème du vecteur le plus court unique (uSVP pour unique Shortest Vector Problem). Tous ces problèmes sont conjecturés difficiles à résoudre, même avec un ordinateur quantique de grande échelle. En particulier, le meilleur algorithme connu pour résoudre ces problèmes, BKZ, est très coûteux. Dans cette thèse, nous étudions les relations de difficulté entre BDD et uSVP, la difficulté quantique de LWE et les performances pratiques de l’algorithme BKZ. Tout d’abord, nous donnons une relation de difficulté plus étroite entre BDD et uSVP. Plus précisément, nous améliorons la réduction de BDD à uSVP d’un facteur √2, comparément à celle de Lyubashevsky et Micciancio. Ensuite, Nous apportons un nouvel élément à la conjecture que LWE est quantiquement difficile. Concrètement, nous considérons une version relâchée de la version quantique du problème du coset dièdral et montrons une équivalence computationnelle entre LWE et ce problème. Enfin, nous proposons un nouveau simulateur pour BKZ. Dans ce dernier travail, nous proposons le premier simulateur probabiliste pour BKZ, qui permet de prévoir le comportement pratique de BKZ très précisément
Lattice-based cryptography is one of the most competitive candidates for protecting privacy, both in current applications and post quantum period. The central problem that serves as the hardness foundation of lattice-based cryptography is called the Learning with Errors (LWE). It asks to solve a noisy equation system, which is linear and over-determined modulo q. Normally, we call LWE problem as an average-case problem as all the coefficients in the equation system are randomly chosen modulo q. The LWE problem is conjectured to be hard even wtih a large scale quantum computer. It is at least as hard as standard problems defined in the lattices, such as Bounded Distance Decoding (BDD) and unique Shortest Vector Problem (uSVP). Finally, the best known algorithm for solving these problems is BKZ, which is very expensive. In this thesis, we study the quantum hardness of LWE, the hardness relations between the underlying problems BDD and uSVP, and the practical performance of the BKZ algorithm. First, we give a strong evidence of quantum hardness of LWE. Concretely, we consider a relaxed version of the quantum version of dihedral coset problem and show an computational equivalence between LWE and this problem. Second, we tighten the hardness relation between BDD and uSVP. More precisely, We improve the reduction from BDD to uSVP by a factor √2, compared to the one by Lyubashevsky and Micciancio. Third, we propose a more precise simulator for BKZ. In the last work, we propose the first probabilistic simulotor for BKZ, which can pridict the practical behavior of BKZ very precisely

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Löken, Nils [Verfasser]. "Cryptography for the crowd : a study of cryptographic schemes with applications to crowd work / Nils Löken." Paderborn : Universitätsbibliothek, 2019. http://d-nb.info/1203205074/34.

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Lambin, Baptiste. "Optimization of core components of block ciphers." Thesis, Rennes 1, 2019. http://www.theses.fr/2019REN1S036/document.

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La sécurité des chiffrements par bloc évolue constamment au fur et à mesure que de nouvelles techniques de cryptanalyse sont découvertes. Lors de la conception de nouveaux chiffrements par bloc, il est donc nécessaire de considérer ces nouvelles techniques dans l'analyse de sécurité. Dans cette thèse, nous montrons comment construire certaines opérations internes des chiffrements par bloc pour améliorer la résistance à certaines attaques. Nous commençons par donner une méthode pour trouver les permutations paires-impaires optimales selon un certain critère pour les Réseaux de Feistel Généralisés. Grâce à une nouvelle caractérisation et à un algorithme efficace, nous sommes notamment capables de résoudre un problème ouvert depuis 10 ans. Nous donnons ensuite de nouvelles techniques de cryptanalyse pour améliorer la division property, qui nous permet également de donner un nouveau critère optimal pour la conception de boîtes-S. Nous continuons avec de nouvelles observations pour un cadencement de clé alternatif pour AES. Ceci nous permet de donner un nouveau cadencement de clé, à la fois plus efficace et augmentant la sécurité face à certaines attaques par rapport à l’original. Pour finir, nous présentons un algorithme général très effiace permettant d’attaquer la majorité des propositions pour la cryptographie en boîte blanche, ainsi qu’une attaque dédiée sur un schéma non attaqué jusque là, donnant lieu à une attaque qui n’a besoin que de quelques secondes pour retrouver la clé
Along with new cryptanalysis techniques, the security of block ciphers is always evolving. When designing new block ciphers, we thus need to consider these new techniques during the security analysis. In this thesis, we show how to build some core operations for block ciphers to improve the security against some attacks. We first start by describing a method to find optimal (according to some criterion) even-odd permutations for a Generalized Feistel Network. Using a new characterization and an efficient algorithm, we are able to solve a 10-years old problem. We then give new cryptanalysis techniques to improve the division property, along with a new proven optimal criterion for designing S-boxes. We continue with new observations for the design of an alternative key-schedule for AES. We thus give a new key-schedule, which is both more efficient and more secure against some attacks compared to the original one. Finally, we describe a very efficient generic algorithm to break most proposals in white-box cryptography, as well as a dedicated attack on a previously not analyzed scheme, leading to a key-recovery attack in a few seconds

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Delaplace, Claire. "Algorithmes d'algèbre linéaire pour la cryptographie." Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1S045/document.

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Dans cette thèse, nous discutons d’aspects algorithmiques de trois différents problèmes, en lien avec la cryptographie. La première partie est consacrée à l’algèbre linéaire creuse. Nous y présentons un nouvel algorithme de pivot de Gauss pour matrices creuses à coefficients exacts, ainsi qu’une nouvelle heuristique de sélection de pivots, qui rend l’entière procédure particulièrement efficace dans certains cas. La deuxième partie porte sur une variante du problème des anniversaires, avec trois listes. Ce problème, que nous appelons problème 3XOR, consiste intuitivement à trouver trois chaînes de caractères uniformément aléatoires de longueur fixée, telles que leur XOR soit la chaîne nulle. Nous discutons des considérations pratiques qui émanent de ce problème et proposons un nouvel algorithme plus rapide à la fois en théorie et en pratique que les précédents. La troisième partie est en lien avec le problème learning with errors (LWE). Ce problème est connu pour être l’un des principaux problèmes difficiles sur lesquels repose la cryptographie à base de réseaux euclidiens. Nous introduisons d’abord un générateur pseudo-aléatoire, basé sur la variante dé-randomisée learning with rounding de LWE, dont le temps d’évaluation est comparable avec celui d’AES. Dans un second temps, nous présentons une variante de LWE sur l’anneau des entiers. Nous montrerons que dans ce cas le problème est facile à résoudre et nous proposons une application intéressante en re-visitant une attaque par canaux auxiliaires contre le schéma de signature BLISS
In this thesis, we discuss algorithmic aspects of three different problems, related to cryptography. The first part is devoted to sparse linear algebra. We present a new Gaussian elimination algorithm for sparse matrices whose coefficients are exact, along with a new pivots selection heuristic, which make the whole procedure particularly efficient in some cases. The second part treats with a variant of the Birthday Problem with three lists. This problem, which we call 3XOR problem, intuitively consists in finding three uniformly random bit-strings of fixed length, such that their XOR is the zero string. We discuss practical considerations arising from this problem, and propose a new algorithm which is faster in theory as well as in practice than previous ones. The third part is related to the learning with errors (LWE) problem. This problem is known for being one of the main hard problems on which lattice-based cryptography relies. We first introduce a pseudorandom generator, based on the de-randomised learning with rounding variant of LWE, whose running time is competitive with AES. Second, we present a variant of LWE over the ring of integers. We show that in this case the problem is easier to solve, and we propose an interesting application, revisiting a side-channel attack against the BLISS signature scheme

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Dugardin, Margaux. "Amélioration d'attaques par canaux auxiliaires sur la cryptographie asymétrique." Thesis, Paris, ENST, 2017. http://www.theses.fr/2017ENST0035/document.

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Depuis les années 90, les attaques par canaux auxiliaires ont remis en cause le niveau de sécurité des algorithmes cryptographiques sur des composants embarqués. En effet, tout composant électronique produit des émanations physiques, telles que le rayonnement électromagnétique, la consommation de courant ou encore le temps d’exécution du calcul. Or il se trouve que ces émanations portent de l’information sur l’évolution de l’état interne. On parle donc de canal auxiliaire, car celui-ci permet à un attaquant avisé de retrouver des secrets cachés dans le composant par l’analyse de la « fuite » involontaire. Cette thèse présente d’une part deux nouvelles attaques ciblant la multiplication modulaire permettant d’attaquer des algorithmes cryptographiques protégés et d’autre part une démonstration formelle du niveau de sécurité d’une contre-mesure. La première attaque vise la multiplication scalaire sur les courbes elliptiques implémentée de façon régulière avec un masquage du scalaire. Cette attaque utilise une unique acquisition sur le composant visé et quelques acquisitions sur un composant similaire pour retrouver le scalaire entier. Une fuite horizontale durant la multiplication de grands nombres a été découverte et permet la détection et la correction d’erreurs afin de retrouver tous les bits du scalaire. La seconde attaque exploite une fuite due à la soustraction conditionnelle finale dans la multiplication modulaire de Montgomery. Une étude statistique de ces soustractions permet de remonter à l’enchaînement des multiplications ce qui met en échec un algorithme régulier dont les données d’entrée sont inconnues et masquées. Pour finir, nous avons prouvé formellement le niveau de sécurité de la contre-mesure contre les attaques par fautes du premier ordre nommée extension modulaire appliquée aux courbes elliptiques
: Since the 1990s, side channel attacks have challenged the security level of cryptographic algorithms on embedded devices. Indeed, each electronic component produces physical emanations, such as the electromagnetic radiation, the power consumption or the execution time. Besides, these emanations reveal some information on the internal state of the computation. A wise attacker can retrieve secret data in the embedded device using the analyzes of the involuntary “leakage”, that is side channel attacks. This thesis focuses on the security evaluation of asymmetric cryptographic algorithm such as RSA and ECC. In these algorithms, the main leakages are observed on the modular multiplication. This thesis presents two attacks targeting the modular multiplication in protected algorithms, and a formal demonstration of security level of a countermeasure named modular extension. A first attack is against scalar multiplication on elliptic curve implemented with a regular algorithm and scalar blinding. This attack uses a unique acquisition on the targeted device and few acquisitionson another similar device to retrieve the whole scalar. A horizontal leakage during the modular multiplication over large numbers allows to detect and correct easily an error bit in the scalar. A second attack exploits the final subtraction at the end of Montgomery modular multiplication. By studying the dependency of consecutive multiplications, we can exploit the information of presence or absence of final subtraction in order to defeat two protections : regular algorithm and blinding input values. Finally, we prove formally the security level of modular extension against first order fault attacks applied on elliptic curves cryptography

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Koussa, Eliane. "Analysis and design of post-quantum cryptographic algorithms : PKP-based signature scheme and ultra-short multivariate signatures." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASG027.

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La construction d’un ordinateur quantique remettrait en cause la plupart des schémas à clef publique utilisés aujourd’hui. Par conséquent, il existe actuellement un effort de recherche important pour développer de nouveauxschémas cryptographiques post-quantique. En particulier, nous nous intéressons aux schémas post-quantiques dont la sécurité repose sur la dureté de la résolution de certains problèmes mathématiques tels que le problème PKP et leproblème HFE. Ce travail étudie d’abord la complexité de PKP. Et après une analyse approfondie des attaques connus sur PKP, nous avons pu mettre à jour certains résultats qui n’étaient pas précis, et fournir une formule de complexité explicite qui nous permet d’identifier les instances difficilesde ce problème et de donner des ensembles de paramètres sécurisés. PKP a été utilisé en 1989 pour développer le premier schéma d’identification à divulgation nulle de connaissance (ZK-IDS) qui a une implémentation efficace sur les cartes à puce. Dans un deuxième temps, nous optimisons le ZK-IDS basé sur PKP, puis nous introduisons PKP-DSS: un schéma de signature digitale basé sur PKP.Nous construisons PKP-DSS à partir du ZK-IDS basé sur PKP en utilisant la transformation Fiat-Shamir (FS) traditionnelle qui convertit les schémas d’identification en schémas de signature. Nous développons une implémentation àtemps constant de PKP-DSS. Il semble que notre schéma soit très compétitif par rapport aux autres schémas de signature FS post-quantiques. Étant donné que PKP est un problème NP-Complet et qu’il n’y a pas d’attaques quantiquesconnues pour résoudre PKP nettement mieux que les attaques classiques, nous pensons que notre schéma est post-quantique.D’autre part, nous étudions les schémas de signature à clé publique de type multivariés qui fournissent des signatures ultra-courtes. Nous analysons d’abord les attaques les plus connues contre les signatures multivariées, puis nous définissons les paramètres minimaux permettant une signatureultra-courte. Nous présentons également de nouveaux modes d’opérations spécifiques afin d’éviter des attaques particulières. Deuxièmement, nous fournissons divers exemples explicites de schémas de signature ultra-courts,pour plusieurs niveaux de sécurité classique, qui sont basés sur des variantes de HFE sur différents corps finis
The construction of large quantum computers would endanger most of the public-key cryptographic schemes in use today. Therefore, there is currently a large research effort to develop new post-quantum secure schemes. In particular, we are interested in post-quantum cryptographic schemes whose security relies on the hardness of solving some mathematical problems such as thePermuted Kernel Problem (PKP) and the Hidden Field Equations (HFE). This work investigates first the complexity of PKP. And after a thorough analysis of the State-of-theart attacks of PKP, we have been able to update some results that were not accurate, and to provide an explicit complexity formula which allows us to identify hard instances and secure sets of parameters of this problem. PKP was used in 1989 to develop the first Zero-Knowledge Identification Scheme (ZK-IDS) that has an efficient implementation on low-cost smart cards. In a second step, we optimize the PKP-based ZK-IDS and then we introduce PKP-DSS:a Digital Signature Scheme based on PKP. We construct PKP-DSS from the ZK-IDS based on PKP by using the traditional Fiat-Shamir (FS) transform that converts Identification schemes into Signature schemes. We develop a constant time implementation of PKP-DSS. It appears that our scheme is very competitive with other post-quantum FS signature schemes. Since that PKP is an NP-Complete problem and since there are no known quantum attacks for solving PKP significantly better than classical attacks, we believe that our scheme is post-quantum secure. On the other hand, we study multivariate public-key signature schemes that provide“ultra”-short signatures. We first analyze the most known attacks against multivariate signatures, and then define the minimal parameters that allow ultra-short signature. We also design some specific newmodes of operations in order to avoid particular attacks.Second, we provide various explicit examples of ultra-short signature schemes that are based on variants of HFE. We present parameters for several level of classical security: 80, 90, 100 bits in addition to 128, 192, and 256 bits; foreach level, we propose different choices of finite fields

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Kosek, Amy. "An Exploration of Mathematical Applications in Cryptography." The Ohio State University, 2015. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1428944810.

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Bost, Raphaël. "Algorithmes de recherche sur bases de données chiffrées." Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1S001/document.

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La recherche sur les bases de données chiffrées vise à rendre efficace une tâche apparemment simple : déléguer le stockage de données à un serveur qui ne serait pas de confiance, tout en conservant des fonctionnalités de recherche. Avec le développement des services de stockage dans le Cloud, destinés aussi bien aux entreprises qu'aux individus, la mise au point de solutions efficaces à ce problème est essentielle pour permettre leur déploiement à large échelle. Le principal problème de la recherche sur bases de données chiffrées est qu'un schéma avec une sécurité ''parfaite'' implique un surcoût en termes de calcul et de communication qui serait inacceptable pour des fournisseurs de services sur le Cloud ou pour les utilisateurs - tout du moins avec les technologies actuelles. Cette thèse propose et étudie de nouvelles notions de sécurité et de nouvelles constructions de bases de données chiffrées permettant des recherches efficaces et sûres. En particulier, nous considérons la confidentialité persistante et la confidentialité future de ces bases de données, ce que ces notions impliquent en termes de sécurité et d'efficacité, et comment les réaliser. Ensuite, nous montrons comment protéger les utilisateurs de bases de données chiffrées contre des attaques actives de la part du serveur hébergeant la base, et que ces protections ont un coût inévitable. Enfin, nous étudions les attaques existantes contre ces bases de données chiffrées et comment les éviter
Searchable encryption aims at making efficient a seemingly easy task: outsourcing the storage of a database to an untrusted server, while keeping search features. With the development of Cloud storage services, for both private individuals and businesses, efficiency of searchable encryption became crucial: inefficient constructions would not be deployed on a large scale because they would not be usable. The key problem with searchable encryption is that any construction achieving ''perfect security'' induces a computational or a communicational overhead that is unacceptable for the providers or for the users --- at least with current techniques and by today's standards. This thesis proposes and studies new security notions and new constructions of searchable encryption, aiming at making it more efficient and more secure. In particular, we start by considering the forward and backward privacy of searchable encryption schemes, what it implies in terms of security and efficiency, and how we can realize them. Then, we show how to protect an encrypted database user against active attacks by the Cloud provider, and that such protections have an inherent efficiency cost. Finally, we take a look at existing attacks against searchable encryption, and explain how we might thwart them

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Vial, prado Francisco. "Contributions to design and analysis of Fully Homomorphic Encryption schemes." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLV107/document.

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Les schémas de Chiffrement Complètement Homomorphe (FHE) permettent de manipuler des données chiffrées avec grande flexibilité : ils rendent possible l'évaluation de fonctions à travers les couches de chiffrement. Depuis la découverte du premier schéma FHE en 2009 par Craig Gentry, maintes recherches ont été effectuées pour améliorer l'efficacité, atteindre des nouveaux niveaux de sécurité, et trouver des applications et liens avec d'autres domaines de la cryptographie. Dans cette thèse, nous avons étudié en détail ce type de schémas. Nos contributions font état d'une nouvelle attaque de récuperation des clés au premier schéma FHE, et d'une nouvelle notion de sécurité en structures hierarchiques, évitant une forme de trahison entre les usagers tout en gardant la flexibilité FHE. Enfin, on décrit aussi des implémentations informatiques. Cette recherche a été effectuée au sein du Laboratoire de Mathématiques de Versailles avec le Prof. Louis Goubin
Fully Homomorphic Encryption schemes allow public processing of encrypted data. Since the groundbreaking discovery of the first FHE scheme in 2009 by Craig Gentry, an impressive amount of research has been conducted to improve efficiency, achieve new levels of security, and describe real applications and connections to other areas of cryptography. In this Dissertation, we first give a detailed account on research these past years. Our contributions include a key-recovery attack on the ideal lattices FHE scheme and a new conception of hierarchic encryption, avoiding at some extent betrayal between users while maintaining the flexibility of FHE. We also describe some implementations. This research was done in the Laboratoire de Mathématiques de Versailles, under supervision of Prof. Louis Goubin

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Lashermes, Ronan. "Etude de la sécurité des implémentations de couplage." Thesis, Versailles-St Quentin en Yvelines, 2014. http://www.theses.fr/2014VERS0021/document.

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Les couplages sont des algorithmes cryptographiques qui permettent de nouveaux protocoles de cryptographie à clé publique. Après une décennie de recherches sur des implémentations efficaces, ce qui permet maintenant d’exécuter un couplage en un temps raisonnable, nous nous sommes concentrés sur la sécurité de ces mêmes implémentations.Pour cela nous avons évalué la résistance des algorithmes de couplage contre les attaques en faute. Nous avons envoyé des impulsions électromagnétiques sur la puce calculant le couplage à des moments choisis. Cela nous a permis de remonter au secret cryptographique qu’est censé protéger l’algorithme de couplage. Cette étude fut à la fois théorique et pratique avec la mise en œuvre d’attaques en faute. Finalement, des contremesures ont été proposées pour pouvoir protéger l’algorithme dans le futur
Pairings are cryptographic algorithms allowing new protocols for public-key cryptography. After a decade of research which led to a dramatic improvement of the computation speed of pairings, we focused on the security of pairing implementations.For that purpose, we evaluated the resistance to fault attacks. We have sent electromagnetic pulses in the chip computing a pairing at a precise instant. It allowed us to recover the cryptographic secret which should be protected in the computation. Our study was both theoretical and practical; we did implement actual fault attacks. Finally, we proposed countermeasures in order to protect the algorithm in the future

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Zuber, Martin. "Contributions to data confidentiality in machine learning by means of homomorphic encryption." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASG048.

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L’objectif de mes travaux tout au long de cette thèse a été de permettre à des algorithmes complexes d’apprentissage machine de pouvoir être appliqués (lors de leur phase d’inférence) sur des données dont la confidentialité est préservée. Un contexte d’application est l’envoi de données sur un serveur distant sur lequel un algorithme est évalué. Selon les cas, pour des raisons éthiques, légales ou commerciales, la confidentialité des données qui sont envoyées doit pouvoir être respectée. Il est possible pour cela de désigner des autorités en lesquels tous les acteurs du protocole peuvent avoir confiance. Pourquoi accorder à des entités un tel niveau de confiance dans des cas où la confidentialité des données d’un utilisateur est essentielle ? La cryptographie offre en effet des alternatives, dont le chiffrement totalement homomorphe.Le chiffrement homomorphe permet, en théorie, l’évaluation de n’importe quelle fonction dans le domaine chiffré. Son utilisation peut donc être imaginée dans le cas ou un utilisateur envoie des données chiffrées sur un serveur distant qui détient un algorithme puissant d’apprentissage machine. La phase d’inférence de cet algorithme est alors effectuée sur donnes chiffrées et le résultat est renvoyé à l’utilisateur pour déchiffrement. La cryptographie propose d’autre méthodes de calcul sur données chiffrées qui sont présentées succinctement dans le manuscrit. Pour faire court, la particularité du chiffrement homomorphe est qu’il ne nécessite aucune interaction entre l’utilisateur et le serveur. Dans ma thèse, je présente trois principaux algorithmes d’apprentissage machine sécurisés : une évaluation sur données et modèle chiffrés d’un réseau de neurone récursif et discret, le réseau de Hopfield ; une reconnaissance de locuteur sur modèle chiffré pour un réseau autoencodeur, le système VGGVox; une évaluation sur données chiffrées d’un classifieur des k plus proches voisins (ou classifieur k-NN). Notamment, notre classifieur k-NN sécurisé est le premier tel algorithme évalué de manière totalement homomorphe. Nos travaux ouvrent de nombreuses perspectives, notamment dans le domaine de l’apprentissage collaboratif sécurisé
We aim to provide a set tools allowing for machine learning algorithms to yield their intended results while ensuring confidentiality properties are achieved for the underlying data. This can be achieved through regulatory measures such as prohibiting the use of a sensitive database in certain cases and restricting its access to certain law enforcement agencies. The fundamental reason for the existence of our work - and every other work like it - is the following: why trust that an outside entity will not misuse personal data when you can have assurances of that fact ? This applies both in the case of a private company that may use/sell your data for profit, legally or illegally. It also applies to use by a government which may or may not have the proper safeguards against abuse, as well as the proper security for data storage and access. In our case, we provide such confidentiality properties though the use of Fully Homomorphic Encryption (FHE). Precisely, most of our work focuses on finding new algorithms for secure outsourced machine learning evaluation using FHE. While other privacy and confidentiality preserving methods are touched upon briefly, we focused our research on homomorphic encryption and strive to explain our choice and its general context. We present three main novel secure machine learning applications: a confidentiality-preserving recursive discrete neural network; a model-confidential embedding-based neural network; a confidentiality-preserving k-NN classifier. Notably, our secure k-NN classifier is the only such algorithm in the literature obtaining a result noninteractively. We evaluate the accuracy and efficiency of these three applications on real-world machine learning problems. We show that our secure schemes compare very favorably to their non-secure counterparts in terms of accuracy, while still running in realistic time. Beyond these schemes themselves, this thesis promotes a specific research direction for secure machine learning. We argue for less (though still some) focus on deep convolutional neural networks and show that looking at somewhat lesser known machine learning algorithms can yield promising results

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Bert, Pauline. "Signatures reposant sur les réseaux euclidiens : de la construction à l'implémentation." Thesis, Rennes 1, 2019. http://www.theses.fr/2019REN1S126.

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La cryptographie reposant sur les réseaux euclidiens est l'un des axes principaux pour construire des primitives à clef publique post-quantiques. Dans cette thèse, nous discutons de la construction de signatures numériques et de leur implémentation. Nous commençons par décrire une transformation de type Fiat-Shamir qui à partir d'un schéma d'identification qui utilise de l'échantillonnage par rejets permet de construire une signature prouvée dans le modèle de l'oracle aléatoire. Ensuite, nous décrivons un schéma de chiffrement basé sur l'identité et nous prouvons sa sécurité dans le modèle standard. Un schéma de chiffrement basé sur l'identité correspond à un chiffrement à clef publique classique pour lequel la clef publique d'un utilisateur est simplement son identité, comme par exemple son adresse mail ou son numéro de sécurité sociale. Un utilisateur contacte ensuite un tiers de confiance pour récupérer une clef secrète associée à son identité. Dans notre construction, cette clef secrète consiste essentiellement en une signature de l'identité de l'utilisateur. Nous décrivons également cette construction de signature numérique associée à notre chiffrement basé sur l'identité. Pour finir, nous présentons des résultats d'implémentation de ces deux schémas et comment nous avons choisi des paramètres concrets
Lattice-based cryptography is one of the major line of research to build post-quantum public key primitives. In this thesis, we discuss about digital signatures constructions and their implementation. We first describe a Fiat-Shamir transformation from an identification scheme using rejection sampling to a digital signature secure in the random oracle model. Then we describe an identity-based encryption scheme and we prove its security in the standard model. An identity-based encryption scheme is like a classical public key where the public key is the identity of a user such as its email address or its social security number. A user contacts a third trusted party to get a secret key associated to its identity. In our construction, a secret key consists essentially in a signature of the identity of the user. We also describe this underlying digital signature scheme associated to our identity based encryption scheme. Finally, we present implementation results of these two schemes and how we choose concrete parameters

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Connolly, Aisling. "Try Again. Fail Again. Fail Better : New notions of security, broken assumptions, and increased efficiency in cryptography." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEE034.

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Cette thèse présente des résultats nouveaux portant sur trois domaines fondamentaux de la cryptographie : les propriétés de sécurité, les hypothèses cryptographiques, et l’efficacité algorithmique. La première partie s’intéresse à la sécurité des primitives symétriques. Nous introduisons une nouvelle propriété de sécurité correspondant à la plus forte sécurité pour les primitives symétriques prouvées sûres dans le modèle de l’oracle aléatoire. Les attaques par clé corrélées capturent les scénarios dans lesquels toutes les entrées (clés, messages, et éventuellement nonces et en-têtes) sont corrélées avec la clé secrète. Sous des hypothèses relativement faibles nous prouvons la sécurité contre les attaques par clé corrélées pour les algorithmes de chiffrement par bloc, et montrons que trois tours d’Even-Mansour sont nécessaires pour cela. Nous étendons ensuite les attaques par clés corrélées au chiffrement authentifié basé sur les nonces, et fournissons une transformation en boîte noire qui, partant d’un chiffrement authentifié à utilisateurs multiples, donne un chiffrement authentifié démontré résistant aux attaques par clés corrélées dans le modèle de l’oracle aléatoire. Nous établissons les relations et séparations avec les notions déjà existantes (sécurité contre les attaques par clés apparentées et par message dépendant de la clé) pour montrer que la sécurité contre les attaques par clé corrélées est strictement plus forte, et implique les autres. La partie suivante porte sur la cryptographie à clé publique, et analyse les hypothèses sous-jacentes au nouveau cryptosystème introduit dans AJPS17. La cryptanalyse de cette hypothèse, reposant sur l’arithmétique modulo un premier de Mersenne, nous permet de reconstruire la clé secrète à partir de la clé publique uniquement. Nous proposons alors une variante de ce système à clé publique, fondée sur une modification de l’hypothèse précédente, résistant aux attaques connues (classiques et quantiques). La dernière partie aborde l’efficacité algorithmique du schéma de signature de Schnorr. En mettant à profit la structure de groupe nous pouvons tirer parti du nonce pour produire un lot de signatures. Combinant ceci avec des méthodes de pré-calcul nous permet de rendre plus efficace l’algorithme de signature de Schnorr. La sécurité est préservée sous une hypothèse nouvelle, dont on montre qu’elle est vraie dans le modèle du groupe générique
This thesis presents new results addressing three fundamental areas of cryptography: security notions, assumptions, and efficiency. The first part encompasses the security of symmetric primitives. We give a new security notion that provides the strongest security for symmetric primitives proven in the random oracle model (ROM). Key-correlated attacks (KCA) model the scenario where all inputs (keys, messages, and possibly nonces and headers) are correlated with the secret key. Under mild assumptions, we prove KCA security of blockciphers, and show that 3-rounds of Even-Mansour are necessary to achieve this. Then, we define a KCA-security notion for nonce-based authenticated encryption (AE), and provide a black-box transformation that turns a multiuser-secure AE into an AE scheme that is provably KCA secure in the ROM. We show relations and separations with older notions (related-key and key-dependent message security) to show that security under KCA is strictly stronger, and implies the others. The next part turns to public-key cryptography, and analyses the assumptions underlying the new public-key cryptosystem of AJPS17. Cryptanalysis of their assumption, based on arithmetic modulo a Mersenne prime, allowed us to reconstruct the secret key, given only the public key. Based on a modified version of the assumption, we propose a variant post-quantum secure public-key cryptosystem. The last part turns to efficiency, and studies the Schnorr Signature scheme. Exploiting the group structure we can generate multiple nonces (instead of just one) with which we can then generate a batch of signatures. This, together with some preprocessing tricks, allow us to increase efficiency of Schnorr signature generation. Security is maintained under a new assumption shown intractable in the Generic Group Model

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Landais, Gregory. "Mise en oeuvre de cryptosystèmes basés sur les codes correcteurs d'erreurs et de leurs cryptanalyses." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066602/document.

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Cette thèse porte sur les problèmes algorithmiques qui apparaissent lorsque l'on souhaite mettre en œuvre un cryptosystème basé sur un code correcteur d'erreur ou bien une cryptanalyse d'un tel système. L'intérêt de ces système provient de leur excellente complexité algorithmique, meilleure de plusieurs ordres de grandeurs en termes de complexité que les schémas à clé publique traditionnels. Ils fournissent également une alternative crédible aux systèmes actuels qui pour la plupart se repose sur la théorie des nombres et sur le problème de la factorisation et celui du logarithme discret. Outre l'absence de preuve mathématique de la réelle difficulté de ces problèmes, P. Shor a montré que ces deux problèmes pouvaient être résolus en temps polynomial dans le modèle de l’ordinateur quantique. Cet ordinateur quantique est encore loin d'être fonctionnel mais il faudra, le jour venu, disposer d'alternatives de confiance et disposant de mises en œuvre performantes
This thesis is about algorithmic problems arising when someone wants to implement a cryptosystem based on error correcting codes or a cryptanalysis of such a system. The benefits of these systems come from their excellent algorithmic complexity, better of several orders than the classical public key schemes. They also bring a credible alternative to the current systems that for most of them rely on number theory and on the problems of factorisation and discrete logarithm. P.Shor showed that these two problems could be solved in polynomial time in the quantum computer model. This computer is far from being operational but we will need alternatives we can trust and that have efficient implementations

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Roux-Langlois, Adeline. "Lattice - Based Cryptography - Security Foundations and Constructions." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2014. http://www.theses.fr/2014ENSL0940/document.

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La cryptographie reposant sur les réseaux Euclidiens est une branche récente de la cryptographie dans laquelle la sécurité des primitives repose sur la difficulté présumée de certains problèmes bien connus dans les réseaux Euclidiens. Le principe de ces preuves est de montrer que réussir une attaque contre une primitive est au moins aussi difficile que de résoudre un problème particulier, comme le problème Learning With Errors (LWE) ou le problème Small Integer Solution (SIS). En montrant que ces problèmes sont au moins aussi difficiles à résoudre qu'un problème difficile portant sur les réseaux, présumé insoluble en temps polynomial, on en conclu que les primitives construites sont sûres. Nous avons travaillé sur l'amélioration de la sécurité et des constructions de primitives cryptographiques. Nous avons étudié la difficulté des problèmes SIS et LWE et de leurs variantes structurées sur les anneaux d'entiers de corps cyclotomiques, et les modules libres sur ceux-ci. Nous avons montré d'une part qu'il existe une preuve de difficulté classique pour le problème LWE (la réduction existante de Regev en 2005 était quantique), d'autre part que les variantes sur les modules sont elles-aussi difficiles. Nous avons aussi proposé deux nouvelles variantes de signatures de groupe dont la sécurité repose sur SIS et LWE. L'une est la première reposant sur les réseaux et ayant une taille et une complexité poly-logarithmique en le nombre d'utilisateurs. La seconde construction permet de plus la révocation d'un membre du groupe. Enfin, nous avons amélioré la taille de certains paramètres dans le travail sur les applications multilinéaires cryptographiques de Garg, Gentry et Halevi
Lattice-based cryptography is a branch of cryptography exploiting the presumed hardness of some well-known problems on lattices. Its main advantages are its simplicity, efficiency, and apparent security against quantum computers. The principle of the security proofs in lattice-based cryptography is to show that attacking a given scheme is at least as hard as solving a particular problem, as the Learning with Errors problem (LWE) or the Small Integer Solution problem (SIS). Then, by showing that those two problems are at least as hard to solve than a hard problem on lattices, presumed polynomial time intractable, we conclude that the constructed scheme is secure.In this thesis, we improve the foundation of the security proofs and build new cryptographic schemes. We study the hardness of the SIS and LWE problems, and of some of their variants on integer rings of cyclotomic fields and on modules on those rings. We show that there is a classical hardness proof for the LWE problem (Regev's prior reduction was quantum), and that the module variants of SIS and LWE are also hard to solve. We also give two new lattice-based group signature schemes, with security based on SIS and LWE. One is the first lattice-based group signature with logarithmic signature size in the number of users. And the other construction allows another functionality, verifier-local revocation. Finally, we improve the size of some parameters in the work on cryptographic multilinear maps of Garg, Gentry and Halevi in 2013

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Dold, Florian. "The GNU Taler system : practical and provably secure electronic payments." Thesis, Rennes 1, 2019. http://www.theses.fr/2019REN1S008/document.

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Les nouveaux protocoles de réseautage et cryptographiques peuvent considérablement améliorer les systèmes de paiement électroniques en ligne. Le présent mémoire porte sur la conception, la mise en œuvre et l’analyse sécuritaire du GNU Taler, un système de paiement respectueux de la vie privée conçu pour être pratique pour l’utilisation en ligne comme méthode de (micro-)paiement, et en même temps socialement et moralement responsable. La base technique du GNU Taler peut être dû à l’e-cash de David Chaum. Notre travail va au-delà de l’e-cash de Chaum avec un changement efficace, et la nouvelle notion de transparence des revenus garantissant que les marchands ne peuvent recevoir de manière fiable un paiement d’un payeur non fiable que lorsque leurs revenus du paiement est visible aux autorités fiscales. La transparence des revenus est obtenue grâce à l’introduction d’un protocole d’actualisation donnant lieu à un changement anonyme pour un jeton partiellement dépensé sans avoir besoin de l’introduction d’une évasion fiscale échappatoire. De plus, nous démontrons la sécurité prouvable de la transparence anonyme de nos revenus e-cash, qui concerne en plus l’anonymat habituel et les propriétés infalsifiables de l’e-cash, ainsi que la conservation formelle des fonds et la transparence des revenus. Notre mise en œuvre du GNU Taler est utilisable par des utilisateurs non-experts et s’intègre à l’architecture du web moderne. Notre plateforme de paiement aborde une série de questions pratiques telles que la prodigue des conseils aux clients, le mode de remboursement, l’intégration avec les banques et les chèques “know-your-customer (KYC)”, ainsi que les exigences de sécurité et de fiabilité de la plateforme web. Sur une seule machine, nous réalisons des taux d’opérations qui rivalisent avec ceux des processeurs de cartes de crédit commerciaux globaux. Pendant que les crypto-monnaies basées sur la preuve de travail à l’instar de Bitcoin doivent encore être mises à l’échelle pour servir de substituant aux systèmes de paiement établis, d’autres systèmes plus efficaces basés sur les Blockchains avec des algorithmes de consensus plus classiques pourraient avoir des applications prometteurs dans le secteur financier. Nous faisons dans la conception, la mise en œuvre et l’analyse de la Byzantine Set Union Consensus, un protocole de Byzantine consensus qui s’accorde sur un (Super-)ensemble d’éléments à la fois, au lieu d’accepter en séquence les éléments individuels sur un ensemble. Byzantine Set consensus peut être utilisé comme composante de base pour des chaînes de blocs de permissions, où (à l’instar du style Nakamoto consensus) des blocs entiers d’opérations sont convenus à la fois d’augmenter le taux d’opération
We describe the design and implementation of GNU Taler, an electronic payment system based on an extension of Chaumian online e-cash with efficient change. In addition to anonymity for customers, it provides the novel notion of income transparency, which guarantees that merchants can reliably receive a payment from an untrusted payer only when their income from the payment is visible to tax authorities. Income transparency is achieved by the introduction of a refresh protocol, which gives anonymous change for a partially spent coin without introducing a tax evasion loophole. In addition to income transparency, the refresh protocol can be used to implement Camenisch-style atomic swaps, and to preserve anonymity in the presence of protocol aborts and crash faults with data loss by participants. Furthermore, we show the provable security of our income-transparent anonymous e-cash, which, in addition to the usual anonymity and unforgeability proper- ties of e-cash, also formally models conservation of funds and income transparency. Our implementation of GNU Taler is usable by non-expert users and integrates with the modern Web architecture. Our payment platform addresses a range of practical issues, such as tipping customers, providing refunds, integrating with banks and know-your-customer (KYC) checks, as well as Web platform security and reliability requirements. On a single machine, we achieve transaction rates that rival those of global, commercial credit card processors. We increase the robustness of the exchange—the component that keeps bank money in escrow in exchange for e-cash—by adding an auditor component, which verifies the correct operation of the system and allows to detect a compromise or misbehavior of the exchange early. Just like bank accounts have reason to exist besides bank notes, e-cash only serves as part of a whole payment system stack. Distributed ledgers have recently gained immense popularity as potential replacement for parts of the traditional financial industry. While cryptocurrencies based on proof-of-work such as Bitcoin have yet to scale to be useful as a replacement for established payment systems, other more efficient systems based on Blockchains with more classical consensus algorithms might still have promising applications in the financial industry. We design, implement and analyze the performance of Byzantine Set Union Consensus (BSC), a Byzantine consensus protocol that agrees on a (super-)set of elements at once, instead of sequentially agreeing on the individual elements of a set. While BSC is interesting in itself, it can also be used as a building block for permissioned Blockchains, where—just like in Nakamoto-style consensus—whole blocks of transactions are agreed upon at once, increasing the transaction rate

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Cauchois, Victor. "Couches de diffusion linéaires à partir de matrices MDS." Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1S077/document.

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Cette thèse s’intéresse à deux aspects de la cryptologie symétrique liés à l’utilisation de matrices MDS dans les couches de diffusion linéaires de primitives. Une première partie se fonde sur les conceptions de couches de diffusion linéaires de schémas de chiffrement symétrique à partir de matrices MDS. Les associations entre matrices récursives, respectivement circulantes, et polynômes sont calquées pour construire de nouvelles associations entre d’autres structures de matrices et des éléments d’anneaux de polynômes non commutatifs de Ore. À l’instar des matrices récursives et circulantes, ces structures bénéficient d’implémentations matérielles légères. Des codes de Gabidulin dérivent des méthodes de construction directe de telles matrices, optimales en termes de diffusion, proches d’involutions pour l’implémentation. La seconde partie développe une attaque par différenciation de permutations dont l’architecture s’inspire de l’AES. L’utilisation d’une couche de diffusion linéaire locale avec une matrice MDS induit une description macroscopique de la propagation de valeurs de différences à travers les étapes du chiffrement. Des chemins différentiels tronqués apparaissent, qui servent de point de départ à la conception d’attaques rebond. Les travaux présentés généralisent les attaques rebond connues à l’exploitation de chemins différentiels tronqués structurés non issus d’avalanches libres. Cette structure permet de ne pas consommer tous les degrés de libertés au cours d’une seule étape algorithmique mais de les répartir en trois étapes. Une attaque sur 11 tours d’une permutation de Grostl-512 est alors déployée
This thesis focuses on two aspects of symmetric cryptology related to the use of MDS matrices as building blocks of linear layers for symmetric primitives. A first part handles designs of linear layers for symmetric ciphers based upon MDS matrices. Associations between recursive, respectively circulant, matrices and polynomials are reproduced between other matrix structures and elements in non-commutative polynomial rings of Ore. As for recursive and circulant matrices, those structures come along with lightweight hardware implementations. From Gabidulin codes are derived direct constructions of MDS matrices with properties close to involution from hardware perspectives. The second part is about distinguishing attacks on an exemple of AES-like permutations. The use of some MDS matrix to build the linear layer induces a macroscopic description of differential trails through the different steps of the algorithm computing the permutation. Truncated differential path appears, from which rebound attack are built. Original work here generalizes rebound attack applied on permutations of GROSTL-512 from structured differential path not raised from free propagations of differences. This structure allows not to consume all degrees of freedom in a simple algorithmic step but to divide this comsumption into three algorithmic steps. An attack of a reduced-round version with 11 rounds of one permutation of GROSTL-512 can then be mounted

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Daubignard, Marion. "Formalisation de preuves de sécurité concrète." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00721776.

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Cette thèse se propose de remédier à l'absence de formalisme dédié aux preuves de sécurité concrète à travers 3 contributions. Nous présentons d'abord la logique CIL (Computational Indistinguishability Logic), qui permet de raisonner sur les systèmes cryptographiques. Elle contient un petit nombre de règles qui correspondent aux raisonnements souvent utilisés dans les preuves. Leur formalisation est basée sur des outils classiques comme les contextes ou les bisimulations. Deuxièmement, pour plus d'automatisation des preuves, nous avons conçu une logique de Hoare dédiée aux chiffrement asymétrique dans le modèle de l'oracle aléatoire. Elle est appliquée avec succès sur des exemples de schémas existants. Enfin, nous proposons un théorème générique de réduction pour la preuve d'indifférentiabilité d'un oracle aléatoire de fonctions de hachage cryptographiques. La preuve du théorème, formalisée en CIL, en démontre l'applicabilité. Les exemples de Keccak et Chop-Merkle-Damgard illustrent ce résultat.

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Thomas, Gael. "Design et Analyse de sécurité pour les constructions en cryptographie symétrique." Thesis, Limoges, 2015. http://www.theses.fr/2015LIMO0042/document.

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Les travaux réalisés au cours de cette thèse se situent au carrefour de la cryptographie symétrique et du monde des environnements contraints. Le but de cette cryptographie, dite cryptographie à bas coût, est de fournir et d'évaluer des algorithmes symétriques pouvant être implémentés sur des systèmes très limités en ressources. Les contributions de cette thèse portent d'une part sur l'évaluation de la sécurité des registres à décalage à rétroaction avec retenue (FCSR) face à de nouvelles attaques et d'autre part sur une vision unifiée des différents schémas de Feistel généralisés (GFN) qui permet de mieux cerner leurs propriétés cryptographiques. Ces études ont donné lieu à deux nouveaux algorithmes à bas coût~; d'une part GLUON une fonction de hachage à base de FCSR et d'autre part le chiffrement LILLIPUT basé sur une famille étendant plus avant la notion de GFN. Enfin, une méthode générique permettant de réaliser des attaques différentielles en fautes sur des GFN est esquissée
The work done during this Ph.D. lies at the crossroads of symmetric cryptography and constraints environments. The goal of such cryptography, called lightweight cryptography, is to propose and evaluate symmetric algorithms that can be implemented on very ressource limited devices. The contributions of this thesis are first on the security evaluations of feedback with carry shift registers (FCSR) to some new attacks and second on a unified vision of generalized Feistel networks (GFNs) that allows to better understand their cryptographic properties. These studies gave rise to two new lightweight algorithms: first GLUON a hash function based upon FCSRs and second the cipher LILLIPUT based on a family further extanding the notion of generalized Feistel network. Finally, a generic method for carrying out a differential fault attack on GFNs is outlined

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Brunet, Solenn. "Conception de mécanismes d'accréditations anonymes et d'anonymisation de données." Thesis, Rennes 1, 2017. http://www.theses.fr/2017REN1S130/document.

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L'émergence de terminaux mobiles personnels, capables à la fois de communiquer et de se positionner, entraîne de nouveaux usages et services personnalisés. Néanmoins, ils impliquent une collecte importante de données à caractère personnel et nécessitent des solutions adaptées en termes de sécurité. Les utilisateurs n'ont pas toujours conscience des informations personnelles et sensibles qui peuvent être déduites de leurs utilisations. L'objectif principal de cette thèse est de montrer comment des mécanismes cryptographiques et des techniques d'anonymisation de données peuvent permettre de concilier à la fois le respect de la vie privée, les exigences de sécurité et l'utilité du service fourni. Dans une première partie, nous étudions les accréditations anonymes avec vérification par clé. Elles permettent de garantir l'anonymat des utilisateurs vis-à-vis du fournisseur de service : un utilisateur prouve son droit d'accès, sans révéler d'information superflue. Nous introduisons des nouvelles primitives qui offrent des propriétés distinctes et ont un intérêt à elles-seules. Nous utilisons ces constructions pour concevoir trois systèmes respectueux de la vie privée : un premier système d'accréditations anonymes avec vérification par clé, un deuxième appliqué au vote électronique et un dernier pour le paiement électronique. Chaque solution est validée par des preuves de sécurité et offre une efficacité adaptée aux utilisations pratiques. En particulier, pour deux de ces contributions, des implémentations sur carte SIM ont été réalisées. Néanmoins, certains types de services nécessitent tout de même l'utilisation ou le stockage de données à caractère personnel, par nécessité de service ou encore par obligation légale. Dans une seconde partie, nous étudions comment rendre respectueuses de la vie privée les données liées à l'usage de ces services. Nous proposons un procédé d'anonymisation pour des données de mobilité stockées, basé sur la confidentialité différentielle. Il permet de fournir des bases de données anonymes, en limitant le bruit ajouté. De telles bases de données peuvent alors être exploitées à des fins d'études scientifiques, économiques ou sociétales, par exemple
The emergence of personal mobile devices, with communication and positioning features, is leading to new use cases and personalized services. However, they imply a significant collection of personal data and therefore require appropriate security solutions. Indeed, users are not always aware of the personal and sensitive information that can be inferred from their use. The main objective of this thesis is to show how cryptographic mechanisms and data anonymization techniques can reconcile privacy, security requirements and utility of the service provided. In the first part, we study keyed-verification anonymous credentials which guarantee the anonymity of users with respect to a given service provider: a user proves that she is granted access to its services without revealing any additional information. We introduce new such primitives that offer different properties and are of independent interest. We use these constructions to design three privacy-preserving systems: a keyed-verification anonymous credentials system, a coercion-resistant electronic voting scheme and an electronic payment system. Each of these solutions is practical and proven secure. Indeed, for two of these contributions, implementations on SIM cards have been carried out. Nevertheless, some kinds of services still require using or storing personal data for compliance with a legal obligation or for the provision of the service. In the second part, we study how to preserve users' privacy in such services. To this end, we propose an anonymization process for mobility traces based on differential privacy. It allows us to provide anonymous databases by limiting the added noise. Such databases can then be exploited for scientific, economic or societal purposes, for instance

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Milio, Enea. "Calcul de polynômes modulaires en dimension 2." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0285/document.

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Les polynômes modulaires sont utilisés dans le calcul de graphes d’isogénies, le calcul des polynômes de classes ou le comptage du nombre de points d’une courbe elliptique, et sont donc fondamentaux pour la cryptographie basée sur les courbes elliptiques. Des polynômes analogues sur les surfaces abéliennes principalement polarisées ont été introduits par Régis Dupont en 2006, qui a également proposé un algorithme pour les calculer, et des résultats théoriques sur ces polynômes ont été donnés dans un article de Bröker–Lauter, en 2009. Mais les polynômes sont très gros et ils n’ont pu être calculés que pour l’exemple minimal p = 2. Dans cette thèse, nous poursuivons les travaux de Dupont et Bröker–Lauter en permettant de calculer des polynômes modulaires pour des invariants basés sur les thêta constantes, avec lesquels nous avons pu calculer les polynômes jusqu’à p = 7, tout en démontrant des propriétés de ces polynômes. Mais des exemples plus grands ne semblent pas envisageables. Ainsi, nous proposons une nouvelle définition des polynômes modulaires dans laquelle l’on se restreint aux surfaces abéliennes principalement polarisées qui ont multiplication réelle par l’ordre maximal d’un corps quadratique réel afin d’obtenir des polynômes plus petits. Nous présentons alors de nombreux exemples de polynômes et des résultats théoriques
Modular polynomials on elliptic curves are a fundamental tool used for the computation of graph of isogenies, class polynomials or for point counting. Thus, they are fundamental for the elliptic curve cryptography. A generalization of these polynomials for principally polarized abelian surfaces has been introduced by Régis Dupont in 2006, who has also described an algorithm to compute them, while theoretical results can been found in an article of Bröker– Lauter of 2009. But these polynomials being really big, they have been computed only in the minimal case p = 2. In this thesis, we continue the work of Dupont and Bröker–Lauter by defining and giving theoretical results on modular polynomials with new invariants, based on theta constants. Using these invariants, we have been able to compute the polynomials until p = 7 but bigger examples look intractable. Thus we define a new kind of modular polynomials where we restrict on the surfaces having real multiplication by the maximal order of a real quadratic field. We present many examples and theoretical results

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Sanders, Olivier. "Conception et optimisation de mécanismes cryptographique anonymes." Thesis, Paris, Ecole normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSU0027/document.

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Les nouvelles technologies ont profondément modifié nos usages mais ne sont pas que synonymes d’avantages pour leurs utilisateurs. Elles ont en effet de lourdes conséquences sur notre vie privée, ce qui est bien souvent sous-estimé. Les utilisateurs de moyens de paiement électronique ne réalisent par exemple pas toujours que leurs transactions peuvent révéler des informations particulièrement intimes à leur sujet, telles que leur localisation, leur état de santé ou mêmes leurs croyances.Nous nous intéressons dans ce mémoire aux techniques cryptographiques permettant de concilier les exigences de sécurité traditionnelles et le respect de la vie privée. Dans une première partie nous étudions deux cas particuliers, celui du paiement anonyme et celui de l’authentification anonyme. Nous proposons de nouvelles constructions qui offrent une meilleure efficacité que les solutions existantes, ouvrant ainsi la voie à de réelles applications pratiques. Chacun de ces systèmes fait l’objet d’une étude de sécurité montrant qu’ils offrent de solides garanties sous des hypothèses raisonnables.Cependant, afin de satisfaire des contraintes techniques souvent très fortes dans ces contextes, il peut être nécessaire d’optimiser ces constructions qui nécessitent souvent un nombre significatif de calculs. Dans une deuxième partie nous proposons donc des moyens pour améliorer l’efficacité des opérations et algorithmes les plus fréquemment utilisés. Chacune de ces contributions peut présenter un intérêt au-delà du contexte de l’anonymat
New technologies offer greater convenience for end-users but usually at the cost of a loss in terms of privacy, which is often underestimated by the latter. For example, knowledge by a third party of the information related to a transaction is far from insignificant since it may reveal intimate details such as whereabouts, religious beliefs or health status.In this thesis, we are interested in cryptographic technics allowing to reconcile both security requirements and user’s privacy. In a first part, we will focus on two specific cases: anonymous payment and anonymous authentication. We propose new constructions, improving the efficiency of state-of-the-art solutions, which make all the features of these primitives more accessible for practical applications. We provide a detailed security analysis for each scheme, proving that they achieve the expected properties under reasonable assumptions.However, to fulfill the strong technical constraints of these use cases, it may be necessary to optimize these constructions which are usually rather complex. To this end, we propose in a second part, new solutions to improve the efficiency of most common operations and algorithms. Each of these contributions is not restricted to anonymous systems and thus may be of independent interest

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Truneček, Petr. "Kryptografické protokoly v praxi." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2009. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-218171.

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The purpose of this work was first to describe the requirements for cryptographic protocols. Furthermore, the classification of these protocols should have been made with specific examples given. The aim of the next part of the work was to describe the methods which are suitable for description and modeling of cryptographic protocols. This work also addressed the analysis of cryptographic protocols by appropriate analytical means. The CSP method for modeling of the cryptographic protocols was applied in the practical part. The Yahalom protocol was selected as a protocol suitable for modeling. Two analysis was made. The first analysis concerned the standard version of the Yahalom protocol, which was tested to the requirements of cryptographic properties of the secrecy and authenticity. The second analysis was based on the possibility of disclosure of the key, including counterexamples and traces given by FDR. The first analysis did not reveal any weakening, in terms of two cryptographic properties. To demonstrate the possibility of FDR, Yahalom protocol was modified in order to cause the situation when the disclosure of keys appears. FDR then finds the exact procedure that an intruder must make to get the possession of the key.

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Prest, Thomas. "Gaussian sampling in lattice-based cryptography." Thesis, Paris, Ecole normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSU0045/document.

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Bien que relativement récente, la cryptographie à base de réseaux euclidiens s’est distinguée sur de nombreux points, que ce soit par la richesse des constructions qu’elle permet, par sa résistance supposée à l’avènement des ordinateursquantiques ou par la rapidité dont elle fait preuve lorsqu’instanciée sur certaines classes de réseaux. Un des outils les plus puissants de la cryptographie sur les réseaux est le Gaussian sampling. À très haut niveau, il permet de prouver qu’on connaît une base particulière d’un réseau, et ce sans dévoiler la moindre information sur cette base. Il permet de réaliser une grande variété de cryptosystèmes. De manière quelque peu surprenante, on dispose de peu d’instanciations pratiques de ces schémas cryptographiques, et les algorithmes permettant d’effectuer du Gaussian sampling sont peu étudiés. Le but de cette thèse est de combler le fossé qui existe entre la théorie et la pratique du Gaussian sampling. Dans un premier temps, nous étudions et améliorons les algorithmes existants, à la fois par une analyse statistique et une approche géométrique. Puis nous exploitons les structures sous-tendant de nombreuses classes de réseaux, ce qui nous permet d’appliquer à un algorithme de Gaussian sampling les idées de la transformée de Fourier rapide, passant ainsi d’une complexité quadratique à quasilinéaire. Enfin, nous utilisons le Gaussian sampling en pratique et instancions un schéma de signature et un schéma de chiffrement basé sur l’identité. Le premierfournit des signatures qui sont les plus compactes obtenues avec les réseaux à l’heure actuelle, et le deuxième permet de chiffrer et de déchiffrer à une vitesse près de mille fois supérieure à celle obtenue en utilisant un schéma à base de couplages sur les courbes elliptiques
Although rather recent, lattice-based cryptography has stood out on numerous points, be it by the variety of constructions that it allows, by its expected resistance to quantum computers, of by its efficiency when instantiated on some classes of lattices. One of the most powerful tools of lattice-based cryptography is Gaussian sampling. At a high level, it allows to prove the knowledge of a particular lattice basis without disclosing any information about this basis. It allows to realize a wide array of cryptosystems. Somewhat surprisingly, few practical instantiations of such schemes are realized, and the algorithms which perform Gaussian sampling are seldom studied. The goal of this thesis is to fill the gap between the theory and practice of Gaussian sampling. First, we study and improve the existing algorithms, byboth a statistical analysis and a geometrical approach. We then exploit the structures underlying many classes of lattices and apply the ideas of the fast Fourier transform to a Gaussian sampler, allowing us to reach a quasilinearcomplexity instead of quadratic. Finally, we use Gaussian sampling in practice to instantiate a signature scheme and an identity-based encryption scheme. The first one yields signatures that are the most compact currently obtained in lattice-based cryptography, and the second one allows encryption and decryption that are about one thousand times faster than those obtained with a pairing-based counterpart on elliptic curves

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Hauteville, Adrien. "Nouveaux protocoles et nouvelles attaques pour la cryptologie basée sur les codes en métrique rang." Thesis, Limoges, 2017. http://www.theses.fr/2017LIMO0088/document.

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La sécurité de la cryptographie à clés publiques repose sur des problèmes mathématiques difficiles, notamment en théorie des nombres, tels que la factorisation pour RSA ou le logarithme discret pour ElGamal. Cependant les progrès des algorithmes rendent les protocoles basés sur des problèmes de théorie des nombres de moins en moins efficaces. De plus, l'arrivée de l'ordinateur quantique rendrait ces cryptosystèmes inutilisables. La cryptographie basée sur les codes en métrique rang est une alternative crédible pour concevoir des cryptosystèmes post-quantiques en raison de sa rapidité et de la faible taille de ses clés. Le but de cette thèse est d'étudier les problèmes difficiles en métrique rang et les algorithmes permettant de les résoudre, ainsi que de chercher de nouvelles attaques et de nouvelles primitives basées sur ces problèmes
Security of public keys cryptography is based on difficult mathematic problems, especially in number field theory, such as the factorization for RSA or the discrete logarithm for ElGamal. However, algorithms are more and more efficient to solve these problems. Furthermore, quantum computers would be able to easily break these cryptosystems. Code-based cryptography in rank metric is a solid candidate to design new postquatum cryptosystems since it is fast and has low weight keysize. The goals of this thesis are to study hard problems in rank metric and algorithms which solve them, also to search for new attacks and new primitives based on these problems

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Spini, Gabriele. "Unconditionally Secure Cryptographic Protocols from Coding-Theoretic Primitives." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0817/document.

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Le sujet de cette thèse est la cryptographie et son interconnexions avec la théorie des codes. En particulier, on utilise des techniques issues de la théorie des codes pour construire et analyser des protocoles cryptographiques avec des propriétés nouvelles ou plus avancées. On se concentre d'abord sur le partage de secret ou secret sharing, un sujet important avec de nombreuses applications pour la Cryptographie actuelle. Dans la variante à laquelle on s'intéresse, un schéma de partage de secret reçoit en entrée un élément secret, et renvoie en sortie n parts de telle façon que chaque ensemble de parts de taille suffisamment petite ne donne aucune information sur le secret (confidentialité), tandis que chaque ensemble de taille suffisamment grande permet de reconstituer le secret (reconstruction). Un schéma de partage de secret peut donc être vu comme une solution à un problème de communication où un émetteur Alice est connectée avec un destinataire Bob par n canaux distincts, dont certains sont contrôlés par un adversaire Ève. Alice peut utiliser un schéma de partage de secret pour communiquer un message secret a Bob de telle façon qu'Ève n'apprenne aucune information sur le secret en lisant les données transmises sur les canaux qu'elle contrôle, tandis que Bob peut recevoir le message même si Ève bloque ces dits canaux. Notre contributions au partage de secret concernent ses liens avec la théorie des codes ; comme les deux domaines partagent un même but (récupérer des données à partir d'informations partielles), ce n'est pas surprenant qu'ils aient connu une interaction longue et fertile. Plus précisément, Massey commença une analyse fructueuse à propos de la construction et de l'étude d'un schéma de partage de secret à partir d'un code correcteur. L'inconvénient de cette analyse est que la confidentialité d'un schéma de partage de secret est estimé grâce au dual du code sous-jacent ; cela peut être problématique vu qu'il pourrait ne pas être possible d'obtenir des codes avec des propriétés souhaitables qui aient aussi un bon code dual. On contourne ce problème en établissant une connexion nouvelle entre les deux domaines, telle que la confidentialité d'un schéma de partage de secrets n'est plus contrôlée par le dual du code sous-jacent. Cela nous permet d'exploiter complètement le potentiel de certaines constructions récentes de codes pour obtenir des meilleurs schémas; on illustre ceci avec deux applications. Premièrement, en utilisant des codes avec codage et décodage en temps linéaire on obtient une famille de schémas de partage de secret où le partage (calcul des parts issues du secret) tout comme la reconstruction peuvent s'effectuer en temps linéaire ; pour des seuils de confidentialité et de reconstruction croissants, ceci restait jusqu'à présent un problème ouvert. Deuxièmement, on utilise des codes avec décodage en liste pour construire des schémas de partage de secret robustes, c'est-à-dire des schémas qui peuvent reconstituer le secret même si certaines parts sont incorrectes, sauf avec une petite probabilité d'erreur. etc
The topic of this dissertation is Cryptography, and its connections with Coding Theory. Concretely, we make use of techniques from Coding Theory to construct and analyze cryptographic protocols with new and/or enhanced properties. We first focus on Secret Sharing, an important topic with many applications to modern Cryptography, which also forms the common ground for most of the concepts discussed in this thesis. In the flavor we are interested in, a secret-sharing scheme takes as input a secret value, and produces as output n shares in such a way that small enough sets of shares yield no information at all on the secret (privacy), while large enough sets of shares allow to recover the secret (reconstruction). A secret-sharing scheme can thus be seen as a solution to a secure communication problem where a sender Alice is connected to a receiver Bob via $n$ distinct channels, some of which are controlled by an adversary Eve. Alice can use a secret-sharing scheme to communicate a secret message to Bob in such a way that Eve learns no information on the message by eavesdropping on the channels she controls, while Bob can receive the message even if Eve blocks the channels under her control. Our contributions to Secret Sharing concern its connection with Coding Theory; since the two fields share the goal of recovering data from incomplete information, it is not surprising that Secret Sharing and Coding Theory have known a long and fruitful interplay. In particular, Massey initiated a very successful analysis on how to construct and study secret-sharing schemes from error-correcting codes. The downside of this analysis is that the privacy of secret-sharing schemes is estimated in terms of the dual of the underlying code; this can be problematic as it might not be possible to obtain codes with desirable properties that have good duals as well. We circumvent this problem by establishing a new connection between the two fields, where the privacy of secret-sharing schemes is no longer controlled by the dual of the underlying code. This allows us to fully harness the potential of recent code constructions to obtain improved schemes; we exemplify this by means of two applications. First, by making use of linear-time encodable and decodable codes we obtain a family of secret-sharing schemes where both the sharing (computation of the shares from the secret) and the reconstruction can be performed in linear time; for growing privacy and reconstruction thresholds, this was an hitherto open problem. Second, we make use of list-decodable codes to construct robust secret-sharing schemes, i.e., schemes that can recover the secret even if some of the shares are incorrect, except with a small error probability. The family we present optimizes the trade-off between the extra data that needs to be appended to the share to achieve robustness and the error probability in the reconstruction, reaching the best possible value. etc

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Hugounenq, Cyril. "Volcans et calcul d'isogénies." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLV050/document.

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Le problème du calcul d'isogénies est apparu dans l'algorithme SEA de comptage de points de courbes elliptiques définies sur des corps finis. L'apparition de nouvelles applications du calcul d'isogénies (crypto système à trappe, fonction de hachage, accélération de la multiplication scalaire, crypto système post quantique) ont motivé par ailleurs la recherche d'algorithmes plus rapides en dehors du contexte SEA. L'algorithme de Couveignes (1996), malgré ses améliorations par De Feo (2011), présente la meilleure complexité en le degré de l'isogénie mais ne peut s'appliquer dans le cas de grande caractéristique.L'objectif de cette thèse est donc de présenter une modification de l'algorithme de Couveignes (1996) utilisable en toute caractéristique avec une complexité en le degré de l'isogénie similaire à celui de Couveignes (1996).L'amélioration de l'algorithme de Couveignes (1996) se fait à travers deux axes: la construction de tours d'extensions de degré $ell$ efficaces pour rendre les opérations plus rapides, à l'image des travaux de De Feo (2011), et la détermination d'ensemble de points d'ordre $ell^k$ stables sous l'action d'isogénies.L'apport majeur de cette thèse est fait sur le second axe pour lequel nous étudions les graphes d'isogénies dans lesquels les points représentent les courbes elliptiques et les arrêtes représentent les isogénies. Nous utilisons pour notre travail les résultats précédents de Kohel (1996), Fouquet et Morain (2001), Miret emph{et al.} (2005,2006,2008), Ionica et Joux (2001). Nous présentons donc dans cette thèse, à l'aide d'une étude de l'action du Frobenius sur les points d'ordre $ell^k$, un nouveau moyen de déterminer les directions dans le graphe (volcan) d'isogénies
Isogeny computation problem appeared in the SEA algorithm to count the number of points on an elliptic curve defined over a finite field. Algorithms using ideas of Elkies (1998) solved this problem with satisfying results in this context. The appearance of new applications of the isogeny computation problem (trapdoor crypto system, hash function, scalar multiplication acceleration, post quantic crypto system) motivated the search for a faster algorithm outside the SEA context. Couveignes's algorithm (1996) offers the best complexity in the degree of the isogeny but, despite improvements by DeFeo (2011), it proves being unpractical with great characteristic.The aim of this work is to present a modified version of Couveignes's algorithm (1996) that maintains the same complexity in the degree of the isogeny but is practical with any characteristic.Two approaches contribute to the improvement of Couveignes's algorithm (1996) : firstly, the construction of towers of degree $ell$ extensions which are efficient for faster arithmetic operations, as used in the work of De Feo (2011), and secondly, the specification of sets of points of order $ell^k$ that are stable under the action of isogenies.The main contribution of this document is done following the second approach. Our work uses the graph of isogeny where the vertices are elliptic curves and the edges are isogenies. We based our work on the previous results of David Kohel (1996), Fouquet and Morain (2001), Miret emph{& al.} (2005,2006,2008), Ionica and Joux (2001). We therefore present in this document, through the study of the action of the Frobenius endomorphism on points of order $ell^k$, a new way to specify directions in the isogeny graph (volcano)

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Battistello, Alberto. "On the security of embedded systems against physical attacks." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV047/document.

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Le sujet de cette thèse est l'analyse de sécurité des implantations cryptographiques embarquées.La sécurité a toujours été un besoin primaire pour les communications stratégiques et diplomatiques dans l'histoire. Le rôle de la cryptologie a donc été de fournir les réponses aux problèmes de sécurité, et le recours à la cryptanalyse a souvent permis de récupérer le contenu des communications des adversaires.L'arrivée des ordinateurs a causé un profond changement des paradigmes de communication et aujourd'hui le besoin de sécuriser les communications ne s'étend qu’aux échanges commerciaux et économiques.La cryptologie moderne offre donc les solutions pour atteindre ces nouveaux objectifs de sécurité, mais ouvre la voie à des nouvelles attaques : c'est par exemple le cas des attaques par fautes et par canaux auxiliaires, qui représentent aujourd'hui les dangers plus importants pour les implantations embarquées.Cette thèse résume le travail de recherche réalisé ces trois dernières années dans le rôle d'ingénieur en sécurité au sein d'Oberthur Technologies. La plupart des résultats a été publiée sous forme d'articles de recherche [9,13-17] ou de brevets [1-6].Les objectifs de recherche en sécurité pour les entreprises du milieu de la sécurité embarqué sont doubles. L'ingénieur en sécurité doit montrer la capacité d'évaluer correctement la sécurité des algorithmes et de mettre en avant les possibles dangers futurs. Par ailleurs il est désirable de découvrir des nouvelles techniques de défense qui permettent d'obtenir un avantage sur les concurrents. C'est dans ce contexte que ce travail est présenté.Ce manuscrit est divisé en quatre chapitres principaux.Le premier chapitre présente une introduction aux outils mathématiques et formels nécessaires pour comprendre la suite. Des résultats et notions fondamentaux de la théorie de l'information, de la complexité, et des probabilités sont présentés, ainsi qu'une introduction à l'architecture des micro-ordinateurs.Le chapitre suivant présente la notion d'attaque par faute et des stratégies connues pour contrecarrer ce type d'attaques. Le corps du deuxième chapitre est ensuite dédié à notre travail sur le code infectif pour les algorithmes symétriques et asymétriques [15-17] ainsi que à notre travail sur les attaques par faute sur courbes elliptiques [13].Le troisième chapitre est dédié aux attaques par canaux auxiliaires, et présente une introduction aux résultats et à certaines attaques et contremesures classiques du domaine. Ensuite nos deux nouvelles attaques ciblant des contremesures considérées sécurisées sont présentées [9,14]. Dans ce troisième chapitre est enfin présentée notre nouvelle attaque combinée qui permet de casser des implémentations sécurisées à l'état de l'art.A la fin de ce manuscrit, le quatrième chapitre présente les conclusions de notre travail, ainsi que des perspectives pour des nouveaux sujets de recherche.Pendant nos investigations nous avons trouvé différentes contremesures qui permettent de contrecarrer certaines attaques.Ces contremesures ont été publiées sous la forme de brevets [1-6]. Dans certains cas les contremesures sont présentées avec l'attaque qu'elles contrecarrent
The subject of this thesis is the security analysis of cryptographic implementations. The need for secure communications has always been a primary need for diplomatic and strategic communications. Cryptography has always been used to answer this need and cryptanalysis have often been solicited to reveal the content of adversaries secret communications. The advent of the computer era caused a shift in the communication paradigms and nowadays the need for secure communications extends to most of commercial and economical exchanges. Modern cryptography provides solutions to achieve such new security goals but also open the way to a number of new threats. It is the case of fault and side-channel-attacks, which today represents the most dangerous threats for embedded cryptographic implementations. This thesis resumes the work of research done during the last years as a security engineer at Oberthur Technologies. Most of the results obtained have been published as research papers [9,13-17] or patents [1-6]. The security research goals of companies around the world working in the embedded domain are twofold. The security engineer has to demonstrate the ability to correctly evaluate the security of algorithms and to highlight possible threats that the product may incur during its lifetime. Furthermore it is desirable to discover new techniques that may provide advantages against competitors. It is in this context that we present our work.This manuscript is divided into four main chapters.The first chapter presents an introduction to various mathematical and computational aspects of cryptography and information theory. We also provide an introduction to the main aspects of the architecture of secure micro-controllers.Afterwards the second chapter introduces the notion of fault attacks and presents some known attack and countermeasure [15-17]. We then detail our work on asymmetric and symmetric infective fault countermeasures as long as on elliptic curves fault attacks [13].The third chapter discusses about side-channels, providing a brief introduction to the subject and to well-known side-channel attacks and countermeasures. We then present two new attacks on implementations that have been considered secure against side channels [9,14]. Afterwards we discuss our combined attack which breaks a state-of-the-art secure implementation [10].Finally, the fourth chapter concludes this works and presents some perspectives for further research.During our investigations we have also found many countermeasures that can be used to thwart attacks. These countermeasures have been mainly published in the form of patents [1-6]. Where possible some of them are presented along with the attack they are conceived to thwart

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Traore, Moussa. "Privacy-preserving and secure location authentication." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/14595/1/traore.pdf.

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With the advent of Location-Based-Systems, positioning systems must face new security requirements: how to guarantee the authenticity of the geographical positon announced by a user before granting him access to location-restricted! resources. In this thesis, we are interested in the study of ! security ! protocols that can ensure autheniticity of the position announced by a user without the prior availability of any form of trusted architecture. A first result of our study is the proposal for a distance-bounding protocol based on asymmetric cryptography which allows a node knowing a public key to authenticate the holder of the associated private key, while establishing confidence in the distance between them. The distance measurement procedure is sufficently secure to resist to well-known attacks such as relay attacks, distance-, mafia- and terrorist-attacks. We then use such distance-bounding protocol to define an architecture for gathering privacy friendly location proofs. We define a location proof as a digital certificate attesting of presence of an individual at a location at a given time. The privacy properties we garanty through the use of our system are: the anonymity of users, un-linkability of their actions within the system and a strong binding between each user ! and the localization proof it is associated. on last property of our system is the possibility to use the same location proof to demonstrate different granularity of the associated position.

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Atighehchi, Kevin. "Contributions à l'efficacité des mécanismes cryptographiques." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4037.

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Les besoins constants d’innovation en matière de performances et d’économie des ressources nous poussent à effectuer des optimisations dans la conception et l’utilisation des outils cryptographiques. Cela nous amène à étudier plusieurs aspects dans cette thèse : les algorithmes cryptographiques parallèles, les algorithmes cryptographiques incrémentaux et les dictionnaires authentifiés.Dans le cadre de la cryptographie parallèle, nous nous intéressons aux fonctions de hachage basées sur des arbres. Nous montrons en particulier quelles structures arborescentes utiliser pour atteindre un temps d’exécution optimum avec un nombre de processeurs que nous cherchons à minimiser dans un second temps. Nous étudions également d'autres formesd'arborescence favorisant l'équité et la scalabilité.Les systèmes cryptographiques incrémentaux permettent, lorsque nous modifions des documents, de mettre à jour leurs formes cryptographiques efficacement. Nous montrons que les systèmes actuels restreignent beaucoup trop les modifications possibles et introduisons de nouveaux algorithmes s’appuyant sur ces derniers, utilisés comme des boites noires, afin de rendre possible une large gamme de modifications aux documents tout en conservant une propriété de secret de l’opération effectuée.Notre intérêt porte ensuite sur les dictionnaires authentifiés, utilisés pour authentifier les réponses aux requêtes des utilisateurs sur un dictionnaire, en leur fournissant une preuve d’authenticité pour chaque réponse. Nous nous focalisons sur des systèmes basés sur des arbres de hachage et proposons une solution pour amoindrir leur principal inconvénient, celui de la taille des preuves
The need for continuing innovation in terms of performances and resource savings impel us to optimize the design and the use of cryptographic mechanisms. This leads us to consider several aspects in this dissertation: parallel cryptographic algorithms, incremental cryptographic algorithms and authenticated dictionaries.In the context of parallel cryptography we are interested in hash functions. In particular, we show which tree structures to use to reach an optimal running time. For this running time, we show how to decrease the amount of involved processors. We also explore alternative (sub-optimal) tree structures which decrease the number of synchronizations in multithreaded implementations while balancing at best the load of the work among the threads.Incremental cryptographic schemes allow the efficient updating of cryptographic forms when we change some blocks of the corresponding documents. We show that the existing incremental schemes restrict too much the possible modification operations. We then introduce new algorithms which use these ones as black boxes to allow a broad range of modification operations, while preserving a privacy property about these operations.We then turn our attention to authenticated dictionaries which are used to authenticate answers to queries on a dictionary, by providing to users an authentication proof for each answer. We focus on authenticated dictionaries based on hash trees and we propose a solution to remedy their main shortcoming, the size of proofs provided to users

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Chaulet, Julia. "Etude de cryptosystèmes à clé publique basés sur les codes MDPC quasi-cycliques." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066064/document.

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L’utilisation des codes MDPC (Moderate Density Parity Check) quasi-cycliques dans le cryptosystème de McEliece offre un schéma de chiffrement post-quantique dont les clés ont une taille raisonnable et dont le chiffrement et le déchiffrement n’utilisent que des opérations binaires. C’est donc un bon candidat pour l’implémentation embarquée ou à bas coût.Dans ce contexte, certaines informations peuvent être exploitées pour construire des attaques par canaux cachés.Ici, le déchiffrement consiste principalement à décoder un mot de code bruité. Le décodeur utilisé est itératif et probabiliste : le nombre d’itérations de l'algorithme varie en fonction des instances et certains décodages peuvent échouer. Ces comportements ne sont pas souhaitables car ils peuvent permettre d’extraire des informations sur le secret.Une contremesure possible est de limiter le nombre d’instances de chiffrement avec les mêmes clés. Une autre façon serait de recourir à un décodage à temps constant dont la probabilité d’échec au décodage est négligeable. L’enjeu principal de cette thèse est de fournir de nouveaux outils pour analyser du comportement du décodeur pour la cryptographie.Dans un second temps, nous expliquons pourquoi l'utilisation des codes polaires n'est pas sûre pour le cryptosystème de McEliece. Pour ce faire, nous utilisons de nouvelles techniques afin de résoudre une équivalence de codes. Nous exhibons de nombreux liens entre les codes polaires et les codes de Reed-Muller et ainsi d'introduire une nouvelle famille de codes : les codes monomiaux décroissants. Ces résultats sont donc aussi d'un intérêt indépendant pour la théorie des codes
Considering the McEliece cryptosystem using quasi-cylcic MDPC (Moderate Density Parity Check matrix) codes allows us to build a post-quantum encryption scheme with nice features. Namely, it has reasonable key sizes and both encryption and decryption are performed using binary operations. Thus, this scheme seems to be a good candidate for embedded and lightweight implementations. In this case, any information obtained through side channels can lead to an attack. In the McEliece cryptosystem, the decryption process essentially consists in decoding. As we consider the use of an iterative and probabilistic algorithm, the number of iterations needed to decode depends on the instance considered and some of it may fail to be decoded. These behaviors are not suitable because they may be used to extract information about the secrets. One countermeasure could be to bound the number of encryptions using the same key. Another solution could be to employ a constant time decoder with a negligible decoding failure probability, that is to say which is about the expected security level of the cryptosystem. The main goal of this thesis is to present new methods to analyse decoder behavior in a cryptographic context.Second, we explain why a McEliece encryption scheme based on polar code does not ensure the expected level of security. To do so, we apply new techniques to resolve the code equivalence problem. This allows us to highlight several common properties shared by Reed-Muller codes and polar codes. We introduce a new family of codes, named decreasing monomial codes, containing both Reed-Muller and polar codes. These results are also of independent interest for coding theory

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Yerushalmi, Yoav. "Incremental cryptography." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1997. http://hdl.handle.net/1721.1/42789.

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Thesis (M. Eng.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1997.
Includes bibliographical references (leaves 147-148).
by Yoav Yerushalmi.
M.Eng.

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Shamonin, K. E. "Quantum cryptography." Thesis, Sumy State University, 2018. http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/66837.

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To advance most popular encryption algorithms such as public-key encryption and signature-based schemes, methods of quantum cryptography can be used. The main advantage of quantum cryptography is the fact it cannot be broken by any non-quantum computers and eavesdropping is impossible in quantum key distribution. Fundamental quantum mechanics is used in quantum key distribution to guarantee the safety of data transmitted. It is based on entangled pairs of photons in E91 protocol or photon polarization states in BB84 protocol.

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Lopez, Samuel. "MODERN CRYPTOGRAPHY." CSUSB ScholarWorks, 2018. https://scholarworks.lib.csusb.edu/etd/729.

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We live in an age where we willingly provide our social security number, credit card information, home address and countless other sensitive information over the Internet. Whether you are buying a phone case from Amazon, sending in an on-line job application, or logging into your on-line bank account, you trust that the sensitive data you enter is secure. As our technology and computing power become more sophisticated, so do the tools used by potential hackers to our information. In this paper, the underlying mathematics within ciphers will be looked at to understand the security of modern ciphers. An extremely important algorithm in today's practice is the Advanced Encryption Standard (AES), which is used by our very own National Security Agency (NSA) for data up to TOP SECRET. Another frequently used cipher is the RSA cryptosystem. Its security is based on the concept of prime factorization, and the fact that it is a hard problem to prime factorize huge numbers, numbers on the scale of 2^{2048} or larger. Cryptanalysis, the study of breaking ciphers, will also be studied in this paper. Understanding effective attacks leads to understanding the construction of these very secure ciphers.

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Legendre, Florian. "Exploitation de la logique propositionnelle pour la résolution parallèle des problèmes cryptographiques." Thesis, Reims, 2014. http://www.theses.fr/2014REIMS006/document.

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La démocratisation des ordinateurs, des téléphones portables et surtout de l'Internet a considérablement révolutionné le monde de la communication. Les besoins en matière de cryptographie sont donc plus nombreux et la nécessité de vérifier la sûreté des algorithmes de chiffrement est vitale. Cette thèse s'intéresse à l'étude d'une nouvelle cryptanalyse, appelée cryptanalyse logique, qui repose sur l'utilisation de la logique propositionnelle - à travers le problème de satisfaisabilité - pour exprimer et résoudre des problèmes cryptographiques. Plus particulièrement, les travaux présentés ici portent sur une certaine catégorie de chiffrements utilisés dans les protocoles d'authentification et d'intégrité de données qu'on appelle fonctions de hachage cryptographiques. Un premier point concerne l'aspect modélisation d'un problème cryptographique en un problème de satisfaisabilité et sa simplification logique. Sont ensuite présentées plusieurs façons pour utiliser cette modélisation fine, dont un raisonnement probabiliste sur les données du problème qui permet, entres autres, d'améliorer les deux principaux points d'une attaque par cryptanalyse logique, à savoir la modélisation et la résolution. Un second point traite des attaques menées en pratique. Dans ce cadre, la recherche de pré-Image pour les fonctions de hachage les plus couramment utilisées mènent à repousser les limites de la résistance de ces fonctions à la cryptanalyse logique. À cela s'ajoute plusieurs attaques pour la recherche de collisions dans le cadre de la logique propositionnelle
Democratization of increasingly high-Performance digital technologies and especially the Internet has considerably changed the world of communication. Consequently, needs in cryptography are more and more numerous and the necessity of verifying the security of cipher algorithms is essential.This thesis deals with a new cryptanalysis, called logical cryptanalysis, which is based on the use of logical formalism to express and solve cryptographic problems. More precisely, works presented here focuses on a particular category of ciphers, called cryptographic hash functions, used in authentication and data integrity protocols.Logical cryptanalysis is a specific algebraic cryptanalysis where the expression of the cryptographic problem is done through the satisfiabilty problem, fluently called sat problem. It consists in a combinatorial problem of decision which is central in complexity theory. In the past years, works led by the scientific community have allowed to develop efficient solvers for industrial and academical problems.Works presented in this thesis are the fruit of an exploration between satisfiability and cryptanalysis, and have enabled to display new results and innovative methods to weaken cryptographic functions.The first contribution is the modeling of a cryptographic problem as a sat problem. For this, we present some rules that lead to describe easily basic operations involved in cipher algorithms. Then, a section is dedicated to logical reasoning in order to simplify the produced sat formulas and show how satisfiability can help to enrich a knowledge on a studied problem. Furthermore, we also present many points of view to use our smooth modeling to apply a probabilistic reasoning on all the data associated with the generated sat formulas. This has then allowed to improve both the modeling and the solving of the problem and underlined a weakness about the use of round constants.Second, a section is devoted to practical attacks. Within this framework, we tackled preimages of the most popular cryptographic hash functions. Moreover, the collision problem is also approached in different ways, and particularly, the one-Bloc collision attack of Stevens on MD5 was translated within a logical context. It's interesting to remark that in both cases, logical cryptanalysis takes a new look on the considered problems

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Ghammam, Loubna. "Utilisation des couplages en cryptographie asymétrique pour la micro-électronique." Thesis, Rennes 1, 2016. http://www.theses.fr/2016REN1S081/document.

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Les couplages sont des outils mathématiques introduits par André Weil en 1948. Ils sont un sujet très en vogue depuis une dizaine d'années en cryptographie asymétrique. Ils permettent en effet de réaliser des opérations cryptographiques impossible à réaliser simplement autrement tel que la signature courte et la cryptographie basée sur l'identité. Ces dernières années, le calcul des couplages est devenu plus facile grâce à l'introduction de nouvelles méthodes de calculs mathématiques particulièrement efficaces sur les courbes elliptiques dites les courbes bien adaptées aux couplages. Aujourd'hui, nous sommes au stade de transfert de cette technologie, de la théorie vers la mise en œuvre pratique, sur des composants électroniques. Ce transfert soulève de nombreuses problématiques qui s'avèrent difficile à surmonter à cause de la différence de culture scientifique entre mathématiciens et micro-électroniciens. Dans le présent document, en premier lieu, nous avons étudié le problème de l'implémentation du couplage dans des environnements restreints. En effet, le calcul du couplage de Tate, ou aussi de l'une de ses variantes, nécessite plusieurs variables pour être implémenté, par conséquent, il nécessite une bonne partie de la mémoire du composant électronique sur lequel nous souhaitons implémenter un tel couplage.Dans ce contexte, en faisant des optimisations mathématiques, nous avons pu implémenté ces couplages dans des environnements retreints. Le deuxième problème que nous avons traité dans cette thèse est celui de la sécurité des protocoles cryptographiques basés sur les couplages. Dans ce contexte, puisque les couplages sur les courbes elliptiques sont censés d'être matériellement attaqués, nous devons le protéger contre ces attaques. Nous avons étudié les attaques sur les couplages et nous avons proposé une contre-mesure
Les couplages sont des outils mathématiques introduits par André Weil en 1948. Ils sont un sujet très en vogue depuis une dizaine d'années en cryptographie asymétrique. Ils permettent en effet de réaliser des opérations cryptographiques impossible à réaliser simplement autrement tel que la signature courte et la cryptographie basée sur l'identité. Ces dernières années, le calcul des couplages est devenu plus facile grâce à l'introduction de nouvelles méthodes de calculs mathématiques particulièrement efficaces sur les courbes elliptiques dites les courbes bien adaptées aux couplages. Aujourd'hui, nous sommes au stade de transfert de cette technologie, de la théorie vers la mise en œuvre pratique, sur des composants électroniques. Ce transfert soulève de nombreuses problématiques qui s'avèrent difficile à surmonter à cause de la différence de culture scientifique entre mathématiciens et micro-électroniciens. Dans le présent document, en premier lieu, nous avons étudié le problème de l'implémentation du couplage dans des environnements restreints. En effet, le calcul du couplage de Tate, ou aussi de l'une de ses variantes, nécessite plusieurs variables pour être implémenté, par conséquent, il nécessite une bonne partie de la mémoire du composant électronique sur lequel nous souhaitons implémenter un tel couplage.Dans ce contexte, en faisant des optimisations mathématiques, nous avons pu implémenté ces couplages dans des environnements retreints. Le deuxième problème que nous avons traité dans cette thèse est celui de la sécurité des protocoles cryptographiques basés sur les couplages. Dans ce contexte, puisque les couplages sur les courbes elliptiques sont censés d'être matériellement attaqués, nous devons le protéger contre ces attaques. Nous avons étudié les attaques sur les couplages et nous avons proposé une contre-mesure

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Roşie, Răzvan. "On the achievability of white-box cryptography." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEE010/document.

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Cette thèse s’intéresse à la faisabilité des implémentations en boîte blanche de permutations pseudo-aléatoires sûres. Concrètement nous montrons comment un schéma de chiffrement fonctionnel à plusieurs entrées, qui satisfait une notion naturelle d’être à sens unique, est fondamental à la construction d’implémentations protégées contre les attaques d’extraction de clés. Comme contribution indépendante possédant son intérêt propre, nous étendons la notion de robustesse cryptographique. Sommairement, le chiffrement robuste garantit qu’un chiffré ne peut être lu au moyen de plusieurs clés. Décrite tout d’abord dans le contexte de la cryptographie à clé publique, nous étendons les définitions aux contextes du chiffrement fonctionnel et à l’authentification
This thesis investigates the realizability of white-box implementations for secure pseudorandom permutations. Concretely, we show that multi-input functional encryption achieving a natural definition of one-wayness is instrumental in building implementations that are secure against key-extraction attacks. As a contribution of independent interest, we extend the notion of robustness to a larger set of primitives. Roughly speaking, robust encryption guarantees that a ciphertext cannot be decrypted under different keys. Initially formalized in a public-key context, we introduce compelling definitions for authentication and functional encryption schemes

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Zhang, Wei. "Improvements and generalisations of signcryption schemes." Thesis, Royal Holloway, University of London, 2014. http://repository.royalholloway.ac.uk/items/b9117fa7-54ef-45c0-bbc4-6e6c114ceba1/1/.

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In this work, we study the cryptographic primitive: signcryption, which combines the functionalities of digital signatures and public-key encryption. We first propose two generic transforms from meta-ElGamal signature schemes to signcryption schemes. These constructions can be thought of as generalisations of the signcryption schemes by Zheng and Gamage et al. Our results show that a large class of signcryption schemes are outsider IND-CCA2 secure and insider UF-CMA secure. As a by-product, we also show that the meta-ElGamal signature schemes, for which no previous formal security proofs have been shown, are UF-CMA secure. We then propose a modification of one of the transforms in order to achieve insider IND-CCA2 security in addition to insider UF-CMA security. This modification costs just one extra exponential operation. In particular, we can apply this modification to the Zheng signcryption scheme to make it fully insider secure. Finally, we propose a generic transform from a two-key signcryption scheme to a one-key signcryption scheme while preserving both confidentiality and unforgeability. Our result shows that if we have an insider IND-CCA2 and UFCMA secure two-key signcryption scheme, then it can be turned into an insider IND-CCA2 and UF-CMA secure one-key signcryption scheme. We also show that an insider IND-CCA2 and UF-CMA secure one-key signcryption scheme induces a secure combined public-key scheme; that is, a combination of a signature scheme and a public-key encryption scheme that can securely share the same key pair. Combining previous results suggests that we can obtain a large class of insider secure one-key signcryption schemes from meta-ElGamal signature schemes, and that each of them can induce a secure combined public-key scheme.

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Lac, Benjamin. "Cryptographie légère intrinsèquement résistante aux attaques physiques pour l'Internet des objets." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEM021.

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L’Internet des objets a de nombreux domaines applicatifs et offre ainsi un potentiel immense pour les entreprises, les industries et les utilisateurs. Notre étude porte sur les besoins en cryptographie et les enjeux de sécurité des objets connectés, dont les particularités sont à la fois le nombre important de données qu'ils manipulent, et le fait qu'ils soient souvent en milieu hostile, accessibles physiquement à tout type d’attaquant potentiel.Les attaques par observation et par perturbation sont les deux principales catégories d’attaques physiques. Dans nos travaux de recherche, nous analysons ces différentes techniques d’attaques et les contre-mesures existantes, et nous introduisons deux nouveaux chemins d’attaques que nous avons validés expérimentalement en laboratoire sur une famille récente de chiffrements symétriques : les structures entrelacées.Afin de répondre aux besoins en matière de sécurité et aux fortes contraintes de performances des objets connectés, nous proposons une nouvelle contre-mesure logicielle générique basée sur la redondance que nous avons nommée l’IRC. Nous étudions donc le déploiement de l’IRC sur les schémas de chiffrement existants, et sa résistance face aux attaques physiques.Finalement, nous introduisons GARFIELD : un nouveau chiffrement par blocs à bas coût adapté à l’IRC pour assurer un bon compromis entre sécurité et performance. Nous vérifions sa résistance aux attaques mathématiques classiques et nous proposons des implémentations avec différents niveaux de sécurité face aux attaques physiques, pour les applications de l’Internet des objets, dont nous analysons les performances et la validité en pratique
The Internet of Things has many application areas and offers huge potentials for businesses, industries and users. Our study deals with the cryptographic requirements and the security issues of connected objects, which specificities are the large number of data they handle every day, and the fact they are often fielded in hostile environment, physically accessible to any type of potential attacker.Side-channel attacks and fault attacks are the two main categories of physical attacks. In our research works, we analyze these different techniques of physical attacks and the existing countermeasures to thwart them, and we introduce two new attack paths that we have experimentally validated in laboratory on a recent family of symmetric encryption schemes: the interleaving structures.In order to meet the security needs and the high performance constraints of the connected objects, we propose a new generic software countermeasure based on redundancy to thwart most of the physical attacks that we called the IRC. We then study the deployment of the IRC on the existing encryption schemes, and its resistance to physical attacks.Finally, we introduce GARFIELD: a new lightweight block cipher adapted to the IRC in order to ensure a good compromise between security and performance. We check its resistance to conventional mathematical attacks and we propose several implementations with different security levels, for the applications of the Internet of Things, for which we analyze the resulting performances and the validity in practice

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PRIYADHARSHINI, THIRUTHUVADOSS ANGELINE. "Comparison and Performance Evaluation of Modern Cryptography and DNA Cryptography." Thesis, KTH, Skolan för informations- och kommunikationsteknik (ICT), 2013. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-120103.

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In this paper, a new cryptographic method called DNA cryptography and the already existing methods of modern cryptography are studied, implemented and results are obtained. Both these cryptographic method’s results are compared and analyzed to find out the better approach among the two methods. The comparison is done in the main aspects of process running time, key size, computational complexity and cryptographic strength. And the analysis is made to find the ways these above mentioned parameters are enhancing the respective cryptographic methods and the performance is evaluated. For comparison the Triple Data Encryption Algorithm (TDEA) from the modern methods and the DNA hybridization and the chromosomes DNA indexing methods from the DNA cryptography methods are implemented and analyzed. These intended methods are dependent on the main principles of mathematical calculations and bio molecular computations. The Triple DES algorithm uses three keys. In this method the DES block cipher algorithm is utilized three times to each different block of the input data to obtain the encrypted text. And then the DES block cipher decryption algorithm is applied to the obtained cipher text three times using the same three keys and the original message is obtained. The key size is increased in Triple DES more than that of the DES which makes the algorithm more secured. In the DNA hybridization method, the original message which is referred as plain text is converted in the form of binary. This binary form of data is then compared with the randomly generated OTP key in the DNA form and the encrypted message is obtained. This obtained encrypted message is also in the form of DNA. The decryption message is carried out in reverse using the encrypted data and the OTP key and the original message is retrieved. In the DNA indexing method, the plain text which is the original message is converted to the binary form and again to the DNA form. The OTP keys are generated randomly from the public database. This OTP key and the DNA form of the plain text are compared and a random index is generated, which is the encrypted data. Decryption process is carried out in the opposite order to obtain the original plain text message. Finally, the results of DNA cryptography are compared with that of the results obtained in Triple DES algorithm and the performance is evaluated to find out the most secured and less time consuming technique. The proposed work is implemented using bio informatics toolbox in MATLAB.

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Nyman, Ellinor. "Cryptography : A study of modern cryptography and its mathematical methods." Thesis, Uppsala universitet, Analys och sannolikhetsteori, 2021. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-447460.

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Lajoie-Mazenc, Paul. "Réputation et respect de la vie privée dans les réseaux dynamiques auto-organisés." Thesis, Rennes 1, 2015. http://www.theses.fr/2015REN1S039/document.

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Les mécanismes de réputation sont des outils très utiles pour inciter des utilisateurs ne se connaissant pas à se faire confiance, en récompensant les bons comportements et, inversement, en pénalisant les mauvais. Cependant, pour que la réputation des fournisseurs de service soit précise et robuste aux attaques, les mécanismes de réputation existants requièrent de nombreuses informations qui menacent la vie privée des utilisateurs; par exemple, il est parfois possible de traquer les interactions effectuées par les clients. Des mécanismes de réputation préservant aussi bien la vie privée des clients que celle des fournisseurs sont donc apparus pour empêcher de telles attaques. Néanmoins, pour garantir des propriétés fortes de vie privée, ces mécanismes ont dû proposer des scores de réputation imprécis, notamment en ne permettant pas aux clients de témoigner de leurs interactions négatives.Dans cette thèse, nous proposons un nouveau mécanisme de réputation distribué préservant la vie privée, tout en permettant aux clients d'émettre des témoignages négatifs. Une telle construction est possible grâce à des outils issus des systèmes distribués -- des tierces parties distribuées qui permettent de distribuer la confiance et de tolérer des comportements malveillants -- et de la cryptographie -- par exemple des preuves de connaissance à divulgation nulle de connaissance ou des signatures proxy anonymes. Nous prouvons de plus que ce mécanisme garantit les propriétés de vie privée et de sécurité nécessaires, et montrons par des analyses théoriques et pratiques que ce mécanisme est utilisable
Reputation mechanisms are very powerful mechanisms to foster trust between unknown users, by rewarding good behaviors and punishing bad ones. Reputation mechanisms must guarantee that the computed reputation scores are precise and robust against attacks; to guarantee such properties, existing mechanisms require information that jeopardize users' privacy: for instance, clients' interactions might be tracked. Privacy-preserving reputation mechanisms have thus been proposed, protecting both clients' privacy and the providers' one. However, to guarantee strong privacy properties, these mechanisms provide imprecise reputation scores, particularly by preventing clients to testify about their negative interactions. In this thesis, we propose a new distributed privacy-preserving reputation mechanism allowing clients to issue positive as well as negative feedback. Such a construction is made possible thanks to tools from the distributed systems community -- distributed third parties that allow for a distribution of trust and that tolerate malicious behaviors -- as well as from the cryptographic one -- for instance zero-knowledge proofs of knowledge or anonymous proxy signatures. Furthermore, we prove that our mechanism guarantees the required privacy and security properties, and we show with theoretical and practical analysis that this mechanism is usable

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Vialla, Bastien. "Contributions à l'algèbre linéaire exacte sur corps finis et au chiffrement homomorphe." Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS112.

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Cette thèse est composée de deux axes principaux, le premier portant sur le chiffrement homomorphe et le second sur l’algèbre linéaire creuse sur corps finis. Avec l’essor des technologies de communication et en particulier d’internet, de nouveaux protocoles de chiffrement sont développés. En particulier, le besoin de systèmes de chiffrement permettant de manipuler les données chiffrées tout en assurant leur sécurité. C’est dans ce contexte que des systèmes de chiffrement homomorphe sont développés, ces protocoles permettent d’effectuer des calculs avec des données chiffrées. La sécurité de ce type système repose sur l’ajout de bruit aux messages à chiffrer. Ce bruit augmente avec chaque opération effectuée, mais il ne doit pas dépasser un certain seuil. Pour contourner ce problème, une technique nommée bootstrapping est utilisée permettant de réduire le bruit d’un chiffré. Les bootstrappings sont le goulot d’étranglement lors des calculs sur des données chiffrées, il est important d’en faire le moins possible. Or la quantité de bootstrappings à faire est déterminée par la nature des calculs à effectuer ainsi que du protocole de chiffrement utilisé.C’est dans ce contexte que notre travail intervient, nous proposons une méthode effective pour réduire le nombre bootstrappings basé sur la programmation linéaire en nombre entier. Cette méthode s’adapte à un grand nombre de protocoles de chiffrement. De plus, nous effectuons une analyse de la complexité de ce problème en montrant qu’il est APX-complet et nous fournissons un algorithme d’approximation.La résolution de système linéaire sur corps finis est une brique de calcul essentielle dans de nombreux problèmes de calcul formel. En particulier, beaucoup de problèmes produisent des matrices comprenant un grand nombre de zéros, on dit qu’elles sont creuses. Les meilleurs algorithmes permettant de résoudre ce type de système linéaire creux sont des algorithmes dits itératifs. L’opération fondamentale de ces algorithmes itératifs est la multiplication de la matrice par un vecteur ou une matrice dense. Afin d’obtenir les meilleures performances, il est important de tenir compte des propriétés (SIMD, multicoeurs, hiérarchie des caches ....) des processus modernes .C’est dans ce contexte que notre travail intervient, nous étudions la meilleure façon d’implanter efficacement cette opération sur les processeurs récents.Nous proposons un nouveau format permettant de tenir compte du grand nombre de +- 1 présents dans une matrice.Nous proposons une implantation parallèle basée sur le paradigme du vol de tâche offrant un meilleur passage à l’échelle que le parallélisme par threads.Nous montrons comment exploiter au mieux les instructions SIMD des processeurs dans les différentes opérations.Finalement, nous proposons une méthode efficace permettant d’effectuer cette opération lorsque le corps finis est multiprécision (les éléments sont stockés sur plusieurs mots machine) en ayant recours au système de représentation RNS
This thesis is composed of two independent parts.The first one is related to homomorphic encryption and the second part deal with sparse linear algebra on finite fields.Homomorphic encryption extends traditional encryption in the sense that it becomes feasible to perform operations on ciphertexts, without the knowledge of the secret decryption key. As such, it enables someone to delegate heavy computations on his sensitive data to an untrusted third party, in a secure way. More precisely, with such a system, one user can encrypt his sensitive data such that the third party can evaluate a function on the encrypted data, without learning any information on the underlying plain data. Getting back the encrypted result, the user can use his secret key to decrypt it and obtain, in clear, the result of the evaluation of the function on his sensitive plain data. For a cloud user, the applications are numerous, and reconcile both a rich user experience and a strong privacy protection.The first fully homomorphic encryption (FHE) scheme, able to handle an arbitrary number of additions and multiplications on ciphertexts, has been proposed by Gentry in 2009.In homomorphic encryption schemes, the executed function is typically represented as an arithmetic circuit. In practice, any circuit can be described as a set of successive operation gates, each one being either a sum or a product performed over some ring.In Gentry’s construction, based on lattices, each ciphertext is associated with some noise, which grows at each operation (addition or multiplication) done throughout the evaluation of the function. When this noise reaches a certain limit, decryption is not possible anymore.To overcome this limitation, closely related to the number of operations that the HE.Eval procedure can handle, Gentry proposed in a technique of noise refreshment called“bootstrapping”.The main idea behind this bootstrapping procedure is to homomorphically run the decryptionprocedure of the scheme on the ciphertext, using an encrypted version of the secret key. In this context, our contribution is twofold. We first prove that the lmax-minimizing bootstrapping problem is APX-complete and NP-complete for lmax ≥ 3. We then propose a new method to determine the minimal number of bootstrappings needed for a given FHE scheme and a given circuit.We use linear programming to find the best outcome for our problem. The main advantage of our method over the previous one is that it is highly flexible and can be adapted for numerous types of homomorphic encryption schemes and circuits.Computing a kernel element of a matrix is a fundamental kernel in many computer algebra and cryptography algorithms. Especially, many applications produces matrices with many matrix elements equals to 0.Those matrices are named sparse matrices. Sparse linear algebra is fundamentally relying on iterative approaches such as Wiedemann or Lanczos. The main idea is to replace the direct manipulation of a sparse matrix with its Krylov subspace. In such approach, the cost is therefore dominated by the computation of the Krylov subspace, which is done by successive product of a matrix by a vector or a dense matrix.Modern processor unit characteristics (SIMD, multicores, caches hierarchy, ...) greatly influence algorithm design.In this context our work deal with the best approach to design efficient implementation of sparse matrix vector product for modern processors.We propose a new sparse matrix format dealing with the many +-1 matrix elements to improve performance.We propose a parallel implementation based on the work stealing paradigm that provide a good scaling on multicores architectures.We study the impact of SIMD instructions on sparse matrix operations.Finally, we provide a modular arithmetic implementation based on residue number system to deal with sparse matrix vector product over multiprecision finite fields

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Karpman, Pierre. "Analyse de primitives symétriques." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX095/document.

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Cette thèse a pour objet d'étude les algorithmes de chiffrement par blocet les fonctions de hachage cryptograpiques, qui sont deux primitives essentielles de la cryptographie dite «symétrique».Dans une première partie, nous étudions des éléments utiles pour la conception de chiffres par bloc: tout d'abord des matrices de diffusion de grande dimension issues de codes correcteurs géométriques, puis une boîte de substitution offrant une bonne diffusion. Dans le second cas, nous montrons aussi comment utiliser cet élément pour construire un chiffre compact et efficace sur petits processeurs.Dans une seconde partie, nous nous intéressons à des attaques en collision à initialisation libre sur la fonction de hachage SHA-1. Nous montrons comment les attaques classiques sur cette fonction peuvent être rendues plus efficaces en exploitant la liberté supplémentaire offerte par ce modèle. Ceci nous permet en particulier de calculer explicitement des collisions pour la fonction de compression de SHA-1 non réduite
This thesis is about block ciphers and cryptographic hash functions, which are two essential primitives of symmetric-key cryptography. In the first part of this manuscript, we study useful building blocks for block cipher design. We first consider large diffusion matrices builtfrom algebraic-geometry codes, and then construct a small S-box with good diffusion. In the second case, we show how the S-box can be used to define a compact and efficient block cipher targetting small processors. In the second part, we focus on the SHA-1 hash function, for which we develop a free start collision attack. We show how classical collision attacks can be made more efficient by exploiting the additional freedom provided by the model. This allows us in particular to compute explicit collisions for the full compression function of SHA-1

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Дисертації з теми "CRYPTOGRAPHI"

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