L’émergence d’internet et l’amélioration des infrastructures de com- munication ont considérablement encouragé l’explosion des flux d’in- formations au niveau mondial. Cette évolution a été accompagnée par l’apparition de nouveaux besoins et de nouvelles attentes de la part des consommateurs. Communiquer avec ses proches ou ses collaborateurs, stocker des documents de travail, des fichiers mul- timédia, utiliser des services innovants traitant nos documents per- sonnels, tout cela se traduit immanquablement par le partage, avec des tiers, d’informations potentiellement sensibles. Ces tiers, s’ils ne sont pas de confiance, peuvent réutiliser à notre insu les données sensibles que l’on leur a confiées. Dans ce contexte, le chiffrement homomorphe apporte une bonne solution. Il permet de cacher aux yeux des tiers les données qu’ils sont en train de manipuler. Cependant, à l’heure actuelle, le chif- frement homomorphe reste complexe. Pour faire des opérations sur des données de quelques bits (données en clair), il est nécessaire de manipuler des opérandes sur quelques millions de bits (données chiffrées). Ainsi, une opération normalement simple devient longue en termes de temps de calcul. Dans cette étude, nous avons cherché à rendre le chiffrement ho- momorphe plus pratique en concevant un accélérateur spécifique. Nous nous sommes basés sur une approche de type co-conception logicielle/matérielle utilisant l’algorithme de Karatsuba. En particulier, notre approche est compatible avec le batching, qui permet de sto- cker plusieurs bits d’informations dans un même chiffré. Notre étude démontre que le batching peut être implémenté sans surcoût important comparé à l’approche sans batching, et permet à la fois de réduire les temps de calcul (calculs effectués en parallèle) et de réduire le rapport entre la taille des données chiffrées et des données en clair. / The emergence of internet and the improvement of communica- tion infrastructures have considerably increased the information flow around the world. This development has come with the emergence of new needs and new expectations from consumers. Communicate with family or colleagues, store documents or multimedia files, using innovative services which processes our personal data, all of this im- plies sharing with third parties some potentially sensitive data. If third parties are untrusted, they can manipulate without our agreement data we share with them. In this context, homomorphic encryption can be a good solution. Ho- momorphic encryption can hide to the third parties the data they are processing. However, at this point, homomorphic encryption is still complex. To process a few bits of clear data (cleartext), one needs to manage a few million bits of encrypted data (ciphertext). Thus, a computation which is usually simple becomes very costly in terms of computation time. In this work, we have improved the practicability of homomorphic en- cryption by implementing a specific accelerator. We have followed a software/hardware co-design approach with the help of Karatsuba algorithm. In particular, our approach is compatible with batching, a technique that “packs" several messages into one ciphertext. Our work demonstrates that the batching can be implemented at no important additional cost compared to non-batching approaches, and allows both reducing computation time (operations are processed in parallel) and the ciphertext/cleartext ratio.

Le comptage de points de courbes algébriques est une primitive essentielle en théorie des nombres, avec des applications en cryptographie, en géométrie arithmétique et pour les codes correcteurs. Dans cette thèse, nous nous intéressons plus particulièrement au cas de courbes hyperelliptiques définies sur des corps finis de grande caractéristique $p$. Dans ce cas de figure, les algorithmes dérivés de ceux de Schoof et Pila sont actuellement les plus adaptés car leur complexité est polynomiale en $\log p$. En revanche, la dépendance en le genre $g$ de la courbe est exponentielle et se fait cruellement sentir même pour $g=3$. Nos contributions consistent principalement à obtenir de nouvelles bornes pour la dépendance en $g$ de l'exposant de $\log p$. Dans le cas de courbes hyperelliptiques, de précédents travaux donnaient une borne quasi-quadratique que nous avons pu ramener à linéaire, et même constante dans le cas très particuliers de familles de courbes dites à multiplication réelle (RM). En genre $3$, nous avons proposé un algorithme inspiré de ceux de Schoof et de Gaudry-Harley-Schost dont la complexité, en général prohibitive, devient très raisonnable dans le cas de courbes RM. Nous avons ainsi pu réaliser des expériences pratiques et compter les points d'une courbe hyperelliptique de genre $3$ pour un $p$ de 64 bits / Counting points on algebraic curves has drawn a lot of attention due to its many applications from number theory and arithmetic geometry to cryptography and coding theory. In this thesis, we focus on counting points on hyperelliptic curves over finite fields of large characteristic $p$. In this setting, the most suitable algorithms are currently those of Schoof and Pila, because their complexities are polynomial in $\log q$. However, their dependency in the genus $g$ of the curve is exponential, and this is already painful even in genus 3. Our contributions mainly consist of establishing new complexity bounds with a smaller dependency in $g$ of the exponent of $\log p$. For hyperelliptic curves, previous work showed that it was quasi-quadratic, and we reduced it to a linear dependency. Restricting to more special families of hyperelliptic curves with explicit real multiplication (RM), we obtained a constant bound for this exponent.In genus 3, we proposed an algorithm based on those of Schoof and Gaudry-Harley-Schost whose complexity is prohibitive in general, but turns out to be reasonable when the input curves have explicit RM. In this more favorable case, we were able to count points on a hyperelliptic curve defined over a 64-bit prime field

En 1978, McEliece introduit un schéma de chiffrement à clé publique issu de la théorie des codes correcteurs d’erreurs. L’idée du schéma de McEliece est d’utiliser un code correcteur dont lastructure est masquée, rendant le décodage de ce code difficile pour toute personne ne connaissant pas cette structure. Le principal défaut de ce schéma est la taille de la clé publique. Dans ce contexte, on se propose d'étudier l'utilisation de codes dont on connaît une représentation compacte, en particulier le cas de codes quais-cyclique ou quasi-dyadique. Les deux familles de codes qui nous intéressent dans cette thèse sont: la famille des codes alternants et celle des sous--codes sur un sous--corps de codes géométriques. En faisant agir un automorphisme $sigma$ sur le support et le multiplier des codes alternants, on saitqu'il est possible de construire des codes alternants quasi-cycliques. On se propose alors d'estimer la sécurité de tels codes à l'aide du textit{code invariant}. Ce sous--code du code public est constitué des mots du code strictement invariant par l'automorphisme $sigma$. On montre ici que la sécurité des codes alternants quasi-cyclique se réduit à la sécurité du code invariant. Cela est aussi valable pour les sous—codes sur un sous--corps de codes géométriques quasi-cycliques. Ce résultat nous permet de proposer une analyse de la sécurité de codes quasi-cycliques construit sur la courbe Hermitienne. En utilisant cette analyse nous proposons des clés compactes pour la schéma de McEliece utilisant des sous-codes sur un sous-corps de codes géométriques construits sur la courbe Hermitienne. Le cas des codes alternants quasi-dyadiques est aussi en partie étudié. En utilisant le code invariant, ainsi que le textit{produit de Schur}et le textit{conducteur} de deux codes, nous avons pu mettre en évidence une attaque sur le schéma de McEliece utilisant des codes alternants quasi-dyadique de degré $2$. Cette attaque s'applique notamment au schéma proposé dans la soumission DAGS, proposé dans le contexte de l'appel du NIST pour la cryptographie post-quantique. / In 1978, McEliece introduce a new public key encryption scheme coming from errors correcting codes theory. The idea is to use an error correcting code whose structure would be hidden, making it impossible to decode a message for anyone who do not know a specific decoding algorithm for the chosen code. The McEliece scheme has some advantages, encryption and decryption are very fast and it is a good candidate for public-key cryptography in the context of quantum computer. The main constraint is that the public key is too large compared to other actual public-key cryptosystems. In this context, we propose to study the using of some quasi-cyclic or quasi-dyadic codes. In this thesis, the two families of interest are: the family of alternant codes and the family of subfield subcode of algebraic geometry codes. We can construct quasi-cyclic alternant codes using an automorphism which acts on the support and the multiplier of the code. In order to estimate the securtiy of these QC codes we study the em{invariant code}. This invariant code is a smaller code derived from the public key. Actually the invariant code is exactly the subcode of code words fixed by the automorphism $sigma$. We show that it is possible to reduce the key-recovery problem on the original quasi-cyclic code to the same problem on the invariant code. This is also true in the case of QC algebraic geometry codes. This result permits us to propose a security analysis of QC codes coming from the Hermitian curve. Moreover, we propose compact key for the McEliece scheme using subfield subcode of AG codes on the Hermitian curve. The case of quasi-dyadic alternant code is also studied. Using the invariant code, with the em{Schur product} and the em{conductor} of two codes, we show weaknesses on the scheme using QD alternant codes with extension degree 2. In the case of the submission DAGS, proposed in the context of NIST competition, an attack exploiting these weakness permits to recover the secret key in few minutes for some proposed parameters.

Dans cette thèse nous étudions les possibilités que les chiffrements basés sur l’identité offrent quand ils sont utilisés dans un but différent qu’un simple chiffrement. Nous avons pu généraliser différents types de chiffrement basés sur l’identité en une nouvelle primitive nommé Downgradable Identity-based Encryption (DIBE). Nous avons trouvé un moyen générique de transformer de simple IBE en des IBE en blanc, dans le cas où l’IBE est affine nous rendons le coût de communication très faible (de linéaire à logarithmique). Ces deux primitives ont donné lieux à différentes applications : les chiffrements basés sur les attributs pour la première et le transfère inconscient pour la deuxième. Une autre application est l’utilisation d’IBE hiérarchiques pour créer des signatures à vérifieur désigné basées sur l’identité. Ensuite nous avons regardé le transfère inconscient seul et avons réussi à le généraliser en un nouveau protocole nommé Oblivious Language-based Envelope. Finalement, nous avons construit une transformation d’un protocole à un autre, d’un échange authentifié de clés par mot de passe nous avons construit un transfère inconscient. En prenant une instanciation particulière nous obtenons un protocole plus efficace que tous les précédents pour le même niveau de sécurité. La primitive chiffrement basé sur l’identité est notre outil principal pour réaliser nos constructions. Nous avons donc besoin d’une instanciation efficace de cette primitive. Nous avons utilisé celle de Blazy Kiltz et Pan à CRYPTO’14 qui est très efficace mais possède aussi une structure particulière dite affine. / During this Thesis we investigated the possibilities that Identity-based Encryption offers when used out of their original purpose. We managed to generalize a whole class of different identity-based encryption schemes into Downgradable Identity-based Encryptions. We found a generic way to construct Blind Identity-based Encryptions. These two works leads both to applications that are not a priori linked with IBE: Attribute-based Encryption from Downgradable IBE and Oblivious Transfer for Blind IBE, in the case of Affine IBE we manage to reduce the communication cost from a linear to logarithmic. As application we also find a way to use Hierarchical IBE to construct a special type of signature called Identity-based Designated Verifier Signature. We continue the research out of the context of IBE's application with Oblivious Transfer. We manage to generalize the concept of Oblivious Transfer into a new protocol called Oblivious Language-based Envelope encompassing many kind of protocols. Finally, in the image of the whole Thesis we construct Oblivious Transfer with a very different primitive called Password Authenticated Key Exchange. Surprisingly, with some optimizations this last transformation leads to a very efficient Oblivious Transfer Protocol. The Identity-based Encryption is our main basis of work, thus efficient instantiations of this primitive were the key of our own efficiency, thus we used the instanciation from the paper of Blazy et als at crypto 2014 which is efficient, tight secure and affine.

Les codes localement corrigibles ont été introduits dans le but d'extraire une partie de l'information contenue dans un mot de code bruité, en effectuant un nombre limité de requêtes à ses symboles, ce nombre étant appelé la localité du code. Ces dernières années ont vu la construction de trois familles de tels codes, dont la localité est sous-linéaire en la taille du message, et le rendement est arbitrairement grand. Ce régime de paramètres est particulièrement intéressant pour des considérations pratiques.Dans cette thèse, nous donnons une rapide revue de littérature des codes localement corrigibles, avant d'en proposer un modèle combinatoire générique, à base de block designs. Nous définissons et étudions ensuite un analogue, dans le cas projectif, des relèvements affine de codes introduits par Guo, Kopparty et Sudan. Nous établissons par ailleurs plusieurs liens entre ces deux familles, pour finir par une analyse précise de la structure monomiale de ces codes dans le cas du relèvement plan.Une deuxième partie de la thèse se focalise sur l'application de ces codes à deux protocoles cryptographiques. D'abord, nous proposons un protocole de récupération confidentielle d'information (private information retrieval, PIR) à partir de codes basés sur des designs transversaux, dont la taille des blocs s'apparente à la localité d'un code localement corrigible. Les protocoles ainsi construits ont l'avantage de n'exiger aucun calcul pour les serveurs, et de présenter une faible redondance de stockage ainsi qu'une complexité de communication modérée. Ensuite, nous donnons une construction générique de preuve de récupérabilité (proof of retrievability, PoR) à base de codes admettant une riche structure d'équations de parité à petit poids. Nous en donnons finalement une analyse de sécurité fine ainsi que plusieurs instanciations fondées sur des codes à propriétés locales. / Locally correctable codes (LCCs) were introduced in order to retrieve pieces of information from a noisy codeword, by using a limited number of queries to its symbols, this number being called the locality. Three main families of LCCs reaching sublinear locality and arbitrarily high rate have been built so far. This specific range of parameters is of particular interest concerning practical applications of LCCs.In this thesis, after giving a state of the art for LCCs, we study how they can be built using block designs. We then give an analogue over projective spaces of the family of affine lifted codes introduced by Guo, Kopparty and Sudan. We exhibit several links between both families, and we give a precise analysis of the monomial structure of the code in the case of the lifting of order 2.The second part of the thesis focuses on the application of these codes to two cryptographic protocols. We first build a new private informatin retrieval (PIR) protocol from codes based on transversal designs, whose block size defines the locality of the code. Our construction features no computation on the server side, low storage overhead and moderate communication complexity. Then, we propose a new generic construction of proof-of-retrievability (PoR) that uses codes equipped with an elaborate structure of low-weight parity-check equations. We give a rigorous analysis of the security of our scheme, and we finally propose practical instantiations based on codes with locality.