Les analyses par canaux auxiliaires exploitent les fuites physiques des systèmes embarqués. Ces attaques représentent une réelle menace; c’est pourquoi différentes contre-mesures ont été développées. Cette thèse s’intéresse à la sécurité fournie par ces contre-mesures. Nous étudions leur sécurité dans le contexte où de multiples fuites sont présentes. Il arrive que plusieurs fuites de plusieurs variables puissent être exploitées lors d’analyses par canaux auxiliaires. Dans cette thèse nous présentons la méthode optimale pour exploiter les fuites d’une unique variable. Nous étudions ensuite comment de telles méthodes de réduction de dimensionnalité peuvent être appliquées dans le cas d’implémentations protégées. Nous montrons que ces méthodes voient leur efficacité augmentée avec le niveau de sécurité de l’implémentation. Nous montrons dans cette thèse comment exploiter les fuites de multiples variables pour améliorer les résultats d’analyses par canaux auxiliaires. Nous améliorons en particulier les attaques contre les schémas de masquage avec recalcul de table. Dans ce contexte nous présentons l’attaque optimale. Dans le cas où les schémas avec recalcul de table sont protégés nous montrons que le principal paramètre pour évaluer la sécurité des schémas de masquage, c’est-à-dire l’ordre n’est pas suffisant. Pour finir nous étudions de façon théorique la meilleure attaque possible en présence de masquage et de « shuffling » ce qui généralise le précédent cas d’étude. Dans ce cas nous montrons que l’attaque optimale n’est pas calculable. Pour y remédier, nous présentons une version tronquée de l’attaque optimale avec une meilleure efficacité calculatoire. / Side Channel Attacks are a classical threat against cryptographic algorithms in embedded systems. They aim at exploiting the physical leakages unintentionally emitted by the devices during the execution of their embedded programs to recover sensitive data. As such attacks represent a real threat against embedded systems different countermeasures have been developed. In thesis we investigate their security in presence of multiple leakages. Indeed there often are in the leakage measurements several variables which can be exploited to mount Side Channel Attacks. In particular we show in this thesis the optimal way to exploit multiple leakages of a unique variable. This dimensionality reduction comes with no loss on the overall exploitable information. Based on this result we investigate further how such dimensionality reduction methodscan be applied in the case of protected implementations. We show that the impact of such methods increases with the security “level” of the implementation. We also investigate how to exploit the leakages of multiplevariables in order to improve the results of Side Channel Analysis. We start by improving the attacks against masking schemes, with a precomputed table recomputation step. Some protections have been developed to protect such schemes. As a consequence we investigate the security provided by these protections. In this context we present results which show that the main parameter to evaluate the security of the masking schemes is not sufficient to estimate the global security of the implementation. Finally we show that in the context of masking scheme with shuffling the optimal attack is not computable. As a consequence we present a truncated version of this attack with a better effectiveness.

Cette thèse aborde la conception et les contremesures permettant d'améliorer le calcul cryptographique matériel léger. Parce que la cryptographie (et la cryptanalyse) sont de nos jours de plus en plus omniprésentes dans notre vie quotidienne, il est crucial que les nouveaux systèmes développés soient suffisamment robustes pour faire face à la quantité croissante de données de traitement sans compromettre la sécurité globale. Ce travail aborde de nombreux sujets liés aux implémentations cryptographiques légères. Les principales contributions de cette thèse sont : - Un nouveau système d'accélération matérielle cryptographique appliqué aux codes BCH ; - Réduction de la consommation des systèmes embarqués et SoCs ; - Contre-mesures légères des attaques par canal auxiliaire applicables à l'algorithme de chiffrement reconfigurable AES ;- CSAC : Un pare-feu sécurisé sur la puce cryptographique ; - Attaques par analyse fréquentielle ; - Un nouveau protocole à divulgation nulle de connaissance appliquée aux réseaux de capteurs sans fil ; - OMD : Un nouveau schéma de chiffrement authentifié. / This thesis addresses lightweight hardware design and countermeasures to improve cryptographic computation. Because cryptography (and cryptanalysis) is nowadays becoming more and more ubiquitous in our daily lives, it is crucial that newly developed systems are robust enough to deal with the increasing amount of processing data without compromising the overall security. This work addresses many different topics related to lightweight cryptographic implementations. The main contributions of this thesis are: - A new cryptographic hardware acceleration scheme applied to BCH codes; - Hardware power minimization applied to SoCs and embedded devices; - Timing and DPA lightweight countermeasures applied to the reconfigurable AES block cipher; - CSAC: A cryptographically secure on-chip firewall; - Frequency analysis attack experiments; - A new zero-knowledge zero-knowledge protocol applied to wireless sensor networks; - OMD: A new authenticated encryption scheme.

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