For Siemens Industrial Turbomachinery to meet its business objectives a modular authentication concept has to be implemented. Such a mechanism must be cost- effective while providing a well-balanced level of security, easy maintenance and be as user-friendly as possible. Authenticating users securely involves the combination of two fields, theory of authentication mechanisms in information systems and human computer interaction. To construct a strong user authentication system the correlations of these fields has to be understood and provide guidance in the design. Strong user authentication mechanisms enforce the use of two-factor authentication or more. The combinations implemented rely on knowledge, possession and sometimes logical-location. A user authentication system has been implemented using leading industrial products as building blocks glued together with security analysis, programming and usability research. The thesis is divided into two parts, the first part giving the theoretical background of cryptography, authentication theory and protocols needed for the understanding of the second part, providing security analysis, blueprints, and detailed discussions on the implemented system. Conclusions have been drawn regarding the implemented system and its context as well as from strict theoretical reasoning regarding the authentication field in general. Conclusions include: · The unsuitability of remote authentication using biometrics · The critical importance of client security in remote authentication · The importance of a modular structure for the security of complex network-based systems

This master’s thesis investigates the technology and security awareness associated with wireless networks (WLAN). It has been stated by the media and theories that many wireless networks are unprotected. This has sparked an interest to investigate the phenomenon in the Jonkoping region. The study is based on the following research questions: - What security weaknesses are present with the WLAN-technology and how can these be avoided? - How does the wireless infrastructure in the Jonkoping region look like? - Why do companies implement the WLAN-technology? - Are the companies aware of the risks involved with WLAN? We conducted this study in three steps; the first step was to hack a wireless network in a controlled environment in order to investigate the weaknesses of the commonly used security measures. The second step of the study was to scan the wireless networks in Jonkoping, Gnosjo and Nassjo in order to create a picture of the wireless infrastructure of the region. The third step of the study was to contact companies that we found in the second step for interviews to investigate their awareness of the technology and its weaknesses. We found that WLANs and their security measures have weaknesses. The commonly used WEP encryption can quite easily be broken and can lure users into a false sense of security. The study shows that companies are aware of this weakness, but use the encryption be-cause it offers a good level of usability and security. It is a compromise between usability and security. Usability is one of the major factors for companies when implementing wireless networks, companies strive for mobility, easy access and ease of use, which the WLAN technology offers. This has lead to an extended wireless infrastructure in cities within the region where one, with ease, can find wireless networks outside buildings. We have noticed an increase in the security awareness as our empirical findings differ from earlier research conducted in other cities. When these studies are compared you can see a trend where the number of unprotected networks decreases. Our contribution to increased wireless security is a checklist of possible security measures to minimize the security threats. / Denna magisteruppsats undersöker tekniken och säkerhetsmedvetandet gällande trådlösa nätverk (WLAN). Då det tidigare uppmärksammats i media och teori att många trådlösa nätverk står oskyddade har detta skapat intresse att undersöka fenomenet i Jönköpingsregionen. Studien baseras på följande frågeställningar: - Vilka säkerhetsluckor finns i WLAN och hur kan dessa undvikas? - Hur ser WLAN-infrastrukturen ut i Jönköpingsregionen? - Varför implementerar företag WLAN-tekniken? - Är företag medvetna om riskerna med trådlösa nätverk? För att skapa en helhetsbild har vi genomfört studien i tre steg varav vi, i det första steget, genomfört dataintrång i en kontrollerad miljö för att undersöka svagheterna med säkerhetsfunktionerna som används i trådlösa nätverk. I det andra steget undersökte vi med hjälp av bärbar dator trådlösa nätverk i Jönköping, Gnosjö och Nässjö. Detta för att skapa oss en uppfattning om hur WLAN-infrastrukturen ser ut i dagsläget. Steg tre innebar intervjuer med företag som vi funnit i samband med steg två rörande deras medvetenhet om tekniken och dess brister. Teorin och vår empiri gav oss underlag att dra slutsatser utifrån våra frågeställningar. Vi fann att WLAN och dess säkerhetsfunktioner har vissa sårbarheter. Den mest förekommande krypteringstekniken, WEP, kan dekrypteras tämligen enkelt och kan vagga in användarna i en falsk säkerhet. Studien visar att företagen är medvetna om detta, men att det handlar om en medveten kompromiss mellan användarvänlighet och säkerhet. Användarvänligheten står till grund för varför företagen väljer att implementera den trådlösa tekniken. Företag eftersträvar mobilitet, smidighet och enkel access, vilket den trådlösa tekniken erbjuder. Detta har lett till en utökad trådlös infrastruktur i städer runtom i regionen där man med lätthet kan hitta trådlösa nätverk utanför byggnader. Vi har noterat ett ökat säkerhetsmedvetande då våra empiriska resultat skiljer sig något från tidigare undersökningar i andra städer. När dessa ställs mot varandra anar man en trend där antalet oskyddade trådlösa nätverk minskar. Vårt bidrag till ökad trådlös säkerhet är en checklista med möjliga åtgärder för att minimera säkerhetsriskerna.

Les systèmes cryptographiques à base de courbes elliptiques sont aujourd'hui de plus en plus employés dans les protocoles utilisant la cryptographie à clef publique. Ceci est particulièrement vrai dans le monde de l'embarqué qui est soumis à de fortes contraintes de coût, de ressources et d'efficacité, car la cryptographie à base de courbes elliptiques permet de réduire significativement la taille des clefs utilisées par rapport aux systèmes cryptographiques précédemment employés tels que RSA (Rivest-Shamir-Adleman). Les travaux qui suivent décrivent dans un premier temps l'implantation efficace et sécurisée de la cryptographie à base de courbes elliptiques sur des composants embarqués, en particulier des cartes à puce. La sécurisation de ces implantations nécessite de prendre en compte les attaques physiques dont un composant embarqué peut être la cible. Ces attaques incluent notamment les analyses par canaux auxiliaires qui consistent à observer le comportement d'un composant pendant qu'il manipule une valeur secrète pour en déduire de l'information sur celle-ci, et les analyses par faute dans lesquelles un attaquant peut perturber un composant dans le même but.Dans la seconde partie de ce mémoire de thèse, nous étudions ces attaques et leurs implications concernant l'implantation des systèmes cryptographiques à clef publique les plus répandus. De nouvelles méthodes d'analyse et de nouvelles contre-mesures sont en particulier proposées. Une étude spécifique de certaines attaques appliquées à l'algorithme de chiffrement par bloc AES est également présentée. / Elliptic curve based cryptosystems are nowadays increasingly used in protocols involving public-key cryptography. This is particularly true in the context of embedded devices which is subject to strong cost, resources, and efficiency constraints, since elliptic curve cryptography requires significantly smaller key sizes compared to other commonly used cryptosystems such as RSA.The following study focuses in a first time on secure and efficient implementation of elliptic curve cryptography in embedded devices, especially smart cards. Designing secure implementations requires to take into account physical attacks which can target embedded devices. These attacks include in particular side-channel analysis which may infer information on a secret key manipulated by a component by monitoring how it interacts with its environment, and fault analysis in which an adversary can disturb the normal functioning of a device in the same goal.In the second part of this thesis, we study these attacks and their impact on the implementation of the most used public-key cryptosystems. In particular, we propose new analysis techniques and new countermeasures for these cryptosystems, together with specific attacks on the AES block cipher.

La cryptographie basée sur les réseaux a connu depuis quelques années un très fort développement notamment du fait qu’il existe des systèmes cryptographiques basés sur les réseaux avec des propriétés de sécurité plus fortes que dans les cas plus classiques de théorie des nombres. Les problèmes difficiles des réseaux, par exemple le problème de trouver des vecteurs courts non nuls, semblent résister aux attaques utilisant des ordinateurs quantiques et les meilleurs algorithmes qui existent pour les résoudre sont exponentiels en fonction du temps. L’objet de cette thèse est la construction de primitives cryptographiques à clé publique pour l’ano- nymat dont la sécurité repose sur des problèmes difficiles des réseaux.Nous nous intéressons aux schémas de signature de cercle. Tout d’abord, nous proposons une nouvelle définition d’anonymat et nous exposons un nouveau schéma de signature de cercle. Ensuite, nous donnons une étude de sécurité rigoureuse suivant deux définitions de résistance la contrefaçon. La première est la résistance à la contrefaçon contre les attaques à sous-cercles choisis et la deuxième est la résistance à la contrefaçon contre les attaques de corruption interne.Nous présentons ensuite un nouveau schéma d’identification de cercle et nous développons une analyse complète de sa sécurité. Enfin, nous montrons que les techniques utilisées pour construire le schéma précédent peuvent être utilisées pour construire un schéma d’identification de cercle à seuil. / Lattice-based cryptography has known during the last decade rapid develop- ments thanks to stronger security properties. In fact, there exist lattice-based cryp- tographic systems whose security is stronger than those based on the conventional number theory approach. The hard problems of lattices, for example the problem of finding short non-zero vectors, seems to resist quantum computers attacks. Mo- reover, the best existing algorithms solving them are exponential in time. The pur- pose of this thesis is the construction of public key cryptographic primitives for anonymity, whose security is based on the latter.In particular, we are interested in ring signature schemes. First, we propose a new formal definition of anonymity and we present a new ring signature scheme. Second, we give a rigorous study of security, following two definitions of unfor- geability. The first of which is unforgeability against chosen-subring attacks and the other one is unforgeability with respect to insider corruption.Afterwards, we present a new ring identification scheme and we develop a full analysis of its security. Finally, we show that the techniques used to build this scheme, can be used to construct a threshold ring identification scheme.

Les techniques de chiffrement les plus utilisées en cryptographie, basées sur des problèmes de théorie des nombres, présentent malgré leur efficacité des défauts notamment une vulnérabilité aux attaques menées à l'aide d'ordinateur quantiques. Il est donc pertinent d'étudier d'autres familles de cryptosystèmes. Nous nous intéressons ici aux cryptosystèmes basés sur les codes correcteurs, introduits par McEliece en 1978 qui, étant basés sur des problèmes difficiles de théorie des codes, ne présentent pas cette vulnérabilité. Ces cryptosystèmes présentent des inconvénients, qui font qu'ils sont peu utilisés en pratique. Selon le code choisi, ils peuvent être vulnérables aux attaques structurelles, mais surtout ils nécessitent des clés de taille très importante.Récemment une nouvelle famille de codes appelés codes MDPC a été introduite ainsi qu'un cryptosystème basé sur cette famille de codes. Les codes MDPC semblent être distinguables seulement en trouvant des mots de poids faibles dans leur dual, les affranchissant ainsi d'une éventuelle vulnérabilité aux attaques structurelles. De plus, en utilisant une des matrices quasi-cycliques, ils obtiennent des clés de taille très compacte.Nous avons pour notre part, travaillé dans le contexte de la métrique rang, une nouvelle métrique introduite en 1985 par Gabidulin qui semble bien adaptée à une utilisation en cryptographie :• Nous avons commencé par travailler autour de la notion de polynôme de Ore et le cas particulier important des q-polynômes. Ces derniers sont des combinaisons linéaires des itérés de l'automorphisme de Frobenius sur un corps fini.Ces polynômes constituent un objet d'étude important en métrique rang, de par leur utilisation dans les premiers cryptosystèmes dans cette métrique. Nous présentons sous une nouvelle forme des résultats déjà connus, et de nouveaux algorithmes pour le calcul du PGCD de deux polynômes de Ore et le calcul des résultants et sous-résultants de polynômes de Ore (ainsi que de polynômes usuels en généralisant au calcul des sous-résultants la formule déjà connue pour les résultants) en utilisant une matrice de multiplication à droite plus petite que la matrice de Sylvester utilisée habituellement.Ces résultats peuvent être réexploités indirectement dans le cryptosystème présenté par la suite bien que celui-ci ne soit pas basé sur les q-polynômes.• La partie suivante de notre travail est consacrée à l'introduction d'une nouvelle famille de codes en métrique rang appelés codes LRPC (pour Low Rank Parity Check codes). Ces codes ont la particularité d'avoir une matrice de parité de poids rang faible (et peuvent donc être vus comme une généralisation des codes LDPC ou MDPC à la métrique rang).Nous présentons le cryptosystème LRPC, un cryptosystème de type Mc Eliece en métrique rang basé sur les codes LRPC. Ces codes sont très peu structurés et sont donc vraisemblablement résistants aux attaques structurelles. La matrice de parité peut être choisie doublement circulante (on parle alors de codes DC-LRPC) ce qui diminue considérablement la taille de la clé.Ainsi, le cryptosystème DC-LRPC cumule les avantages d'offrir une bonne sécurité en étant basé sur un problème difficile (comme tous les cryptosystèmes basés sur les codes correcteurs), d'être faiblement structurés, de disposer d'une clé de taille assez petite (quelques milliers de bits au plus) et d'un algorithme de décodage efficace.Une attaque a été trouvée dans le cas du cryptosystème DC-LRPC. Cette attaque basée sur la notion de code replié permet de baisser significativement la sécurité du cryptosystème dans le cas où le polynôme X^(k-1)+X^(k-2)+⋯+1 est scindable (k désignant la dimension du code). Cependant ce n'est pas le cas pour les paramètres présentés où le cryptosystème reste valide. / The most commonly used encryption techniques in cryptography are based on problems in number theory. Despite their efficiency, they are vulnerable to post-quantum cryptographic attack. Therefore it is relevant to study other types of cryptosystems. In this work we study error-corrector codes based cryptosystmems, introduced by McEliece in 1978 ; being based on hard problems in coding theory, these cryptosystems do not have this weakness. However these cryptosystems are almost not used in practice because they are vulnerable to strucural attacks and they require a key with very big length. Recently a new family of codes named MDPC codes has been introduced as well as a cryptosystem that is based on these codes. It seems that MDPC codes are distinguishable only by finding words with weak weight in their dual, thus preventing them from structural attacks. Furthermore, they can have compact keys by using quasi-cyclic matrices.In the present paper we use the rank metric, a new metric for codes that was introduced by Gabidulin in and seems suited for a cryptographic use :• At first we studied Ore Polynomials and the special case of q-polynomials , the latter being iterates of the Fobenius automorphism on a finite field.These polynomials are widely in rank metric due to their use in the first code-based cryptosystems in rank metric. We reformulate already known results and give new results regarding the computation of GCD, resultants and subresultants of two Ore polynomials (as well as usual polynomials for which we give a generalization of the resultant computation to subresultants) using a right-hand multiplication matrix which is smaller than the well-known Sylvester matrix.These results may be reused in the cryptosystem we introduce in the next chapters, though this cryptosystem is not based on q-polynomials.• In the next part of our work we define the LRPC codes (for Low Rank Parity Check Codes), a new family of codes in rank metric. These codes have a parity check matrix whose rank weight is low (and thus they can be seen as a generalization of LDPC or MDPC codes to rank metric).We present the LRPC cryptosystem, a McEliece cryptosystem in rank metric based on LRPC codes. These codes are weakly structured and so are likely to resist structural attacks. We can choose a double-circulant parity check matrix which greatly lowers the key size (we name these particular codes DC-LRPC codes).Thus the DC-LRPC cryptosystems have a good security (being based on a hard problem in coding theory), are weakly structured, have small public keys and can be quickly decoded.An attack was found for DC-LRPC cryptosystem. This attack relies on folded codes and may greatly lower the security of the cryptosystem, however it works only when the polynomial X^(k-1)+X^(k-2)+⋯+1 has a divisor with big degree. We give parameters for which the cryptosystem remains valid.

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

Cette thèse porte sur les liens entre les codes correcteurs d'erreurs et les matrices de diffusion linéaires utilisées en cryptographie symétrique. L'objectif est d'étudier les constructions possibles de codes MDS additifs définis sur le groupe (Fm2, +) des m-uplets binaires et de minimiser le coût de l'implémentation matérielle ou logicielles de ces matrices de diffusion. Cette thèse commence par l'étude des codes définis sur un anneau de polynômes du type F[x]/f(x), qui généralisent les codes quasi-cycliques. Elle se poursuit par l'étude des codes additifs systématiques définis sur (Fm2, +) et leur lien avec la diffusion linéaire en cryptographie symétrique. Un point important de la thèse est l'introduction de codes à coefficient dans l'anneau des endomorphismes de Fm2. Le lien entre les codes qui sont des sous-modules à gauche et les codes additifs est mis en évidence. La dernière partie porte sur l'étude et la construction de matrices de diffusion MDS ayant de bonnes propriétés pour la cryptographie, à savoir les matrices circulantes, les matrices dyadiques, ainsi que les matrices ayant des représentations creuses minimisant leur implémentation. / This PhD focuses on the links between error correcting codes and diffusion matrices used in cryptography symmetric. The goal is to study the possible construction of additives MDS codes defined over the group (Fm2, +) of binary m-tuples and minimize cost of hardware or software implementation of these diffusion matrices. This thesis begins with the study of codes defined over the polynomial ring F[x]/f(x), these codes are a generalization of quasi-cyclic codes, and continues with the study of additive systematic codes over (Fm2, +) and there relation with linear diffusion on symmetric cryptography. An important point of this thesis is the introduction of codes with coefficients in the ring of endomorphisms of Fm2. The link between codes which are a left-submodules and additive codes have been identified. The last part focuses on the study and construction of efficient diffusion MDS matrices for the cryptographic applications, namely the circulantes matrices, dyadic matrices, and matrices with hollow representation, in ordre to minimize their implementations.

Title: Logic and cryptography Author: Bc.Vojtěch Wagner Department: Department of Algebra Supervisor: prof. RNDr. Jan Krajíček, DrSc. Abstract: This work is devoted to a study of a formal method of formalization of cryptographic constructions. It is based on defining a multi-sorted formal logic theory T composed of strings, integers and objects of sort k - k-ary functions. We allow some operations on them, formulate axioms, terms and formulas. We also have a special type of integers called the counting integers. It denotes the number of x from a given interval satisfying formula ϕ(x). It allows us to talk about probabilities and use terms of probability theory. The work first describes this theory and then it brings a formalization of the Goldreich-Levin theorem. The goal of this work is to adapt all needed cryptographic terms into the language of T and then prove the theorem using objects, rules and axioms of T. Presented definitions and principles are ilustrated on examples. The purpose of this work is to show that such theory is sufficiently strong to prove such cryptographic constructions and verify its correctness and security. Keywords: cryptography, protocol verifying, Soundness theorem, formal logic theory, the Goldreich-Levin theorem 1

Abstract The design principles proposed independently by both Ralph Merkle and Ivan Damgård in 1989 are applied widely in hash functions that are used in practice. The construction reads the message in one message block at a time and applies iteratively a compression function that, given a single message block and a hash value, outputs a new hash value. This iterative structure has some security weaknesses. It is vulnerable, for instance, to Joux's multicollision attack, herding attack that uses diamond structures and Trojan message attack. Our principal research topic comprises the deficiencies in hash function security induced by the Merkle-Damgård construction. In this work, we present a variant of Joux's multicollision attack. We also develop a new, time-saving algorithm for creating diamond structures. Moreover, two new efficient versions of Trojan message attack are introduced. The main contribution of the thesis is the analysis of generalized iterated hash functions. We study the combinatorial properties of words from a new perspective and develop results that are applied to give a new upper bound for the complexity of multicollision attacks against the so called q-bounded generalized iterated hash functions. / Tiivistelmä Vuonna 1989 Ralph Merkle ja Ivan Damgård ehdottivat toisistaan riippumatta hash-funktioille suunnitteluperiaatteita, joita käytetään tänä päivänä laajasti. Niin kutsuttu Merkle-Damgård -rakenne lukee viestin sisään viestiblokki kerrallaan ja käyttää tiivistefunktiota, joka liittää hash-arvoon ja viestiblokkiin uuden hash-arvon. Tällä iteratiivisella rakenteella on joitakin turvallisuusheikkouksia. Se on haavoittuva esimerkiksi Joux’n monitörmäyshyökkäykselle, timanttirakenteita hyödyntävälle paimennushyökkäykselle ja Troijan viesti -hyökkäykselle. Väitöskirjan pääasiallinen tutkimusaihe on Merkle-Damgård -rakenteen aiheuttamat puutteet tietoturvassa. Tässä työssä esitetään uusi versio Joux’n monitörmäyshyökkäyksestä, luodaan uusi aikaa säästävä algoritmi timanttirakenteiden kehittämiseksi ja kaksi uutta tehokasta versiota Troijan viesti -hyökkäyksestä. Väitöskirjan tärkein kontribuutio on yleistettyjen iteratiivisten hash-funktioiden turvallisuuden analysointi. Sanojen kombinatorisia ominaisuuksia tutkitaan uudesta näkökulmasta, jonka pohjalta kehitettyjä tuloksia soveltamalla luodaan uusi yläraja niin kutsuttujen q-rajoitettujen yleisten iteratiivisten hash-funktioiden monitörmäyshyökkäysten kompleksisuudelle.

在國際貿易活動，買賣雙方可能因為互不信任，買方擔心預先支付款項後，賣方不按交易合同要求出貨；賣方也擔心在出貨或提交貨運單據後買方不依約付款。因此需要兩家銀行作為買賣雙方的保證人，幫忙代為收款交單，以銀行的信用代替商業信用，銀行在這一方面的活動中所使用的工具就是信用狀(Letter of Credit，L/C)。 區塊鏈(Blockchain)，是一個分散式的帳本系統，採用密碼學技術來確保交易的正確性，公開、公正、透明及無法竄改特性，經濟學人稱之為信任機器(Trust Machine)。 本研究所採用的區塊鏈信用狀系統，應用區塊鏈加快‪國際貿易信用狀處理流程，則是利用區塊鏈(Blockchain)技術特性，建立一個區塊鏈交易應用平台，協助解決國際貿易時，各方參與角色的信任問題，達到傳統銀行的信用狀功能，使其中間交易支付過程可不需透過銀行，如此便可降低了銀行風險，以及降低貿易上的費用及縮短交易支付時間，根本上解決了貿易上最重要的信任問題，達到國際貿易的目的。 / In the case of international trade activities, buyers and sellers may be mistrustful and the buyer is worried that the seller will not be required to ship the goods after the advance payment; the seller is also concerned that the buyer will not pay the contract after the shipment or delivery of the shipping documents. So the two banks as the guarantor of buyers and sellers, to help on behalf of the payment of orders to the bank's credit instead of commercial credit, the bank in this area activities used in the tool is the letter of credit (Letter of Credit, L/C) The Blockchain is a decentralized ledger system that uses cryptography to ensure the correctness, openness, fairness, transparency and tampering of transactions. Economists call it Trust Machine. The blockchain trust system used in this research, the application of blockchain to speed up the international trade credit processing process, it is the use of blockchain technology characteristics, the establishment of a blockchain trading application platform to help solve international trade , The parties involved in the role of the trust of the problem, to the traditional bank's L/C function, so that the process of intermediate transactions can not be through the bank, so that can reduce the bank risk, as well as reduce trade costs and shorten the transaction payment time. It is easy to solve the most important issues of trust. To achieve the purpose of international trade.