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

Les évolutions récentes de la cryptographie quantique ont permis de proposer sur le marché des appareils de distribution quantique de clé secrète (QKD). Ceci est obtenu en utilisant soit des variables discrètes et des compteurs de photons (DV), soit des variables continues et des systèmes de détection cohérente (CV). Les avancées technologiques s'orientent maintenant vers la réalisation de dispositifs plus petits, moins chers, et plus commodes à utiliser.L'objectif de cette thèse est de mettre en oeuvre un protocole CV-QKD sur un circuit optique intégré en silicium, en utilisant une modulation Gaussienne d'états cohérents. Deux approches sont utilisées: dans la première l'émetteur Alice et le récepteur Bob sont sur le même circuit photonique (chip) pour une validation de principe, et dans la deuxième ils sont séparés.Les valeurs mesurées des paramètres de la communication permettent d'échanger une clé secrète. / During recent years there have been significant developments in quantum cryptography, bringing quantum key distribution (QKD) devices on the market. This can be done by using either discrete variables (DV) and photon counting, or continuous variables (CV) and coherent detection. Current technological evolutions are now aiming at developing smaller, cheaper and more user-friendly devices.This work focuses on the implementation of CV-QKD using silicon photonics techniques, which provide a high degree of integration. This is exploited to build an on-chip realization of a cryptographic protocol, using Gaussian modulation of coherent states. Two different approaches have been used, first by physically implementing the sender (Alice) and the receiver (Bob) on the same chip for validation purposes, and then by having them onto two separate chips. The measured communication parameters give the possibility to extract a secret key

La sécurité des applications sur le web est totalement dépendante de leur design et de la robustesse de l'implémentation des algorithmes et protocoles cryptographiques sur lesquels elles s'appuient. Cette thèse présente une nouvelle approche, applicable à de larges projets, pour vérifier l'état de l'art des algorithmes de calculs sur les grands nombres, tel que rencontrés dans les implémentations de référence. Le code et les preuves sont réalisés en F*, un langage orienté preuve et qui offre un système de types riche et expressif. L'implémentation et la vérification dans un langage d'ordre supérieur permet de maximiser le partage de code mais nuit aux performances. Nous proposons donc un nouveau langage, Low*, qui encapsule un sous ensemble de C en F* et qui compile vers C de façon sûre. Low* conserve toute l'expressivité de F* pour les spécifications et les preuves et nous l'utilisons pour implémenter de la cryptographie, en y intégrant les optimisations des implémentations de référence. Nous vérifions ce code en termes de sûreté mémoire, de correction fonctionnelle et d'indépendance des traces d'exécution vis à vis des données sensibles. Ainsi, nous présentons HACL*, une bibliothèque cryptographique autonome et entièrement vérifiée, dont les performances sont comparables sinon meilleures que celles du code C de référence. Plusieurs algorithmes de HACL* font maintenant partie de la bibliothèque NSS de Mozilla, utilisée notamment dans Firefox et dans RedHat. Nous appliquons les mêmes concepts sur miTLS, une implémentation de TLS vérifiée et montrons comment étendre cette méthodologie à des preuves cryptographiques, du parsing de message et une machine à état. / The security of Internet applications relies crucially on the secure design and robust implementations of cryptographic algorithms and protocols. This thesis presents a new, scalable and extensible approach for verifying state-of-the-art bignum algorithms, found in popular cryptographic implementations. Our code and proofs are written in F∗, a proof-oriented language which offers a very rich and expressive type system. The natural way of writing and verifying higher-order functional code in F∗ prioritizes code sharing and proof composition, but this results in low performance for cryptographic code. We propose a new language, Low∗, a fragment of F∗ which can be seen as a shallow embedding of C in F∗ and safely compiled to C code. Nonetheless, Low∗ retains the full expressiveness and verification power of the F∗ system, at the specification and proof level. We use Low∗ to implement cryptographic code, incorporating state-of-the-art optimizations from existing C libraries. We use F∗ to verify this code for functional correctness, memory safety and secret in- dependence. We present HACL∗, a full-fledged and fully verified cryptographic library which boasts performance on par, if not better, with the reference C code. Several algorithms from HACL∗ are now part of NSS, Mozilla’s cryptographic library, notably used in the Firefox web browser and the Red Hat operating system. Eventually, we apply our techniques to miTLS, a verified implementation of the Transport Layer Security protocol. We show how they extend to cryptographic proofs, state-machine implementations and message parsing verification.

L’échange de clef authentifié est probablement la primitive asymétrique la plus utilisée, notamment du fait de son inclusion dans le protocole TLS. Pour autant, son cousin, l’échange de clef authentifié par mot de passe, où l’authentification s’effectue par comparaison de mot de passe, l’est bien moins, bien qu’ayant déjà fait l’objet d’études considérables. C’est pourtant une primitive finalement bien plus proche d’une authentification réelle, dès lors qu’une des parties est humaine. Dans cette thèse, nous considérons des primitives avancées fondées sur l’échange de clef authentifié par mot de passe, en gardant à l’œil ses applications pratiques. Spécifiquement, nous introduisons une nouvelle primitive, l’échange de clef authentifié par mot de passe approximatif, où la condition de succès de l’authentification est désormais d’avoir une distance suffisamment faible entre les deux mots de passe, et plus nécessairement l’égalité parfaite. Nous fournissons un modèle de sécurité dans le cadre du modèle de composabilité universelle (UC) ainsi qu’une construction reposant sur un partage de secret robuste et des échanges de clefs authentifiés par mot de passe exact. Dans une seconde partie, nous considérons le problème pratique de la perte du mot de passe dès lors qu’une session est conduite sur un terminal compromis. Étant donné qu’il s’agit d’un problème intrinsèque à l’authentification par mot de passe, nous étendons le modèle BPR habituel pour prendre en compte, en lieu et place du mot de passe, des questions-réponses, toujours de faible entropie. Nous fournissons plusieurs protocoles dans ce modèle, dont certains reposent sur des familles de fonctions compatibles avec les humains, dans lesquelles les opérations requises pour dériver la réponse depuis la question sont suffisamment simples pour être faites de tête, permettant donc à l’humain de s’identifier directement. / Authenticated key exchange is probably the most widely deployed asymmetric cryptographic primitive, notably because of its inclusion in the TLS protocol. Its cousin, password-authenticated key exchange — where the authentication is done using a low-entropy password — while having been studied extensively as well has been much less used in practice. It is, however, a primitive much closer to actual authentication when at least one party is human. In this thesis, we consider advanced primitives based on password-authenticated key exchange, with an eye toward practical applications. Specifically, we introduce fuzzy password-authenticated key exchange, where the authentication succeeds as long as the two passwords are close enough, and not necessarily equal. We provide a security model in the UC framework, as well as a construction based on regular password-authenticated key exchanges and robust secret-sharing schemes. Secondly, we consider the practical problem of password leakage when taking into account sessions conducted on a corrupted device. As there is intrinsically no hope with regular password authentication, we extend the BPR security model to consider low-entropy challenge responses instead. We then provide several instantiations, some based on human-compatible function families, where the operation required to answer the challenge are simple enough to be conducted in one’s head, allowing the actual authentication to be directly performed by the human being.

Master's thesis deals with issue of cookie-based central authentication services. Present-day methods of single sign-on are described. The specification of single sign-on mechanism Cosign and its authentication filter is closely viewed. Cryptographic algorithms needed by this filter are described, as well as their possible realization in PHP. Next, the implementation of Cosign authentication filter is described. Performance of the filter is tested and its future use is analysed.

In this thesis there is description of cryptographic algorithms. Their properties are being compared, weak and strong points and right usage of particular algorithms. The main topics are safeness of algorithms, their bugs and improvements and difficulty of breaching. As a complement to ciphers there are also hash functions taken in consideration. There are also showed the most common methods of cryptanalysis. As a practical application of described algorithms I analyze systems for secure data transfer SSH and SSL/TLS and demonstrate an attack on SSL connection. In conclusion there is recommendation of safe algorithms for further usage and safe parameters of SSH and SSL/TLS connections.

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Participatory Sensing Systems (PSS) are a type of Mobile Crowdsensing System where users voluntarily participate in contributing information. Task initiators create tasks, targeting specific data that needs to be gathered by the users’ device sensors. Such systems have been designed with different requirements, such as data trustworthiness, accountability, and incentives, in a secure and private way. However, it is complex to protect user privacy without affecting the performance of the rest of the system. For example, with task assignment, either the user authenticates anonymously, or discloses its sensors for an efficient allocation. If the user identity is hidden from the system, it could receive a task it cannot perform. This thesis aims to design an anonymous authentication model for PSS based on privacy-preserving attribute-based signatures. The proposed solution allows the Participatory Sensing System to enforce sensor requirements for efficient task allocation. In addition to the design, experiments measuring the performance of the operations are included in the thesis, to prove it is suitable for real-world scenarios. / Participatory Sensing Systems (PSS) är en typ av mobilt Crowdsensing-system där användare frivilligt deltar i att bidra med information. Aktivitetsinitiatorer skapar uppgifter, inriktade på specifik data som behöver samlas in av användarnas enhetssensorer. Sådana system har utformats med olika krav, såsom datatillförlitlighet, ansvarighet och incitament, på ett säkert och privat sätt. Det är dock komplicerat att skydda användarnas integritet utan att påverka prestandan för resten av systemet. Till exempel, med uppgiftstilldelning, antingen autentiserar användaren anonymt eller avslöjar sina sensorer för en effektiv tilldelning. Om användaridentiteten är dold från systemet kan den få en uppgift som den inte kan utföra. Denna avhandling syftar till att designa en anonym autentiseringsmodell för PSS baserad på integritetsbevarande attributbaserade signaturer. Den föreslagna lösningen gör det möjligt för Participatory Sensing System att upprätthålla sensorkrav för effektiv uppgiftsallokering. Utöver designen ingår experiment som mäter verksamhetens prestanda i avhandlingen, för att bevisa att den är lämplig för verkliga scenarier.

Whitebox cryptography aims at protecting standard cryptographic algorithmsthat execute in attacker-controlled environments. In these, the attacker is ableto read a secret key directly from memory. Common implementations mask alldata at runtime and operate on masked data by using many small precomputedtables. Practical whiteboxes involve trade-offs between security and executionspeed, to limit their footprints and enable applications such as real-time videostreaming.To improve this compromise, we study the use of bitslicing (or bitparallelism)to implement whiteboxes. Bitslicing is commonly used to writefast constant-time implementations of cryptographic algorithms and relies onthe synthesis of boolean circuits implementing the corresponding algorithms.The synthesis of optimal circuits for lookup tables is resource intensive andgenerally only performed once. In a whitebox context however, many randomlookup tables are generated at compile-time. We therefore require the booleancircuit generation to be time efficient.In this master thesis, we review the existing circuit-synthesis algorithms,and analyse their usability in the whitebox context. In particular, we studythe technique of Binary Decision Diagrams to generate efficient circuits ina cheap and adaptable manner. We implemented a flexible version of thisalgorithm as a C++ library. Eventually, we go through different techniques toevaluate the generated circuits and analyse the performances of our algorithm,and recommand the best parameters for the whitebox context. / Vit-låda kryptografi syftar till att skydda kryptografiska standardalgoritmersom körs i miljöer som kontrolleras av angripare, där angriparen kan läsa enhemlig nyckel direkt från minnet. Vanliga tillämpningar maskerar alla data vidkörning och bearbetar maskerade data med hjälp av många små förberäknadetabeller. Praktiska vit-låda innebär att man måste göra avvägningar mellansäkerhet och exekveringshastighet, för att begränsa deras fotavtryck och möjliggöratillämpningar som till exempel videoströmning i realtid.För att förbättra denna kompromiss studerar vi användningen av bitslicing(eller bit-parallelism) för att genomföra vit-låda. Bitslicing används vanligenför att skriva snabba konstanttidsimplementationer av kryptografiska algoritmeroch kräver syntes av boolska kretsar som implementerar motsvarande funktioner.Syntesen av optimala kretsar för uppslagstabeller är resurskrävande och utförsi allmänhet bara en gång. I ett vit-låda-sammanhang genereras dock mångaslumpmässiga uppslagstabeller vid kompilering, och därför kräver vi attgenereringen av boolska kretsar är tidseffektiv.I denna masteruppsats går vi igenom de befintliga algoritmerna för kretssyntesoch analyserar deras användbarhet i vit-låda-sammanhang. Vi studerar särskilttekniken med binära beslutsdiagram för att generera effektiva kretsar på ettbilligt och anpassningsbart sätt. Vi har implementerat en flexibel version avdenna algoritm som ett C++-bibliotek. Slutligen går vi igenom olika teknikerför att utvärdera de genererade kretsarna och analysera vår algoritms prestandaoch rekommenderar de bästa parametrarna för whitebox-kontexten. / La cryptographie en boîte blanche est connue comme protection pour desalgorithmes cryptographiques s’exécutant dans des environnements contrôléspar l’attaquant. L’approche classique consiste à remplacer les opérations pardes accès à des tables précalculées, ce qui a un coût en performance. Il estdifficile d’obtenir un bon compromis entre sécurité et vitesse d’exécution pourdes applications lourdes telles que la diffusion de contenus vidéos en tempsréel.Le parallélisme au bit ou bitslicing est utilisé en cryptographie traditionnellepour accélérer les implémentations, mais aussi en boîte blanche. Cettetechnique d’implémentation demande la synthèse d’un circuit booléen pourchaque table, recherche qui peut être très coûteuse en temps. En pratique, ilest commun de regénérer régulièrement toutes les tables utilisées dans uneboîte blanche pour renouveler sa défense, ce qui complique l’application dubit-parallélisme.Nous présentons dans cette thèse de master notre effort pour une synthèseefficace de circuits booléens à l’usage de la compilation de boîtes blanchesparallèles au bit. Nous publierons avec cet article une bibliothèque C++ etun module de compilation LLVM pour l’écriture d’implémentation bitslicée,avec un objectif de performance et de lisibilité.