The increasing application of cryptographic algorithms to ensure secure communications across virtual networks has led to an ever-growing demand for high performance hardware implementations of the encryption/decryption methods. The inevitable inclusion of the cryptographic algorithms in network communications has led to the development of several encryption standards, one of the prominent ones among which, is the Rijndael, the Advanced Encryption Standard. Rijndael was chosen as the Advanced Encryption Standard (AES) by the National Institute of Standard and Technology (NIST), in October 2000, as a replacement for the Data Encryption Standard (DES). This thesis presents the architecture for the VLSI implementation of the Rijndael, the Advanced Encryption Standard algorithm. Rijndael is an iterated, symmetric block cipher with a variable key length and block length. The block length is fixed at 128 bits by the AES standard [4]. The key length can be designed for 128,192 or 256 bits. The VLSI implementation, presented in this thesis, is based on a feed-back logic and allows a key length specification of 128-bits. The present architecture is implemented in the Electronic Code Book(ECB) mode of operation. The proposed architecture is further optimized for area through resource-sharing between the encryption and decryption modules. The architecture includes a Key-Scheduler module for the forward-key and reverse-key scheduling during encryption and decryption respectively. The subkeys, required for each round of the Rijndael algorithm, are generated in real-time by the Key-Scheduler module by expanding the initial secret key. The proposed architecture is designed using the Custom-Design Layout methodology with the Cadence Virtuoso tools and tested using the Avanti Hspice and the Nanosim CAD tools. Successful implementation of the algorithm using iterativearchitecture resulted in a throughput of 232 Mbits/sec on a 0.35[mu] CMOS technology. Using 0.35[mu] CMOS technology, implementation of the algorithm using pipelining architecture resulted in a throughput of 1.83 Gbits/sec. The performance of this implementation is compared with similar architectures reported in the literature.

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Dans ce mémoire nous étudions le domaine des fonctions de hachage, qui sont utilisées par de nombreux mécanismes cryptographiques. Les travaux présentés ici abordent à la fois la conception et l'analyse de la sécurité de ces fonctions. La première partie de ce mémoire est une introduction générale au domaine des fonctions de hachage. Nous décrivons la manière dont elles sont utilisées en la cryptographie et la manière de formaliser leur sécurité. Nous exposons également les principes de conception sur lesquels les fonctions de hachage les plus utilisées sont fondées. Enfin, nous évoquons la situation actuelle. La cryptanalyse différentielle a donné lieu à des attaques contre les principales fonctions de hachage. Le NIST organise actuellement une compétition de conception de fonctions de hachage (la compétition SHA-3), dans le but de définir une nouvelle norme de hachage. Dans la deuxième partie nous présentons nos travaux liés à la conception d'un candidat à cette compétition : Shabal. Nous commençons par décrire cette fonction, ainsi que les différentes évaluations de sa sécurité. En nous plaçant dans le modèle de l'indifférenciabilité d'un oracle aléatoire, nous montrons la sécurité du mode utilisé par Shabal lorsque la fonction de compression est idéalisée, puis la sécurité d'un mode plus classique lorsque cette fonction est affaiblie. Enfin, dans la troisième partie, nous abordons le domaine de la cryptanalyse de fonctions de hachage. Nous présentons la meilleure attaque connue contre RadioGatun, qui a été définie avant la compétition SHA-3 ainsi qu'une attaque contre Hamsi-256, une fonction sélectionnée pour le deuxième tour de la compétition SHA-3.

As we dive into the digital era, there is growing concern about the amount of personal digital information that is being gathered about us. Websites often track people's browsing behavior, health care insurers gather medical data, and many smartphones and navigation systems store or trans- mit information that makes it possible to track the physical location of their users at any time. Hence, anonymity, and privacy in general, are in- creasingly at stake. Anonymity protocols counter this concern by offering anonymous communication over the Internet. To ensure the correctness of such protocols, which are often extremely complex, a rigorous framework is needed in which anonymity properties can be expressed, analyzed, and ulti- mately verified. Formal methods provide a set of mathematical techniques that allow us to rigorously specify and verify anonymity properties. This thesis addresses the foundational aspects of formal methods for applications in security and in particular in anonymity. More concretely, we develop frameworks for the specification of anonymity properties and propose algorithms for their verification. Since in practice anonymity pro- tocols always leak some information, we focus on quantitative properties which capture the amount of information leaked by a protocol. We start our research on anonymity from its very foundations, namely conditional probabilities - these are the key ingredient of most quantitative anonymity properties. In Chapter 2 we present cpCTL, the first temporal logic making it possible to specify conditional probabilities. In addition, we present an algorithm to verify cpCTL formulas in a model-checking fashion. This logic, together with the model-checker, allows us to specify and verify quantitative anonymity properties over complex systems where probabilistic and nondeterministic behavior may coexist. We then turn our attention to more practical grounds: the constructions of algorithms to compute information leakage. More precisely, in Chapter 3 we present polynomial algorithms to compute the (information-theoretic) leakage of several kinds of fully probabilistic protocols (i.e. protocols with- out nondeterministic behavior). The techniques presented in this chapter are the first ones enabling the computation of (information-theoretic) leak- age in interactive protocols. In Chapter 4 we attack a well known problem in distributed anonymity protocols, namely full-information scheduling. To overcome this problem, we propose an alternative definition of schedulers together with several new definitions of anonymity (varying according to the attacker's power), and revise the famous definition of strong-anonymity from the literature. Furthermore, we provide a technique to verify that a distributed protocol satisfies some of the proposed definitions. In Chapter 5 we provide (counterexample-based) techniques to debug complex systems, allowing for the detection of flaws in security protocols. Finally, in Chapter 6 we briefly discuss extensions to the frameworks and techniques proposed in Chapters 3 and 4.

Les travaux présentés dans cette thèse se situent dans le contexte du fingerprinting. Un distributeur de documents multimédia souhaite se prémunir contre la redistribution illégale des données en insérant dans chaque copie distribuée un identifiant propre à chaque utilisateur. En cas de redistribution de cette copie, il est donc possible de retrouver l'utilisateur indiscret. Afin de contrer les attaques par collusion, qui surviennent lorsque les utilisateurs se mettent à plusieurs pour créer une copie pirate, les identifiants doivent être pris dans un code anti-collusion. Cette thèse étudie une famille de codes anti-collusion particulière, les codes de Tardos. Ces codes probabilistes sont particulière- ment intéressants, car leur longueur est optimale. Ils sont de plus faciles à implémenter, et remarquablement efficaces. Dans cette thèse,nous présentons une amélioration de la phase d'accusation des codes de Tardos. Plus spécifiquement nous montrons comment l'optimiser en fonction de la stratégie d'attaque des pirates. Nous proposons également des moyens d'estimer à partir d'une copie pirate le nombre d'attaquants qui se sont ras- semblés pour la créer, ainsi que la stratégie qu'ils ont employée. Notre solution s'appuie sur un algorithme itératif a la EM (Expectation-Maximization). Une autre contribution est l'étude d'un environnement asymétrique.Dans un tel environnement, seul l'utilisa- teur est en possession de la copie marquée avec son identifiant. L'identifiant doit être partiellement inconnu du distributeur tout en assurant sa fonction de traçage. Nous présentons un schéma de fingerprinting asymétrique entièrement spécifié intégrant les codes de Tardos, en utilisant une primitive cryptographique appelée Oblivious Transfer.

Les contraintes de déductibilité ont été introduites pour vérifier les protocoles cryptographiques. Cette thèse présente une procédure de décision pour le problème de satisfaisabilité des systèmes généraux de contraintes de déductibilité. Deux cas sont envisagés: la théorie de Dolev-Yao standard et son extension par un opérateur associatif, commutatif, idempotent. Le résultat est utilisé pour résoudre le problème de l'orchestration automatique et distribué de services Web sécurisés. Comme seconde application nous proposons une procédure pour décider la sécurité d'un nombre fini de sessions de protocole en présence de plusieurs intrus qui ne communiquent pas. Nous montrons également comment il est possible de détecter certaines attaques par réécriture qui exploitent le format des messages en XML.

L'évolution des techniques d'adaptation et des contenus multimédias adaptables a montré la nécessité de définir des techniques et des pratiques concernant la sécurité des échanges sur les réseaux. Dans la mesure où l'adaptation des documents multimédia nécessite d'autoriser la modification de ces documents entre le serveur et le client, il est important d'étudier les conditions nécessaires pour assurer ces modifications de façon sécurisée. Nous avons donc, dans ce cadre, à présenter un système de communication multimédia qui préserve l'authenticité et l'intégrité des contenus originaux de bout en bout tout en permettant l'adaptation de ces contenus par des intermédiaires. C'est l'objectif général de cette thèse. Dans ce mémoire, nous présentons SEMAFOR, une plate-forme de communication multimédia offrant aux utilisateurs la possibilité d'adapter leur contenus (selon les besoins) par des n\oe uds intermédiaires. La particularité de cette plate-forme est sa capacité de sécuriser le contenu émis de bout-en-bout, cette sécurisation repose sur deux mécanismes proposés et décrits dans cette thèse : AMCA pour l'authentification des contenu et XSST pour le chiffrement et rechiffrement intermédiaire. Les tests et les mesures de performances présentés à la fin de ce mémoire démontrent la validité des propositions décrites dans cette thèse et valident la pertinence des résultats obtenus.

Nous examinons les propriétés de sécurité du lambda-calcul au travers du prisme du lambda-calcul étiqueté. Les étiquettes expriment dynamiquement la dépendance des termes présents vis-à-vis des réductions passées. Nous montrons que le lambda-calcul étiqueté vérifie la propriété d'irréversibilité des contextes: une fois qu'un contexte est intervenu dans une réduction, il disparaît irréversiblement dans la suite de cette réduction. Nous examinons les propriétés fondamentales de variantes du lambda-calcul étiqueté. Pour cela, nous introduisons une preuve élégante du théorème des développements finis dans la cadre du lambda-calcul par valeur étiqueté. Puis nous prouvons que les étiquettes du lambda-calcul faible expriment le partage. Les étiquettes du lam! bda-calcul permettent d'exprimer des politiques de sécurité telles que l'inspection de pile et la Muraille de Chine. Nous définissons la notion de réduction indépendante de deux principaux A et B: une telle réduction peut se décomposer en deux réductions: une réduction qui ignore A et une réduction qui ignore B. Nous prouvons que la Muraille de Chine garantit cette propriété d'indépendance. Les étiquettes du lambda-calcul permettent aussi d'exprimer la propriété d'interférence: il s'agit ici d'identifier les sous-termes d'un terme M qui influencent le résultat de la réduction de M. Dans le lambda-calcul muni de références, en plus de l'interférence fonctionnelle déjà présente dans le lambda-calcul pur, on identifie l'interférence de mémoire due à l'utilisation des référe! nces. Les étiquettes permettent d'identifier les int! ervalles de temps pendant lesquels une référence influence le résultat d'une réduction.

Les Réseaux mobiles ad hoc sont un pas de plus vers la vision de l'informatique omniprésente, où tous les dispositifs de découvrir dynamiquement les uns les autres, organiser des réseaux de communication entre eux-mêmes et de partager les ressources / informations à fournir un service intégré au l'utilisateur final. Mais fournir un service fiable dans un tel réseau nécessite une sécurité et le réseau fonctionne bien. Le manque d'infrastructures, d'énergie limitées nature de dispositifs et dynamisme élevé dans le réseau rend la tâche d'assurer de tels réseaux tout un défi. Dans cette thèse nous proposons des protocoles cryptographiques, qui sont un tremplin vers un sécurité des réseaux ad hoc. En particulier, nous contribuons à la création des zones de clés et sûr de routage dans les réseaux ad hoc. l'établissement des clés consiste à rendre disponibles clés cryptographiques pour les dispositifs, indispensable pour participer à la sécurité services du réseau. D'autre part le routage doit être fixé de telle réseaux comme presque tous les nœuds ont besoin pour participer dans le processus de routage (pour une efficacité raisons) et la présence d'un nœud malveillant peut facilement avoir des conséquences dramatiques sur la performance de routage de l'ensemble du réseau. Ainsi, les contrôles de sécurité sont nécessaires pour empêcher de tels nœuds malicieux d'entraver le processus de routage et de récupérer de là au cas où ils réussissent. Notre premier résultat est un nouveau groupe de protocole d'accord clé qui est particulièrement adapté pour réseaux ad hoc, mais surpasse également la plupart des protocoles connus pour les réseaux traditionnels ainsi. Le protocole s'adapte bien à la dynamique du réseau et est robuste assez pour faire face aux pertes de messages et les échecs lien. Il exige peu d'auto-organisation par les nœuds du réseau. Nous présentons des versions modi ed des preuves de sécurité et de montrer que même la sécurité de ces protocoles est étroitement liée à la la sécurité de la problématique décisionnelle Diffle-Hellman. Nous discutons également les questions liées à mise en œuvre de ce protocole dans des scénarios réels. Notre second résultat est l'introduction de la notion d'un vérificateur désigné globale Signature (ADVS) régime. Un système permet ADVS e? Cace agrégation de multiples signatures sur les différents messages désignés à la même vérificateur. Nous montrons comment ce primitive peut être utilisée efficacement pour garantir réactive dans les protocoles de routage ad hoc réseaux. Nous fournissons un modèle de sécurité pour analyser de tels systèmes et de proposer une régime ADVS qui signatures agrégats plus efficacement que les systèmes existants.

<p>Finnegan Lab System is a graphical computer program for learning how secret sharing works. With its focus on the algorithms and the data streams, the user does not have to consider machine-specific low-level details. It is highly modularised and is not restricted to secret sharing, but can easily be extended with new functions, such as building blocks for Feistel networks or signal processing. </p><p>This thesis describes what secret sharing is, the development of a new lab system designed for secret sharing and how it can be used.</p>