<p>A Transaction Reproduction System (ARTSY) is a distributed system that enables secure transactions and reproductions of digital content over an insecure network. A field of application is reproductions of visual arts: A print workshop could for example use ARTSY to print a digital image that is located at a remote museum. The purpose of this master thesis project was to propose a specification for ARTSY and to show that it is technically feasible to implement it. </p><p>An analysis of the security threats in the ARTSY context was performed and a security model was developed. The security model was approved by a leading computer security expert. The security mechanisms that were chosen for the model were: Asymmetric cryptology, digital signatures, symmetric cryptology and a public key registry. A Software Requirements Specification was developed. It contains extra directives for image reproduction systems but it is possible to use it for an arbitrary type of reproduction system. A prototype of ARTSY was implemented using the Java programming language. The prototype uses XML to manage information and Java RMI to enable remote communication between its components. It was built as a platform independent system and it has been tested and proven to be operational on the Sun Solaris platform as well as the Win32 platform.</p>

<p>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. </p><p>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. </p><p>Strong user authentication mechanisms enforce the use of two-factor authentication or more. The combinations implemented rely on knowledge, possession and sometimes logical-location. </p><p>A user authentication system has been implemented using leading industrial products as building blocks glued together with security analysis, programming and usability research. </p><p>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. </p><p>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: </p><p>· The unsuitability of remote authentication using biometrics</p><p> · The critical importance of client security in remote authentication</p><p> · The importance of a modular structure for the security of complex network-based systems</p>

<p>Random numbers are required for cryptographic applications such as IT security products, smart cards etc. Hardwarebased random number generators are widely employed. Cryptographic algorithms are implemented on FieldProgrammable Gate Arrays (FPGAs). In this work a True Random Number Generator (TRNG) employed for spaceapplication was designed, investigated and evaluated. Several cryptographic requirements has to be satisfied for therandom numbers. Two different noise sources was designed and implemented on the FPGA. The first design wasbased on ring oscillators as a noise source. The second design was based on astable oscillators developed on a separatehardware board and interfaced with the FPGA as another noise source. The main aim of the project was to analyse theimportant requirement of independent noise source on a physical level. Jitter from the oscillators being the source forthe randomness, was analysed on both the noise sources. The generated random sequences was finally subjected tostatistical tests.</p>

Les nombres aléatoires ont été de tous temps utilisés pour des jeux de hasard, plus récemment pour créer des codes secrets et ils sont aujourd'hui nécessaire à l'exécution de programmes informatiques. Les générateurs de nombres aléatoires sont maintenant bien éloignés de simples dés à lancer et sont constitués de circuits électroniques ou d'algorithmes. Ceci pose des problèmes quant à la reconnaissance du caractère aléatoire des nombres générés. De plus, de la même manière ou autrefois les dés étaient pipés pour augmenter les chances de gagner, il est aujourd'hui possible d'influencer la sortie des générateurs de nombres aléatoires. Ce sujet est donc toujours d'actualité avec des exemples récents très médiatisés. Ceci concernait en effet la console de jeu PS3 qui génère un nombre aléatoire constant où la distribution de clefs secrètes redondantes sur internet. Ce mémoire présente l'étude de plusieurs générateurs ainsi que diverses manières de les perturber. Il montre ainsi des faiblesses inhérentes à leurs conceptions et des conséquences possibles de leur défaillance sur des composants de sécurité. Ces travaux ont de plus permis de mettre en évidence l'importance des problématiques concernant le test des nombres aléatoires ainsi que des retraitements corrigeant des biais dans ces nombres.

En 2008, l'Institut National des Standards et de la Technologie américain (NIST) a initié une compétition publique, nommée SHA-3, afin de sélectionner une nouvelle norme pour les fonctions de hachage. Nous étudions ici des propriétés algébriques de certaines des fonctions candidates à ce concours. Parmi les fonctions étudiées se trouve l'algorithme Keccak, qui est depuis peu la fonction qui a remporté la compétition et qui est devenue le nouveau standard SHA-3. Dans un premier temps nous avons étudié et analysé un nouveau type de distingueur introduit en 2009 et appelé distingueur par partition en sommes nulles. Nous l'avons appliqué sur plusieurs candidats du concours SHA-3. Nous nous sommes ensuite intéressés au degré algébrique des permutations itérées. Nous avons établi une première borne qui exploite la structure des fonctions non-linéaires usuellement employées dans les constructions de type SPN. Après, nous avons étudié le rôle de la permutation inverse dans les constructions itérées et nous avons prouvé une deuxième borne, plus générale, sur le degré. Nous présentons également une étude sur une nouvelle notion concernant les boîtes-S, qui exprime le fait que certaines composantes d'une boîte-S peuvent s'exprimer comme des fonctions affines sur un sous-espace bien choisi et sur tous ses translatés. L'analyse de ce type de propriétés a mené à l'amélioration d'une cryptanalyse de la fonction de hachage Hamsi. Enfin, nous avons étudié la résistance contre les attaques par canaux cachés de deux candidats au concours SHA-3 et nous avons proposé des contre-mesures au niveau logiciel.

La constante évolution des technologies de l'information et le penchant vers l'utilisation des machines sans fil qui se sont imposées ces dernières années ont fait émerger un nouveau type de réseaux : les réseaux sans-fil ad hoc, ou MANET (Mobile Ad hoc NETwork). Se souciant de pouvoir communiquer et de partager l'information dans n'importe quelle situation, les réseaux ad hoc sont des systèmes autonomes composés par un ensemble d'entités mobiles libres de se déplacer sans contraintes. Ces entités utilisent le médium radio pour communiquer et forment un réseau n'utilisant aucune infrastructure existante. Dans cette thèse, nous nous intéressons à sécuriser les protocoles de routage ad hoc en proposant des mécanismes de détection des actions malveillantes pour consolider les protocoles de routage et prévenir les futures attaques. Nous nous basons sur la confiance développée entre les entités pour bâtir un raisonnement sur le comportement des entités voisines. Ceci passe par une comparaison des messages échangés entre les entités du réseau ad hoc ou encore par l'analyse des incohérences dans les annonces et les ouvertures de routes afin de détecter la malhonnêteté ou la compromission d'une entité mobile. Nous choisissons d'appliquer cette approche sur le protocole réactif AODV. L'évaluation des performances de ce système de détection montre la pertinence du raisonnement sans pour autant influencer les performances du protocole. Une étude portant sur les cas de faux-positifs est aussi effectuée : nous proposons une solution pour les limiter en se basant sur le fait de ne prendre une décision que si l'entité est sûre de l'action malhonnête du voisin.

The problem of guessing a random string is studied. It arises in the analysis of the strength of secret-key cryptosystems against guessing attacks. Expected number of guesses, or more generally moments of the number of guesses needed to break the cryptosystem grow exponentially with the length of the string. This thesis studies the rate of exponential growth of these moments using the theory of large deviations. A closer elation between guessing and compression is first established. For systems with large key rates, it is shown that if the source’s sequence of so-called information spectrum random variables satisfies the large deviation property with a certain rate function, then the limiting guessing exponent exists and is a scalar multiple of the Legendre-Fenchel dual of the rate function. This is then used to rederive several prior results. The large deviations approach brings to light the relevance of information spectrum in determining guessing exponents. For systems with key-rate constraints, bounds are derived on the limiting guessing exponents for general sources. The obtained bounds are shown to be tight for stationary memoryless, Markov, and unifilar sources, thus recovering some known results. The bounds are obtained by establishing a close relationship between error exponents and correct decoding exponents for fixed rate source compression on the one hand and exponents for guessing moments on the other.

Les cartes à puce jouent un rôle crucial dans de nombreuses applications que nous utilisons quotidiennement : paiement par carte bancaire, téléphonie mobile, titres de transport électroniques, etc. C'est dans ce contexte que la technologie Java Card s'est imposée depuis son introduction en 1996, réduisant les coûts de développement et de déploiement d'applications pour cartes à puce et permettant la cohabitation de plusieurs applications au sein d'une même carte. La communauté scientifique a rapidement démontré que la possibilité donnée à un attaquant d'installer des applications sur les cartes représente une menace. Mais dans le même temps, la sécurité des systèmes embarqués a également été un sujet d'étude très productif, révélant que des algorithmes cryptographiques considérés comme sûrs pouvaient être facilement cassés si leurs implémentations ne prenaient pas en compte certaines propriétés physiques des composants électroniques qui les accueillent. En particulier, une partie des attaques publiées repose sur la capacité de l'attaquant à perturber physiquement le composant pendant qu'un calcul est exécuté. Ces attaques par injections de fautes n'ont que très peu été étudiées dans le contexte de la technologie Java Card. Cette thèse étudie et analyse la sécurité des Java Cards contre des attaques combinant injections de fautes et installations d'applications malicieuses. Tout d'abord, nous présentons différents chemins d'attaques combinées et exposons dans quelle mesure ces attaques permettent de casser différents mécanismes sécuritaires de la plateforme. En particulier, notre analyse sécuritaire permet de démontrer que la propriété de sûreté du typage, l'intégrité du flot de contrôle, ainsi que le mécanisme d'isolation des applications peuvent être contournés et exploités par des combinaisons adéquates. Puis, nous présentons différentes approches permettant d'améliorer la résistance de la plateforme Java Card ainsi que des applications qu'elle accueille contre des attaques combinées. Ainsi, nous définissons plusieurs contremesures rendant les attaques exposées ainsi que certaines attaques de l'état de l'art inopérantes, et ce en gardant à l'esprit les fortes contraintes inhérentes au monde des cartes à puce.

Choosing an authentication protocol or a digital signature algorithm becomes more challenging when performance constraints are of concern. In this thesis, we discuss the possible options in a top-down approach and propose viable alternatives for the efficiency criteria. Before all the technical discussions, we argue that identifying prerequisites, threats and risks on an organizational context has utmost importance so that effective solutions can be delivered at a reasonable cost. For instance, one approach to solve the performance problem is to relax the security requirements if it is allowable and use one-time passwords as the more efficient entity authentication protocol. SCOTP is the first protocol proposed in this study which improves the security and flexibility of one-time passwords. After requirements are set up, another high-efficiency solution is based on new designs of improved protocols. These new protocols might utilize the trade-offs between efficiency of distinct system parameters such as communication versus computational load. SAOTS is our new protocol designed to improve the performance and increase the round efficiency of server-assisted signature protocols. With an example in e-health, we also demonstrate that efficiency can be provided on the implementation level as well, the last step in the chain. EVEREST is the third proposal in this thesis which improves the real-time efficiency of digital signatures concerning the fact that the medical images are huge in size and to verify the signature a considerable amount of time is spent to compute the hash of the image file.

A digital signature is the electronic counterpart to the hand written signature. It can prove the source and integrity of any digital data, and is a tool that is becoming increasingly important as more and more information is handled electronically. Digital signature schemes use a pair of keys. One key is secret and allows the owner to sign some data, and the other is public and allows anyone to verify the signature. Assuming that the keys are large enough, and that a secure scheme is used, it is impossible to find the private key given only the public key. Since a signature is valid for the signed message only, this also means that it is impossible to forge a digital signature. The most well-used scheme for constructing digital signatures today is RSA, which is based on the hard mathematical problem of integer factorization. There are, however, other mathematical problems that are considered even harder, which in practice means that the keys can be made shorter, resulting in a smaller memory footprint and faster computations. One such alternative approach is using elliptic curves. The underlying mathematical problem of elliptic curve cryptography is different to that of RSA, however some structure is shared. The purpose of this thesis was to evaluate the performance of elliptic curves compared to RSA, on a system designed to efficiently perform the operations associated with RSA. The discovered results are that the elliptic curve approach offers some great advantages, even when using RSA hardware, and that these advantages increase significantly if special hardware is used. Some usage cases of digital signatures may, for a few more years, still be in favor of the RSA approach when it comes to speed. For most cases, however, an elliptic curve system is the clear winner, and will likely be dominant within a near future. / En digital signatur är den elektroniska motsvarigheten till en handskriven signatur. Den kan bevisa källa och integritet för valfri data, och är ett verktyg som blir allt viktigare i takt med att mer och mer information hanteras digitalt. Digitala signaturer använder sig av två nycklar. Den ena nyckeln är hemlig och tillåter ägaren att signera data, och den andra är offentlig och tillåter vem som helst att verifiera signaturen. Det är, under förutsättning att nycklarna är tillräck- ligt stora och att det valda systemet är säkert, omöjligt att hitta den hemliga nyckeln utifrån den offentliga. Eftersom en signatur endast är giltig för datan som signerades innebär detta också att det är omöjligt att förfalska en digital signatur. Den mest välanvända konstruktionen för att skapa digitala signaturer idag är RSA, som baseras på det svåra matematiska problemet att faktorisera heltal. Det finns dock andra matematiska problem som anses vara ännu svårare, vilket i praktiken innebär att nycklarna kan göras kortare, vilket i sin tur leder till att mindre minne behövs och att beräkningarna går snabbare. Ett sådant alternativ är att använda elliptiska kurvor. Det underliggande matematiska problemet för kryptering baserad på elliptiska kurvor skiljer sig från det som RSA bygger på, men de har en viss struktur gemensam. Syftet med detta examensarbete var att utvärdera hur elliptiska kurvor presterar jämfört med RSA, på ett system som är designat för att effektivt utföra RSA. De funna resultaten är att metoden med elliptiska kurvor ger stora fördelar, även om man nyttjar hårdvara avsedd för RSA, och att dessa fördelar ökar mångfaldigt om speciell hårdvara används. För några användarfall av digitala signaturer kan, under några år framöver, RSA fortfarande vara fördelaktigt om man bara tittar på hastigheten. För de flesta fall vinner dock elliptiska kurvor, och kommer troligen vara dominant inom kort.