Th.--Informatique et réseaux--Paris--ENST, 1995. / Notes bibliogr. Résumé.

Thèse de doctorat : Informatique : Nancy 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre.

Th. doct.--Informatique et réseaux--Paris--ENST, 1996. / Bibliogr. p. 177-185. Résumé en français et en anglais.

Th. doct.--Informatique et réseaux--Paris--ENST, 1994. / Bibliogr. p. 125-134.

La sécurité des transmissions et du stockage des données est devenue un enjeu majeur de ces dernières années et la cryptologie, qui traite de la protection algorithmique de l'information, est un sujet de recherche extrêmement actif. Elle englobe la conception d'algorithmes cryptographiques, appelée cryptographie, et l'analyse de leur sécurité, appelée cryptanalyse.Dans cette thèse, nous nous concentrons uniquement sur la cryptanalyse, et en particulier celle des algorithmes de chiffrement symétrique, qui reposent sur le partage d'un même secret entre l'entité qui chiffre l'information et celle qui la déchiffre. Dans ce manuscrit, trois attaques contre des algorithmes de chiffrement symétriques sont présentées. Les deux premières portent sur deux candidats de l'actuelle compétition cryptographique CAESAR, les algorithmes AEZ et NORX, tandis que la dernière porte sur l'algorithme Kravatte, une instance de la construction Farfalle qui utilise la permutation de la fonction de hachage décrite dans le standard SHA-3. Les trois algorithmes étudiés présentent une stratégie de conception similaire, qui consiste à intégrer dans une construction nouvelle une primitive, i.e. une fonction cryptographique élémentaire, déjà existante ou directement inspirée de travaux précédents.La compétition CAESAR, qui a débuté en 2015, a pour but de définir un portefeuille d'algorithmes recommandés pour le chiffrement authentifié. Les deux candidats étudiés, AEZ et NORX, sont deux algorithmes qui ont atteint le troisième tour de cette compétition. Les deux attaques présentées ici ont contribué à l'effort de cryptanalyse nécessaire dans une telle compétition. Cet effort n'a, en l'occurrence, pas permis d'établir une confiance suffisante pour justifier la présence des algorithmes AEZ et NORX parmi les finalistes.AEZ est une construction reposant sur la primitive AES, dont l'un des principaux objectifs est d'offrir une résistance optimale à des scénarios d'attaque plus permissifs que ceux généralement considérés pour les algorithmes de chiffrement authentifié. Nous montrons ici que dans de tels scénarios il est possible, avec une probabilité anormalement élevée, de retrouver l'ensemble des secrets utilisés dans l'algorithme.NORX est un algorithme de chiffrement authentifié qui repose sur une variante de la construction dite en éponge employée par exemple dans la fonction de hachage Keccak. Sa permutation interne est inspirée de celles utilisées dans BLAKE et ChaCha. Nous montrons qu'il est possible d'exploiter une propriété structurelle de cette permutation afin de récupérer la clé secrète utilisée. Pour cela, nous tirons parti du choix des concepteurs de réduire les marges de sécurité dans le dimensionnement de la construction en éponge.Enfin, la dernière cryptanalyse remet en cause la robustesse de l'algorithme Kravatte, une fonction pseudo-aléatoire qui autorise des entrées et sorties de taille variable. Dérivée de la permutation Keccak-p de SHA-3 au moyen de la construction Farfalle, Kravatte est efficace et parallélisable. Ici, nous exploitons le faible degré algébrique de la permutation interne pour mettre au jour trois attaques par recouvrement de clé : une attaque différentielle d'ordre supérieur, une attaque algébrique "par le milieu" et une attaque inspirée de la cryptanalyse de certains algorithmes de chiffrement à flot. / Nowadays, cryptology is heavily used to protect stored and transmitted data against malicious attacks, by means of security algorithms. Cryptology comprises cryptography, the design of these algorithms, and cryptanalysis, the analysis of their security.In this thesis, we focus on the cryptanalysis of symmetric encryption algorithms, that is cryptographic algorithms that rely on a secret value shared beforehand between two parties to ensure both encryption and decryption. We present three attacks against symmetric encryption algorithms. The first two cryptanalyses target two high profile candidates of the CAESAR cryptographic competition, the AEZ and NORX algorithms, while the last one targets the Kravatte algorithm, an instance of the Farfalle construction based on the Keccak permutation. Farfalle is multipurpose a pseudo-random function (PRF) developed by the same designers' team as the permutation Keccak used in the SHA-3 hash function.The CAESAR competition, that began in 2015, aims at selecting a portfolio of algorithms recommended for authenticated encryption. The two candidates analysed, AEZ and NORX, reached the third round of the CAESAR competition but were not selected to be part of the finalists. These two results contributed to the cryptanalysis effort required in such a competition. This effort did not establish enough confidence to justify that AEZ and NORX accede to the final round of the competition.AEZ is a construction based on the AES primitive, that aims at offering an optimal resistance against more permissive attack scenarios than those usually considered for authenticated encryption algorithms. We show here that one can recover all the secret material used in AEZ with an abnormal success probability.NORX is an authenticated encryption algorithm based on a variant of the so-called sponge construction used for instance in the SHA-3 hash function. The internal permutation is inspired from the one of BLAKE and ChaCha. We show that one can leverage a strong structural property of this permutation to recover the secret key, thanks to the designers' non-conservative choice of reducing the security margin in the sponge construction.Finally, the last cryptanalysis reconsiders the robustness of the Kravatte algorithm. Kravatte is an efficient and parallelizable PRF with input and output of variable length. In this analysis, we exploit the low algebraic degree of the permutation Keccak used in Kravatte to mount three key-recovery attacks targeting different parts of the construction: a higher order differential attack, an algebraic meet-in-the-middle attack and an attack based on a linear recurrence distinguisher.

L'annonce de l'essor du chiffrement des données se heurte à celle de l'avènement du "big data". Il n'est maintenant plus suffisant d'envoyer et de recevoir des données, il faut pouvoir les analyser, les exploiter ou encore les partager à grande échelle. Or, les données à protéger sont de plus en plus nombreuses, notamment avec la prise de conscience de l'impact qu'ont les nouvelles technologies (smartphones, internet of things, cloud,...) sur la vie privée des utilisateurs. En rendant ces données inaccessibles, le chiffrement bloque a priori les fonctionnalités auxquelles les utilisateurs et les fournisseurs de service sont habitués. Pour rétablir ces fonctionnalités, il est nécessaire de savoir calculer des fonctions de données chiffrées, et cette thèse explore plusieurs pistes dans ce sens. Dans une première partie, nous nous intéressons au chiffrement totalement homomorphe qui permet de réaliser des calculs arbitraires sur les données chiffrées. Ce type de chiffrement est cependant particulièrement coûteux, notamment à cause de l'appel souvent nécessaire à une procédure très coûteuse : le réamorçage. Nous prouvons ici que minimiser le nombre de réamorçages est un problème NP-complet et donnons une méthode pratique pour approximer ce minimum. Dans une seconde partie, nous étudions des schémas dédiés à une fonctionnalité donnée. Le premier cas d'usage considéré est celui de la déduplication vérifiable de données chiffrées. Il s'agit pour un serveur de stockage externe d'être assuré qu'il ne conserve qu'un seul exemplaire de chaque fichier, même si ceux-ci sont chiffrés, ce qui lui permet d'optimiser l'usage de ses ressources mémoires. Ensuite, nous proposons un schéma de chiffrement cherchable permettant de détecter des intrusions dans un réseau de télécommunications chiffrés. En effet, le travail d'inspection du réseau par des moteurs d'analyse est actuellement entravé par la croissance du trafic chiffré. Les résultats obtenus permettent ainsi d'assurer la confidentialité des échanges tout en garantissant l'absence d'intrusions malveillantes dans le trafic / Nowadays, encryption and services issued of ``big data" are at odds. Indeed, encryption is about protecting users privacy, while big data is about analyzing users data. Being increasingly concerned about security, users tend to encrypt their sensitive data that are subject to be accessed by other parties, including service providers. This hinders the execution of services requiring some kind of computation on users data, which makes users under obligation to choose between these services or their private life. We address this challenge in this thesis by following two directions.In the first part of this thesis, we study fully homomorphic encryption that makes possible to perform arbitrary computation on encrypted data. However, this kind of encryption is still inefficient, and this is due in part to the frequent execution of a costly procedure throughout evaluation, namely the bootstrapping. Thus, efficiency is inversely proportional to the number of bootstrappings needed to evaluate functions on encrypted data. In this thesis, we prove that finding such a minimum is NP-complete. In addition, we design a new method that efficiently finds a good approximation of it. In the second part, we design schemes that allow a precise functionality. The first one is verifiable deduplication on encrypted data, which allows a server to be sure that it keeps only one copy of each file uploaded, even if the files are encrypted, resulting in an optimization of the storage resources. The second one is intrusion detection over encrypted traffic. Current encryption techniques blinds intrusion detection services, putting the final user at risks. Our results permit to reconcile users' right to privacy and their need of keeping their network clear of all intrusion

Les algorithmes de chiffrement symétriques (ou à clef secrète) sont<br />très largement répandus car ils sont les seuls à atteindre les débits<br />de chiffrement requis par la plupart des applications et à permettre<br />une mise en oeuvre sous forme d'un circuit de taille<br />raisonnable. Dans ce contexte, les travaux présentés dans ce mémoire<br />ont pour objet la conception de nouvelles attaques sur les algorithmes<br />symétriques et leur formalisation afin de mettre en évidence les<br />propriétés structurelles qui les rendent opérationnelles. Cette<br />approche conduit à de nouveaux critères de conception et à la<br />construction d'objets qui permettent de leur résister de manière<br />certaine. Cette étude s'articule notamment autour de l'idée que, pour<br />résister de manière sûre aux cryptanalyses connues et pour atteindre<br />de bonnes performances, un chiffrement symétrique doit utiliser des<br />objets aux propriétés exceptionnelles, dont la structure algébrique<br />forte ouvre paradoxalement une brèche exploitable dans une nouvelle<br />attaque. Ce principe est ici décliné pour les deux familles<br />d'algorithmes symétriques, les chiffrements à flot et les chiffrements<br />par blocs.

Un nombre important et en constante augmentation de systèmes numériques nous entoure. Tablettes, smartphones et objets connectés ne sont que quelques exemples apparents de ces technologies omniprésentes, dont la majeure partie est enfouie, invisible à l'utilisateur. Les microprocesseurs, au cœur de ces systèmes, sont soumis à de fortes contraintes en ressources, sûreté de fonctionnement et se doivent, plus que jamais, de proposer une sécurité renforcée. La tâche est d'autant plus complexe qu'un tel système, par sa proximité avec l'utilisateur, offre une large surface d'attaque.Cette thèse, se concentre sur une propriété essentielle attendue pour un tel système, la confidentialité, le maintien du secret du programme et des données qu'il manipule. En effet, l'analyse du programme, des instructions qui le compose, est une étape essentielle dans la conception d'une attaque. D'autre part, un programme est amené à manipuler des données sensibles (clés cryptographiques, mots de passes, ...), qui doivent rester secrètes pour ne pas compromettre la sécurité du système.Cette thèse, se concentre sur une propriété essentielle attendue pour un tel système, la confidentialité, le maintien du secret du programme et des données qu'il manipule. Une première contribution de ces travaux est une méthode de chiffrement d'un code, basée sur le graphe de flot de contrôle, rendant possible l'utilisation d'algorithmes de chiffrement par flots, légers et efficaces. Protéger les accès mémoires aux données d'un programme s'avère plus complexe. Dans cette optique, nous proposons l'utilisation d'un chiffrement homomorphe pour chiffrer les données stockées en mémoire et les maintenir sous forme chiffrée lors de l'exécution des instructions. Enfin, nous présenterons l'intégration de ces propositions dans une architecture de processeur et les résultats d'évaluation sur logique programmable (FPGA) avec plusieurs programmes d'exemples. / Embedded processors are today ubiquitous, dozen of them compose and orchestrate every technology surrounding us, from tablets to smartphones and a large amount of invisible ones. At the core of these systems, processors gather data, process them and interact with the outside world. As such, they are excepted to meet very strict safety and security requirements. From a security perspective, the task is even more difficult considering the user has a physical access to the device, allowing a wide range of specifically tailored attacks.Confidentiality, in terms of both software code and data is one of the fundamental properties expected for such systems. The first contribution of this work is a software encryption method based on the control flow graph of the program. This enables the use of stream ciphers to provide lightweight and efficient encryption, suitable for constrained processors. The second contribution is a data encryption mechanism based on homomorphic encryption. With this scheme, sensible data remain encrypted not only in memory, but also during computations. Then, the integration and evaluation of these solutions on Field Programmable Gate Array (FPGA) with some example programs will be discussed.

Block ciphers are widely used building blocks for secure communication systems; their purpose is to ensure confidentiality of the data exchanged through such systems, while achieving high performance. In this context, a variety of aspects must be taken into account. Primarily, they must be secure. The security of a block cipher is usually assessed by testing its resistance against known attacks. However as attacks may exist that are currently unknown, generic security proofs are also tried to be obtained. On the other hand, another attack methodology is also worth considering. Contrary to the others, it aims at the implementation of the algorithm rather than the cipher itself. It is known as side-channel analysis. Finally, performance of a block cipher in terms of throughput is very important as well. More than any other cryptographic primitive, block ciphers allow a tradeoff to be made between security and performance. In this thesis, contributions are given regarding these various topics. In the first part of the thesis, we deal with two particular types of attacks, namely the square attack and key schedule cryptanalysis. We also consider security proofs in the so-called Luby-Rackoff model, which deals with adversaries having unbounded computation capabilities. More precisely, we are interested in the Misty structure, when the round functions are assumed to be involutions. The second part of the thesis is devoted to design and implementation aspects. First, we present a fault attack on substitution-permutation networks, which requires as few as two faulty ciphertexts to retrieve the key. We also study the security of DeKaRT, which is an algorithm intended to protect smart cards against probing attacks. Finally we present the design of ICEBERG, a block cipher deliberately oriented towards good performance in hardware, and give an adequate analysis of its security.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2006. / Titre de l'écran-titre (visionné le 28 mars 2007). Dans le titre et le résumé, le "w" du symbole "w-NAF" s'apparente à la lettre grecque omega. Bibliogr.