Le chiffrement complètement homomorphe est une classe de chiffrement permettant de calculer n’importe quelle fonction sur des données chiffrées et de produire une version chiffrée du résultat. Il permet de déléguer des données à un cloud de façon sécurisée, faire effectuer des calculs, tout en gardant le caractère privé de ces données. Cependant, l’innéficacité actuelle des schémas de chiffrement complètement homomorphes, et leur inadéquation au contexte de délégation de calculs, rend son usage seul insuffisant pour cette application. Ces deux problèmes peuvent être résolus, en utilisant ce chiffrement dans un cadre plus large, en le combinant avec un schéma de chiffrement symétrique. Cette combinaison donne naissance au chiffrement complètement homomorphe hybride, conçu dans le but d’une délégation de calculs efficace, garantissant des notions de sécurité et de vie privée. Dans cette thèse, nous étudions le chiffrement complètement homomorphe hybride et ses composantes, à travers la conception de primitives cryptographiques symétriques rendant efficace cette construction hybride. En examinant les schémas de chiffrement complètement homomorphes, nous developpons des outils pour utiliser efficacement leurs propriétés homomorphiques dans un cadre plus complexe. En analysant différents schémas symétriques, et leurs composantes, nous déterminons de bons candidats pour le contexte hybride. En étudiant la sécurité des constructions optimisant l’évaluation homomorphique, nous contribuons au domaine des fonctions booléennes utilisées en cryptologie. Plus particulièrement, nous introduisons une nouvelle famille de schémas de chiffrement symétriques, avec une nouvelle construction, adaptée au contexte hybride. Ensuite, nous nous intéressons à son comportement homomorphique, et nous étudions la sécurité de cette construction. Finalement, les particularités de cette famille de schémas de chiffrement motivant des cryptanalyses spécifiques, nous développons et analysons de nouveaux critères cryptographiques booléens. / Fully homomorphic encryption, firstly built in 2009, is a very powerful kind of encryption, allowing to compute any function on encrypted data, and to get an encrypted version of the result. Such encryption enables to securely delegate data to a cloud, ask for computations, recover the result, while keeping private the data during the whole process. However, today’s inefficiency of fully homomorphic encryption, and its inadequateness to the outsourcing computation context, makes its use alone insufficient for this application. Both of these issues can be circumvented, using fully homomorphic encryption in a larger framework, by combining it with a symmetric encryption scheme. This combination gives a hybrid fully homomorphic framework, designed towards efficient outsourcing computation, providing both security and privacy. In this thesis, we contribute to the study of hybridfully homomorphic framework, through the analysis, and the design of symmetric primitives making efficient this hybrid construction. Through the examination of fully homomorphic encryption schemes, we develop tools to efficiently use the homomorphic properties in a more complex framework. By investigating various symmetric encryption schemes, and buildingblocks up to the circuit level, we determine good candidates for a hybrid context. Through evaluating the security of constructions optimizing the homomorphic evaluation, we contribute to a wide study within the cryptographic Boolean functions area. More particularly, we introduce a new family of symmetric encryption schemes, with a new design, adapted to the hybrid fully homomorphic framework. We then investigate its behavior relatively to homomorphic evaluation, and we address the security of such design. Finally, particularities of this family of ciphers motivate specific cryptanalyses, therefore we develop and analyze new cryptographic Boolean criteria.

L'apprentissage automatique (en anglais machine learning) ou apprentissage statistique, a prouvé être un ensemble de techniques très puissantes. La classification automatique en particulier, permettant d'identifier efficacement des informations contenues dans des gros ensembles de données. Cependant, cela lève le souci de la confidentialité des données. C'est pour cela que le besoin de créer des algorithmes d'apprentissage automatique capable de garantir la confidentialité a été mis en avant. Cette thèse propose une façon de combiner certains systèmes cryptographiques avec des algorithmes de classification afin d'obtenir un classifieur que veille à la confidentialité. Les systèmes cryptographiques en question sont la famille des chiffrements fonctionnels. Il s'agit d'une généralisation de la cryptographie à clef publique traditionnelle dans laquelle les clefs de déchiffrement sont associées à des fonctions. Nous avons mené des expérimentations sur cette construction avec un scénario réaliste se servant de la base de données du MNIST composée d'images de digits écrits à la main. Notre système est capable dans ce cas d'utilisation de savoir quel digit est écrit sur une image en ayant seulement un chiffre de l'image. Nous avons aussi étudié la sécurité de cette construction dans un contexte réaliste. Ceci a révélé des risques quant à l'utilisation des chiffrements fonctionnels en général et pas seulement dans notre cas d'utilisation. Nous avons ensuite proposé une méthode pour négocier (dans notre construction) entre les performances de classification et les risques encourus. / Machine Learning (ML) algorithms have proven themselves very powerful. Especially classification, enabling to efficiently identify information in large datasets. However, it raises concerns about the privacy of this data. Therefore, it brought to the forefront the challenge of designing machine learning algorithms able to preserve confidentiality.This thesis proposes a way to combine some cryptographic systems with classification algorithms to achieve privacy preserving classifier. The cryptographic system family in question is the functional encryption one. It is a generalization of the traditional public key encryption in which decryption keys are associated with a function. We did some experimentations on that combination on realistic scenario using the MNIST dataset of handwritten digit images. Our system is able in this use case to know which digit is written in an encrypted digit image. We also study its security in this real life scenario. It raises concerns about uses of functional encryption schemes in general and not just in our use case. We then introduce a way to balance in our construction efficiency of the classification and the risks.

Cette thèse s’intéresse à la faisabilité des implémentations en boîte blanche de permutations pseudo-aléatoires sûres. Concrètement nous montrons comment un schéma de chiffrement fonctionnel à plusieurs entrées, qui satisfait une notion naturelle d’être à sens unique, est fondamental à la construction d’implémentations protégées contre les attaques d’extraction de clés. Comme contribution indépendante possédant son intérêt propre, nous étendons la notion de robustesse cryptographique. Sommairement, le chiffrement robuste garantit qu’un chiffré ne peut être lu au moyen de plusieurs clés. Décrite tout d’abord dans le contexte de la cryptographie à clé publique, nous étendons les définitions aux contextes du chiffrement fonctionnel et à l’authentification. / This thesis investigates the realizability of white-box implementations for secure pseudorandom permutations. Concretely, we show that multi-input functional encryption achieving a natural definition of one-wayness is instrumental in building implementations that are secure against key-extraction attacks. As a contribution of independent interest, we extend the notion of robustness to a larger set of primitives. Roughly speaking, robust encryption guarantees that a ciphertext cannot be decrypted under different keys. Initially formalized in a public-key context, we introduce compelling definitions for authentication and functional encryption schemes.

Les systèmes de communication ont besoin d'accéder, stocker, manipuler, ou de communiquer des informations sensibles. Par conséquent, les primitives cryptographiques tels que les fonctions de hachage et le chiffrement par blocs sont déployés pour fournir le cryptage et l'authentification. Récemment, des techniques ont été inventés pour combiner cryptage et d'authentification en un seul algorithme qui est appelé authentifiés Encryption (AE). La combinaison de ces deux services de sécurité dans le matériel de meilleures performances par rapport aux deux algorithmes séparés puisque l'authentification et le cryptage peuvent partager une partie du calcul. En raison de la combinaison de la programmation de l'exécution d'matériel personnalisé, FPGA deviennent plus communs comme cible d'une mise en œuvre de ces algorithmes. La première partie de cette thèse est consacrée aux architectures d'algorithmes AE, AES-GCM et AEGIS-128 à base de FPGA efficaces et à grande vitesse, afin d'être utilisé dans la partie reconfigurable FPGA pour soutenir les services de sécurité des systèmes de communication. Notre focalisation sur l'état de l'art conduit à la mise en place d'architectures à haute vitesse pour les applications lentes touches changeantes comme les réseaux privés virtuels (VPN). En outre, nous présentons un procédé efficace pour mettre en oeuvre le GF($2^{128}$) multiplicateur, qui est responsable de la tâche d'authentification en AES-GCM, pour supporter les applications à grande vitesse. En outre, un système efficace AEGIS-128 est également mis en œuvre en utilisant seulement cinq tours AES. Nos réalisations matérielles ont été évaluées à l'aide Virtex-5 et Virtex-4 FPGA. La performance des architectures présentées (Thr. / Parts) surpasse ceux signalés précédemment.La deuxième partie de la thèse présente des techniques pour des solutions à faible coût afin de garantir la reconfiguration du FPGA. Nous présentons différentes gammes de mises en œuvre à faible coût de AES-GCM, AES-CCM, et AEGIS-128, qui sont utilisés dans la partie statique du FPGA afin de décrypter et authentifier le bitstream FPGA. Architectures ASIC présentées ont été évaluées à l'aide de 90 et 65 technologies nm et présentent de meilleures performances par rapport aux travaux antérieurs. / Communication systems need to access, store, manipulate, or communicate sensitive information. Therefore, cryptographic primitives such as hash functions and block ciphers are deployed to provide encryption and authentication. Recently, techniques have been invented to combine encryption and authentication into a single algorithm which is called Authenticated Encryption (AE). Combining these two security services in hardware produces better performance compared to two separated algorithms since authentication and encryption can share a part of the computation. Because of combining the programmability with the performance ofcustom hardware, FPGAs become more common as an implementation target for such algorithms. The first part of this thesis is devoted to efficient and high-speed FPGA-based architectures of AE algorithms, AES-GCM and AEGIS-128, in order to be used in the reconfigurable part of FPGAs to support security services of communication systems. Our focus on the state of the art leads to the introduction of high-speed architectures for slow changing keys applications like Virtual Private Networks (VPNs). Furthermore, we present an efficient method for implementing the GF($2^{128}$) multiplier, which is responsible for the authentication task in AES-GCM, to support high-speed applications. Additionally, an efficient AEGIS-128is also implemented using only five AES rounds. Our hardware implementations were evaluated using Virtex-5 and Virtex-4 FPGAs. The performance of the presented architectures (Thr./Slices) outperforms the previously reported ones.The second part of the thesis presents techniques for low cost solutions in order to secure the reconfiguration of FPGAs. We present different ranges of low cost implementations of AES-GCM, AES-CCM, and AEGIS-128, which are used in the static part of the FPGA in order to decrypt and authenticate the FPGA bitstream. Presented ASIC architectures were evaluated using 90 and 65 nm technologies and they present better performance compared to the previous work.

Le chiffrement d'une communication sur un canal quelconque pose un problème de taille. Un émetteur doit en effet transmettre au récepteur une information lui permettant de décoder une communication chiffrée. Le canal d'information n'étant souvent pas physiquement sécurisé, cette information préliminaire doit être transmise sans que les interlocuteurs n'aient à se soucier qu'un autre acteur puisse intercepter cette information. Différents algorithmes ont été développés afin de rendre possible cet échange préliminaire. Parmi les algorithmes communéments utilisés, la cryptographie à courbe elliptique permet de maximiser la sécurité d'une communication avec un minimum d'échange préliminaire d'information. La cryptographie à courbe elliptique repose sur la multiplication d'un point sur cette courbe par un scalaire. Cette opération est relativement lourde au niveau logiciel. Le développement d'un co-processeur spécialisé pour cette opération devient alors pertinent. Ce mémoire résume le développement de pareil co-processeur. Ce dernier a été développé sur FPGA en minimisant les ressources logiques utilisées tout en maximisant la fréquence d'horloge opérationnelle. De plus, le nombre d'opérations sur la courbe elliptique a été minimisé en représentant l'entier multipliant le point sur la courbe elliptique sous sa forme numérique ω-NAF. Ce mémoire propose également une façon inédite pour générer aléatoirement un entier sous sa forme ω-NAF en minimisant les ressources logiques nécessaires pour pareille opération. / The encryption of a communication on a given channel may appear hazardous. An interlocutor must transmit to another one enough information allowing both interlocutors to encrypt or decrypt the communication. Since the communication channel is visible to potentially malicious actors, this preliminary information must be exchanged without worrying about others intercepting it. Several algorithms were developed making that exchange possible. Among the most commonly used algorithms, elliptic curve cryptography provides the highest strength per bit. Elliptic curve cryptography is based on the multiplication of a point on this curve by a scalar. This operation is relatively complex when implemented in software. The use of a specialized co-processor becomes an interesting approach to perform this operation. This thesis describes the development of such a co-processor. It has been developed targeting a FPGA, minimizing the use of logical resources while maximizing the operating frequency. Moreover, the number of operations on the elliptic curve have been minimized by representing the scalar multiplying the point of the elliptic curve in its ω-NAF form. A method randomly generating an integer in its ω-NAF representation is also proposed. This method can be implemented in hardware using a minimum of logical resources.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2004-2005 / Dans les deux dernières décennies, l’Internet a apporté une nouvelle dimension aux communications. Il est maintenant possible de communiquer avec n’importe qui, n’importe où, n’importe quand et ce, en quelques secondes. Alors que certains systèmes de communication distribués, comme le courriel, le chat, . . . , sont plutôt informels et ne nécessitent aucune sécurité, d’autres comme l’échange d’informations militaires ou encore médicales, le commerce électronique, . . . , sont très formels et nécessitent de très hauts niveaux de sécurité. Pour atteindre les objectifs de sécurité voulus, les protocoles cryptographiques sont souvent utilisés. Cependant, la création et l’analyse de ces protocoles sont très difficiles. Certains protocoles ont été montrés incorrects plusieurs années après leur conception. Nous savons maintenant que les méthodes formelles sont le seul espoir pour avoir des protocoles parfaitement corrects. Ce travail est une contribution dans le domaine de l’analyse des protocoles cryptographiques de la façon suivante: • Une classification des méthodes formelles utilisées pour l’analyse des protocoles cryptographiques. • L’utilisation des systèmes d’inférence pour la mod´elisation des protocoles cryptographiques. • La définition d’une classe de systèmes d’inférence qui ont une theorie décidable. • La proposition d’une procédure de décision pour une grande classe de protocoles cryptographiques / In the last two decades, Internet brought a new dimension to communications. It is now possible to communicate with anyone, anywhere at anytime in few seconds. While some distributed communications, like e-mail, chat, . . . , are rather informal and require no security at all, others, like military or medical information exchange, electronic-commerce, . . . , are highly formal and require a quite strong security. To achieve security goals in distributed communications, it is common to use cryptographic protocols. However, the informal design and analysis of such protocols are error-prone. Some protocols were shown to be deficient many years after their conception. It is now well known that formal methods are the only hope of designing completely secure cryptographic protocols. This thesis is a contribution in the field of cryptographic protocols analysis in the following way: • A classification of the formal methods used in cryptographic protocols analysis. • The use of inference systems to model cryptographic protocols. • The definition of a class of theory-decidable inference systems. • The proposition of a decision procedure for a wide class of cryptographic protocols.

Certains protocoles cryptographiques ont été développés spécifiquement pour assurer quelques propriétés de sécurité dans nos réseaux de communication. Dans le but de s'assurer qu'un protocole remplit ses propriétés de sécurité, des vérifications probabilistes y sont donc entreprises afin de confirmer s'il présente des failles lorsqu'on prend en compte leur comportement probabiliste. Nous avons voulu entreprendre une méthode probabiliste, mais aussi non-déterministe, de modélisation de protocoles afin de confirmer si cette méthode peut remplacer d'autres qui ont déjà été utilisées pour vérifier des failles sur des protocoles cryptographiques. Cela nous a motivé à envisager comme objectif de nos recherches scientifiques, des analyses quantitatives des possibilités de faille sur des protocoles cryptographiques. / Certain cryptographic protocols were specifically developed to provide some security properties in our networks of communication. For the purpose of assuring that a protocol fulfils its security properties, probabilistic model checkings are undertaken to confirm if it introduces a fault when its probabilistic behavior is considered. We wanted to use a probabilistic method (and also non-deterministic) of protocols modeling to confirm if this method may substitute others that were already used for checking faults in cryptographic protocols. It leads us to consider the objective of our scientific researches as: quantitative analysis of faults in cryptographic protocols.

Les protocoles cryptographiques constituent la base de la sécurité des communications faites le long du réseau Internet et des systèmes distribués. Cependant, une faille à l'intérieur d'un protocole peut entraîner des conséquences indésirables et souvent irréversibles autant pour les individus que pour les entreprises. Dans le but de prévenir ces failles, les méthodes formelles se sont imposées comme un choix incontournable pour spécifier et analyser les protocoles cryptographiques. La première tentative d'utilisation des méthodes formelles fût, vu la subtilité du problème, une simple exploration d'un sous ensemble fini des exécutions possibles du protocole analysé, et ce pour dévoiler quelques-unes de ses failles. Cependant, bien que cette technique ait réussi à découvrir plusieurs failles dans de nombreux protocoles, elle reste incapable d'affirmer la correction d'un protocole en absence de la détection d'une faille. De ce fait, les recherches ont été orientées, depuis très récemment, vers la proposition de méthodes formelles permettant de garantir la correction des protocoles cryptographiques par rapport à certaines propriétés de sécurité. Dans cette thèse, nous nous intéressons à ce type de méthodes et nous ramenons les contributions suivantes : L'introduction de la notion de contexte de vérification qui regroupe toutes les hypothèses et les conditions (les capacités de l'intrus, l'algèbre de messages, etc.) faites lors de l'analyse d'un protocole. Cette notion nous a permis d'établir des résultats généraux qui ne dépendent pas d'un contexte de vérification particulier. La proposition de conditions suffisantes permettant de garantir la correction des protocoles cryptographiques par rapport à la propriété de confidentialité. Ces conditions consistent à vérifier si un protocole est croissant par rapport à une fonction spéciale appelée fonction d'interprétation. La proposition d'un guide qui permet la définition des fonctions d'interprétation d'une manière méthodique. L'extension des résultats précédents pour tenir compte des propriétés algébriques des primitives cryptographiques. La mise en oeuvre des résultats précédents pour l'analyse de certains protocoles utilisés dans la vie courante comme Kerberos, SET et NSL, et ce, en présence de la propriété d'homomorphisme de l'opérateur l'encryption.

Les services cloud offrent des coûts réduits, une élasticité et un espace de stockage illimité qui attirent de nombreux utilisateurs. Le partage de fichiers, les plates-formes collaboratives, les plateformes de courrier électroniques, les serveurs de sauvegarde et le stockage de fichiers sont parmi les services qui font du cloud un outil essentiel pour une utilisation quotidienne. Actuellement, la plupart des systèmes d'exploitation proposent des applications de stockage externalisées intégrées, par conception, telles que One Drive et iCloud, en tant que substituts naturels succédant au stockage local. Cependant, de nombreux utilisateurs, même ceux qui sont disposés à utiliser les services susmentionnés, restent réticents à adopter pleinement le stockage et les services sous-traités dans le cloud. Les préoccupations liées à la confidentialité des données augmentent l'incertitude pour les utilisateurs qui conservent des informations sensibles. Il existe de nombreuses violations récurrentes de données à l'échelle mondiale qui ont conduit à la divulgation d'informations sensibles par les utilisateurs. Pour en citer quelques-uns : une violation de Yahoo fin 2014 et annoncé publiquement en Septembre 2016, connue comme la plus grande fuite de données de l'histoire d'Internet, a conduit à la divulgation de plus de 500 millions de comptes utilisateur ; une infraction aux assureurs-maladie, Anthem en février 2015 et Premera BlueCross BlueShield en mars 2015, qui a permis la divulgation de renseignements sur les cartes de crédit, les renseignements bancaires, les numéros de sécurité sociale, pour des millions de clients et d'utilisateurs. Une contre-mesure traditionnelle pour de telles attaques dévastatrices consiste à chiffrer les données des utilisateurs afin que même si une violation de sécurité se produit, les attaquants ne peuvent obtenir aucune information à partir des données. Malheureusement, cette solution empêche la plupart des services du cloud, et en particulier, la réalisation des recherches sur les données externalisées.Les chercheurs se sont donc intéressés à la question suivante : comment effectuer des recherches sur des données chiffrées externalisées tout en préservant une communication, un temps de calcul et un stockage acceptables ? Cette question avait plusieurs solutions, reposant principalement sur des primitives cryptographiques, offrant de nombreuses garanties de sécurité et d'efficacité. Bien que ce problème ait été explicitement identifié pendant plus d'une décennie, de nombreuses dimensions de recherche demeurent non résolues. Dans ce contexte, le but principal de cette thèse est de proposer des constructions pratiques qui sont (1) adaptées aux déploiements dans les applications réelles en vérifiant les exigences d'efficacité nécessaires, mais aussi, (2) en fournissant de bonnes assurances de sécurité. Tout au long de notre recherche, nous avons identifié le chiffrement cherchable (SSE) et la RMA inconsciente (ORAM) comme des deux potentielles et principales primitives cryptographiques candidates aux paramètres des applications réelles. Nous avons identifié plusieurs défis et enjeux inhérents à ces constructions et fourni plusieurs contributions qui améliorent significativement l'état de l'art.Premièrement, nous avons contribué à rendre les schémas SSE plus expressifs en permettant des requêtes booléennes, sémantiques et de sous-chaînes. Cependant, les praticiens doivent faire très attention à préserver l'équilibre entre la fuite d'information et le degré d'expressivité souhaité. Deuxièmement, nous améliorons la bande passante de l'ORAM en introduisant une nouvelle structure récursive de données et une nouvelle procédure d'éviction pour la classe d'ORAM ; nous introduisons également le concept de redimensionnabilibté dans l'ORAM qui est une caractéristique requise pour l'élasticité de stockage dans le cloud. / Cloud services offer reduced costs, elasticity and a promised unlimited managed storage space that attract many end-users. File sharing, collaborative platforms, email platforms, back-up servers and file storage are some of the services that set the cloud as an essential tool for everyday use. Currently, most operating systems offer built-in outsourced cloud storage applications, by design, such as One Drive and iCloud, as natural substitutes succeeding to the local storage. However, many users, even those willing to use the aforementioned cloud services, remain reluctant towards fully adopting cloud outsourced storage and services. Concerns related to data confidentiality rise uncertainty for users maintaining sensitive information. There are many, recurrent, worldwide data breaches that led to the disclosure of users' sensitive information. To name a few: a breach of Yahoo late 2014 and publicly announced on September 2016, known as the largest data breach of Internet history, led to the disclosure of more than 500 million user accounts; a breach of health insurers, Anthem in February 2015 and Premera BlueCross BlueShield in March 2015, that led to the disclosure of credit card information, bank account information, social security numbers, data income and more information for more than millions of customers and users. A traditional countermeasure for such devastating attacks consists of encrypting users' data so that even if a security breach occurs, the attackers cannot get any information from the data. Unfortunately, this solution impedes most of cloud services, and in particular, searching on outsourced data. Researchers therefore got interrested in the fllowing question: how to search on outsourced encrypted data while preserving efficient communication, computation and storage overhead? This question had several solutions, mostly based on cryptographic primitives, offering numerous security and efficiency guarantees. While this problem has been explicitly identified for more than a decade, many research dimensions remain unsolved. The main goal of this thesis is to come up with practical constructions that are (1) suitable for real life deployments verifying necessary efficiency requirements, but also, (2) providing good security insurances. Throughout our reseach investigation, we identified symmetric searchable encryption (SSE) and oblivious RAM (ORAM) as the two potential and main cryptographic primitives' candidate for real life settings. We have recognized several challenges and issues inherent to these constructions and provided a number of contributions that improve upon the state of the art. First, we contributed to make SSE schemes more expressive by enabling Boolean, semantic, and substring queries. Practitioners, however, need to be very careful about the provided balance between the security leakage and the degree of desired expressiveness. Second, we improve ORAM's bandwidth by introducing a novel recursive data structure and a new eviction procedure for the tree-based class of ORAM contructions, but also, we introduce the concept of resizability in ORAM which is a required feature for cloud storage elasticity.

Le chiffrement totalement homomorphe permet d’effectuer des calculs sur des données chiffrées sans fuite d’information sur celles-ci. Pour résumer, un utilisateur peut chiffrer des données, tandis qu’un serveur, qui n’a pas accès à la clé de déchiffrement, peut appliquer à l’aveugle un algorithme sur ces entrées. Le résultat final est lui aussi chiffré, et il ne peut être lu que par l’utilisateur qui possède la clé secrète. Dans cette thèse, nous présentons des nouvelles techniques et constructions pour le chiffrement totalement homomorphe qui sont motivées par des applications en apprentissage automatique, en portant une attention particulière au problème de l’inférence homomorphe, c’est-à-dire l’évaluation de modèles cognitifs déjà entrainé sur des données chiffrées. Premièrement, nous proposons un nouveau schéma de chiffrement totalement homomorphe adapté à l’évaluation de réseaux de neurones artificiels sur des données chiffrées. Notre schéma atteint une complexité qui est essentiellement indépendante du nombre de couches dans le réseau, alors que l’efficacité des schéma proposés précédemment dépend fortement de la topologie du réseau. Ensuite, nous présentons une nouvelle technique pour préserver la confidentialité du circuit pour le chiffrement totalement homomorphe. Ceci permet de cacher l’algorithme qui a été exécuté sur les données chiffrées, comme nécessaire pour protéger les modèles propriétaires d’apprentissage automatique. Notre mécanisme rajoute un coût supplémentaire très faible pour un niveau de sécurité égal. Ensemble, ces résultats renforcent les fondations du chiffrement totalement homomorphe efficace pour l’apprentissage automatique, et représentent un pas en avant vers l’apprentissage profond pratique préservant la confidentialité. Enfin, nous présentons et implémentons un protocole basé sur le chiffrement totalement homomorphe pour le problème de recherche d’information confidentielle, c’est-à-dire un scénario où un utilisateur envoie une requête à une base de donnée tenue par un serveur sans révéler cette requête. / Fully homomorphic encryption enables computation on encrypted data without leaking any information about the underlying data. In short, a party can encrypt some input data, while another party, that does not have access to the decryption key, can blindly perform some computation on this encrypted input. The final result is also encrypted, and it can be recovered only by the party that possesses the secret key. In this thesis, we present new techniques/designs for FHE that are motivated by applications to machine learning, with a particular attention to the problem of homomorphic inference, i.e., the evaluation of already trained cognitive models on encrypted data. First, we propose a novel FHE scheme that is tailored to evaluating neural networks on encrypted inputs. Our scheme achieves complexity that is essentially independent of the number of layers in the network, whereas the efficiency of previously proposed schemes strongly depends on the topology of the network. Second, we present a new technique for achieving circuit privacy for FHE. This allows us to hide the computation that is performed on the encrypted data, as is necessary to protect proprietary machine learning algorithms. Our mechanism incurs very small computational overhead while keeping the same security parameters. Together, these results strengthen the foundations of efficient FHE for machine learning, and pave the way towards practical privacy-preserving deep learning. Finally, we present and implement a protocol based on homomorphic encryption for the problem of private information retrieval, i.e., the scenario where a party wants to query a database held by another party without revealing the query itself.