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.

Le chiffrement fonctionnel est une technique émergente en cryptographie dans laquelle une autorité toute puissante est capable de distribuer des clés permettant d’effectuer des calculs sur des données chiffrées de manière contrôlée. La mode dans ce domaine est de construire des schémas qui sont aussi expressifs que possible, c’est-à-dire du chiffrement fonctionnel qui permet l’évaluation de n’importe quel circuit. Ces contributions délaissent souvent l’efficacité ainsi que la sécurité. Elles reposent sur des hypothèses fortes, très peu étudiées, et aucune construction n’est proche d’être pratique. Le but de cette thèse est d’attaquer ce défi sous un autre angle : nous essayons de construire des schémas de chiffrement fonctionnel les plus expressifs que nous le pouvons en se basant sur des hypothèses standards, tout en conservant la simplicité et l’efficacité des constructions. C’est pourquoi nous introduisons la notion de chiffrement fonctionnel pour l’évaluation de produits scalaires, où les messages sont des vecteurs ~x, et l’autorité peut transmettre des clés correspondants à des vecteurs ~y qui permettent l’évaluation du produit scalaire h~x, ~yi. Cette fonctionnalité possède immédiatement des applications directes, et peut aussi être utilisé dans d’autres constructions plus théoriques, leproduit scalaire étant une opération couramment utilisée. Enfin, nous présentons deux structures génériques pour construire des schémas de chiffrement fonctionnels pour le produit scalaire, ainsi que des instanciations concrètes dont la sécurité repose sur des hypothèses standards. Nous comparons aussi les avantages et inconvénients de chacune d’entre elles. / Functional encryption is an emerging framework in which a master authority can distribute keys that allow some computation over encrypted data in a controlled manner. The trend on this topic is to try to build schemes that are as expressive possible, i.e., functional encryption that supports any circuit evaluation. These results are at the cost of efficiency and security. They rely on recent, not very well studied assumptions, and no construction is close to being practical. The goal of this thesis is to attack this challenge from a different angle: we try to build the most expressive functional encryption scheme we can get from standard assumption, while keeping the constructions simple and efficient. To this end, we introduce the notion of functional encryption for inner-product evaluations, where plaintexts are vectors ~x, and the trusted authority delivers keys for vectors ~y that allow the evaluation of the inner-product h~x, ~yi. This functionality already offers some direct applications, and it can also be used for theoretical constructions, as inner-product is a widely used operation. Finally, we present two generic frameworks to construct inner-product functional encryption schemes, as well as some concrete instantiations whose security relies on standard assumptions. We also compare their pros and cons.