Cette thèse aborde différents aspects de la cryptologie, subsumant des champs aussi variés que la conception de protocoles, l’amélioration d’outils algorithmiques et les attaques. Les deux principales focales de cette étude sont : un protocole de co-signature prouvé irréfragable et un système de chiffrement authentifié à sécurité prouvée. Notre protocole de co-signature permet l’équité légale. L’équité légale est une nouvelle variante de la notion d’équité, ne reposant pas sur des tiers. Notre instanciation d’équité légale est construite à l’aide des signatures de Schnorr. Nous présenterons également un protocole d’authentification distribué de type Fiat-Shamir. La deuxième partie de cette thèse est consacrée aux améliorations algorithmiques. Nous introduisons une méthode permettant de doubler la vitesse de l’algorithme de Barrett en utilisant des modules composites spécifiques et un nouvel algorithme de multiplication à retour sur trace, particulièrement adapté aux microprocesseurs bon marché. Nous nous intéresserons ensuite à la sécurité des composants en étudiant la régulation du débit des correcteurs de von Neumann et les attaques en fautes sur des implémentations de cryptographie à courbes elliptiques. Enfin, un des actes novatoires incidents notre travail sera d’adapter aux codes correcteurs d’erreurs deux techniques empruntées à la cryptographie : un premier résultat améliore l’efficacité calculatoire des codes BCH grâce à une version de l’algorithme de Barrett étendue aux polynômes. Le second est un nouveau code correcteur d’erreurs basé sur la théorie des nombres. / This thesis addresses various topics in cryptology, namely protocol design, algorithmic improvements and attacks. In addition, we venture out of cryptography and propose two new applications of cryptographic techniques to error correcting codes. Our main results comprise a provably secure co-signature protocol and a provably secure authenticated encryption scheme. Our co-signature protocol achieves legal fairness, a novel fairness variant that does not rely on third parties. Legal fairness is implemented using Schnorr signatures. We also present a distributed Fiat-Shamir authentication protocol. The second part of the thesis is devoted to computational improvements, we discuss a method for doubling the speed of Barrett’s algorithm by using specific composite moduli, devise new BCH speed-up strategies using polynomial extensions of Barrett’s algorithm, describe a new backtracking-based multiplication algorithm suited for lightweight microprocessors and present a new number theoretic error-correcting code. Fault injection attacks are further overviewed and a new fault attack on ECC implementations is proposed.

La première partie de ce mémoire porte sur l’identification aveugle des codes correcteurs d’erreurs non-binaires, travaillant dans le corps de Galois GF(2m). Une étude sur les propriétés des corps de Galois et des codes non-binaires a été conduite afin d’obtenir les éléments indispensables à la mise en oeuvre des méthodes d’identification aveugle. A partir de la seule connaissance des symboles reçus, nous avons développé des méthodes permettant d’identifier les paramètres des codes non-binaires lors d’une transmission non-bruitée et nous avons mis en évidence la pertinence de cette approche lorsque les paramètres de GF(2m) utilisés à l’émission sont connus à la réception. Nous avons aussi mené une étude théorique approfondie pour justifier l’utilisation du critère du rang par la plupart des méthodes d’identification existantes. Dans le cas d’une transmission bruitée, nous avons développé trois algorithmes dédiés à l’identification en aveugle de la taille des mots de code pour des codes binaires et non-binaires. Pour identifier une base du code dual, nous avons généralisé une technique existante pour les codes binaires, basée sur l’utilisation d’un démodulateur à décision ferme, au cas des codes non-binaires. Puis, nous avons amélioré les performances de détection de cette technique en introduisant un processus itératif basé sur l’utilisation conjointe d’un démodulateur à décision souple et d’un algorithme de décodage à décision souple. Dans la deuxième partie de ce mémoire, nous avons tout d’abord proposé un formalisme mathématique pour étudier l’impact des fonctions de mapping-demapping sur la manipulation des données d’un corps de Galois dans le cas des codes non-binaires. Ensuite, nous avons exploité ce formalisme pour détecter et corriger quelques défauts de transmission. Enfin, nous avons étudié l’impact de certaines fonctions de mapping-demapping sur l’identification aveugle des paramètres des codes non-binaires. / In the first part of this thesis, we have focused on the blind identification of non-binary error correcting codes over the Galois field GF(2m). A study of the properties of Galois fields and non-binarycodes has been presented so as to get the essential elements for a blind identification of non-binary codes parameters. From the knowledge of only the received symbols, methods have been developed to identify the code parameters in the case of a noiseless transmission. The relevance of this approach has been highlighted when the parameters of the used Galois field are known bythe receiver. A theoretical study of rank criterion behaviors has been also presented to justify its use by the most existing identification methods. Then, three blind identification methods of the codeword size for binary and non-binary linear codes have been developped in the framework of a noisy transmission. In order to identify a dual code basis, an existing method for binary codes based on the use of a hard decision demodulation has been generalized to non-binary codes. The detection performance of this technique has been improved when an iterative process based on the joint use of a soft-decision demodulator and a soft-decision iterative decoding is introduced. In the second part of this thesis manuscript, a mathematical formalism is proposed in order to investigate the impact of mapping-demapping functions on linear algebra computations and properties over Galois field in the case of non-binary error correcting codes. Finally, this formalism has been exploited to detect or/and correct some digital transmission problems such as a bad synchronization. Finally, we have studied the impact of some mapping-demapping functions on the blind identification ofnon-binary error correcting codes parameters.

La sécurité de l’information repose sur la bonne interaction entre différents niveaux d’abstraction : les composants matériels, systèmes d’exploitation, algorithmes, et réseaux de communication. Cependant, protéger ces éléments a un coût ; ainsi de nombreux appareils sont laissés sans bonne couverture. Cette thèse s’intéresse à ces différents aspects, du point de vue de la sécurité et de la cryptographie. Nous décrivons ainsi de nouveaux algorithmes cryptographiques (tels que des raffinements du chiffrement de Naccache–Stern), de nouveaux protocoles (dont un algorithme d’identification distribuée à divulgation nulle de connaissance), des algorithmes améliorés (dont un nouveau code correcteur et un algorithme efficace de multiplication d’entiers),ainsi que plusieurs contributions à visée systémique relevant de la sécurité de l’information et à l’intrusion. En outre, plusieurs de ces contributions s’attachent à l’amélioration des performances des constructions existantes ou introduites dans cette thèse. / Information security relies on the correct interaction of several abstraction layers: hardware, operating systems, algorithms, and networks. However, protecting each component of the technological stack has a cost; for this reason, many devices are left unprotected or under-protected. This thesis addresses several of these aspects, from a security and cryptography viewpoint. To that effect we introduce new cryptographic algorithms (such as extensions of the Naccache–Stern encryption scheme), new protocols (including a distributed zero-knowledge identification protocol), improved algorithms (including a new error-correcting code, and an efficient integer multiplication algorithm), as well as several contributions relevant to information security and network intrusion. Furthermore, several of these contributions address the performance of existing and newly-introduced constructions.