Le concept d’un réseau personnel sans fil (Wireless Personal Area Network (WPAN)) est généralement limité aux couples d'appareils (un téléphone, un casque, un appareil photo) et fortement liés à un utilisateur unique. Néanmoins, nous pensons que le concept évoluera dans un proche avenir afin de créer un réseau de communication distribué tout autour de l’utilisateur avec beaucoup plus de dispositifs. Un tel réseau distribué est appelé un réseau personnel (Personal Network (PN)). La prochaine étape après la création de réseaux distribués est de les interconnecter avec certaines restrictions. Etant donné que le WPAN est généralement un espace privé, il est préférable de ne pas exposer toutes ou certaines de nos ressources à des utilisateurs externes, ou plutôt que ces derniers aient un accès limité à certaines ressources. De même, nous préférons nous connecter avec des amis et peut-être utiliser leurs propres ressources avec des conditions équivalentes. Pour réaliser tout cela, nous nous trouvons en face de quelques restrictions. Vue que les dispositifs utilisés dans les réseaux personnels sont, dans certains cas, considérés comme dispositifs à faible débit, la mise en œuvre des protocoles existants et connus de sécurité semble être inefficace. En effet, ces dispositifs nécessitent une implémentation minimale de sécurité à faible coût qui ne peut être prévue par les protocoles connus. En outre, un aperçu vertical de la pile de communication donne un aperçu sur les difficultés d'application de ces protocoles. Nous proposons d’implémenter un mécanisme de chiffrement au niveau de la couche physique juste après le processus de codage correcteur d’erreur. L'architecture proposée repose sur l'utilisation du « Output Feedback Mode (OFB) » en utilisant l'algorithme AES comme algorithme de chiffrement (Cipher). La contribution suivante vise l'élaboration d'un accord (partage) de clé entre plusieurs parties d’une façon hiérarchique. Cette solution permet de sécuriser les communications entre plusieurs groupes de dispositifs (Cluster) liés à un seul propriétaire. Un pas après avoir obtenu une architecture intra-réseau personnel est d'assurer le partage des ressources entre plusieurs PNs. Les ressources ne sont pas nécessairement dans le même domaine d’authentification et le serveur qui les organise s'appelle une fédération. Notre contribution dans ce contexte est basée sur deux composantes: un protocole de signalisation et un protocole qui assure une gestion de clé de groupe. Nous achevons notre travail en proposant une solution de sécurité qui vise l'intégration des réseaux PNs au sein de l'internet du futur, plus précisément, l’internet d'information. Dans l'Internet du futur, tout est mobile et connecté pratiquement à tout d’où l'objet prend une significative importance. En revanche, les réseaux personnels évoluent de façon à créer des Intelligent réseaux personnels (Smart personal networks) autour de l'utilisateur. Dans le concept des réseaux orientés sur l'objet et orientés utilisateur, l’accès à l'information devient plus facile mais l'instauration d'une bonne sécurité devient plus difficile. La difficulté n'est pas de trouver de nouveaux algorithmes de sécurité, mais plutôt d'adapter et d'améliorer les solutions existantes pour répondre aux exigences de sécurité souhaitable. Dans cette contribution, nous proposons une nouvelle solution qui fusionne la cryptographie basé sur l'identité et les systèmes de chiffrement cryptographique « Certificateless afin de garder leurs avantages et résoudre leurs problèmes. / Wireless Personal Area Network (WPAN) communications concept is generally restricted to couples of devices (a phone, a headset, a camera) and strongly related to a user and communicating very periodically (exchanges of differentBtypes). Nonetheless, we believe that the concept will evolve in the near future to create a distributed communication network all around users with more devices. Such a distributed network is called a Personal Network (PN). The next step after the distributed network creation is to interconnect them with certain restrictions. Since the WPAN is generally a private area, we do not like to expose all the resources to external users but still we would like to let them have restricted access to certain facilities. Similarly, we would like to peer friends to let us use their own resources with equivalent conditions. As devices involved in the Personal Networks, in some cases, have a LowData Rate nature, implementing legacy security protocols seems to be inefficient.In fact, such devices require a minimal implementation of security solutions withlow cost which can not be provided by known protocols. Moreover, a verticaloverview of the communication stack gives insight on the difficulties of applyingthese protocols. We propose an efficient physical layer encryption to be implementedafter the error coding process. The proposed architecture relies on the use of the well proven secure Output Feedback Mode OFB using AES algorithm as a Cipher. The next contribution is targeting the development of a hierarchical key agreement between multi-parties to secure communication between many clusters related to only one owner. One step after securing the Intra-Personal Network is to secure resource sharing between many PNs. Resources are not necessarily in the same authentication domain and the group that uses them is called a federation. Our contribution is based on two components: A signaling protocol and a group key management system. We close our work by providing a security solution that targets the integration of the PN within the future internet, more precisely, the network of information. In the future internet, everything is mobile and virtually connected to everything where the object takes the cornerstone. In the other hand, Personal net works are evolving to create Smart personal networks around the user. In the object-centric and user-centric concepts, information access becomes easier but establishing good security becomes harder. The difficulty is not finding new secure algorithms but rather that of adapting and enhancing existing solutions to meet the security requirements desirable for the interaction between these networks. In this contribution, we propose a new solution that merges Identity-Based cryptography and the Certificateless Cryptography cryptographic systems into only one in order to keep their advantages and to resolve their problems.

Nous étudions dans cette thèse la valeur spéciale des fonctions L des courbes elliptiques, et plus généralement des formes modulaires de poids 2, au premier point entier non critique, à<br />savoir s=2. Nous démontrons une version explicite d'un théorème de Beilinson relatif à cette valeur spéciale : pour toute forme parabolique primitive f de poids 2, niveau N ≥ 1 et caractère \psi, et pour tout caractère de Dirichlet \chi modulo N (pair, primitif et distinct du conjugué de \psi), nous exprimons L(f,2) L(f,\chi,1) comme régulateur d'un symbole de Milnor explicite associé à des unités modulaires de X_1(N). En niveau \Gamma_1(p), p premier, nous en déduisons que les symboles de Milnor associés aux unités modulaires de X_1(p) engendrent l'espace d'arrivée du régulateur de Beilinson. Utilisant l'appendice par Merel, nous donnons une formule explicite et universelle pour L(E,2), E courbe elliptique de conducteur p premier, en termes des valeurs tordues L(E,\chi,1), \chi caractère de conducteur p. Nous suggérons également une reformulation de la conjecture de Zagier pour L(E,2) au niveau de la jacobienne J_1(N) de X_1(N), où N est le conducteur de E. En ce sens, nous proposons un analogue du dilogarithme elliptique pour la jacobienne J d'une courbe algébrique : c'est une fonction R_J des points complexes de J vers le dual de l'espace des 1-formes différentielles holomorphes sur J. Nous montrons que L(f,2) L(f,\chi,1) est combinaison linéaire explicite de valeurs de R_{J_1(N)}, appliquée à f, en des points \Q-rationnels du sous-groupe cuspidal de J_1(N).

Cette thèse est consacrée à la description et à l'étude de la sécurité de divers protocoles destinés à faire de l'authentification d'objets physiques à distance à base de comparaison de vecteurs binaires. L'objectif des protocoles proposés est de pouvoir réaliser une authentification en garantissant d'une part que les informations envoyées et reçues par le lecteur n'ont pas été manipulées par un adversaire extérieur et d'autre part sans révéler l'identité de l'objet testé à un tel adversaire, ou même, modulo certaines hypothèses raisonnables, aux composantes du système. Nous nous sommes fixés de plus comme objectif d'utiliser des méthodes de cryptographie sur courbe elliptique pour pouvoir profiter des bonnes propriétés de ces dernières, notamment une sécurité accrue par rapport à la taille des clefs utilisées. Nous présentons plusieurs protocoles atteignant l'objectif et établissons pour presque tous une preuve théorique de leur sécurité, grâce notamment à une nouvelle caractérisation d'une notion standard de sécurité. / This thesis is dedicated to the description of several bitrsitring comparison based remote object authentication protocols and the study of their theoretical security. The proposed protocols are designed to carry out the authentication of a given object while simultaneously guaranteeing that the information sent and received by the server cannot be tampered with by outside adversaries and that the identity of the tested object remains hidden from outside and (certain) inside adversaries. Finally it has been our objective to use elliptic curve cryptography, taking advantage of its useful properties, notably a better security level to key-size ratio. We present several protocols reaching these objectives, establishing for almost each protocol a theoretical proof of security using a new characterization of a standard security notion.

L'objet de cette thèse est l'obtention de résultats uniformes sur l'image des représentations galoisiennes associées aux points de torsion des courbes elliptiques possédant une isogénie de degré premier. <br /><br />Le cadre se compose d'un corps de nombres K différent de Q et galoisien sur Q, d'une courbe elliptique E définie sur K et d'un nombre premier p ; on suppose que la courbe E possède une isogénie de degré p définie sur K.<br /><br />On détermine explicitement un nombre réel C(K), ne dépendant que du corps de nombres K, tel que si p est choisi strictement supérieur à C(K), alors l'image de la représentation galoisienne associée aux points de p-torsion de E contient les homothéties qui sont des puissances douzièmes. Ce résultat complète des travaux précédents d'Eckstein sur les homothéties dans l'image des représentations galoisiennes associées aux points de torsion des courbes elliptiques.<br /><br />La méthode employée est celle de Momose pour l'étude du caractère donnant l'action du groupe de Galois absolu de K sur le sous-groupe d'isogénie d'ordre p ("caractère d'isogénie").<br />Pour p strictement plus grand que C(K), on obtient deux formes possibles précises pour ce caractère d'isogénie : soit sa puissance douzième est égale au caractère cyclotomique à la puissance 6 ; soit il lui est naturellement associé un corps quadratique imaginaire et sa puissance douzième présente des similarités avec celle d'un caractère provenant d'une courbe elliptique à multiplication complexe.

Cette thèse se divise en deux parties. La première est consacrée aux points entiers sur les courbes modulaires, et l'autre se concentre sur les courbes elliptiques à couplages.Dans la première partie, nous donnons quelques majorations effectives de la hauteur des j-invariants des points entiers sur les courbes modulaires quelconques associées aux sous-groupes de congruence sur les corps de nombres quelconques en supposant que le nombre des pointes est au moins 3. De plus, dans le cas d'un groupe de Cartan non-déployé nous fournissons de meilleures bornes. Comme application, nous obtenons des résultats similaires pour certaines courbes modulaires avec moins de 3 pointes.Dans la deuxième partie, nous donnons une nouvelle majoration du nombre de classes d'isogénie de courbes elliptiques ordinaires à couplages. Nous analysons également la méthode de Cocks-Pinch pour confirmer certaines de ses propriétés communément conjecturées. Par ailleurs, nous présentons la première analyse heuristique connue qui suggère que toute construction efficace de courbes elliptiques à couplages peut engendrer efficacement de telles courbes sur tout corps à couplages. Enfin, quelques données numériques allant dans ce sens sont données.

Cette thèse est consacrée à la description et à l'étude de la sécurité de divers protocoles destinés à faire de l'authentification d'objets physiques à distance à base de comparaison de vecteurs binaires. L'objectif des protocoles proposés est de pouvoir réaliser une authentification en garantissant d'une part que les informations envoyées et reçues par le lecteur n'ont pas été manipulées par un adversaire extérieur et d'autre part sans révéler l'identité de l'objet testé à un tel adversaire, ou même, modulo certaines hypothèses raisonnables, aux composantes du système. Nous nous sommes fixés de plus comme objectif d'utiliser des méthodes de cryptographie sur courbe elliptique pour pouvoir profiter des bonnes propriétés de ces dernières, notamment une sécurité accrue par rapport à la taille des clefs utilisées. Nous présentons plusieurs protocoles atteignant l'objectif et établissons pour presque tous une preuve théorique de leur sécurité, grâce notamment à une nouvelle caractérisation d'une notion standard de sécurité.

L’émergence des systèmes embarqués a permis le développement des réseaux de capteurs sans fil dans de nombreux domaines différents. Cependant, la sécurité reste un problème ouvert. La vulnérabilité des nœuds est principalement liée au manque de ressources. En effet, l’unité de traitement ne dispose pas d’assez de puissance et de mémoire pour gérer des mécanismes de sécurité très complexes.La cryptographie est une solution qui est largement utilisée pour sécuriser les réseaux. Par rapport à la cryptographie symétrique, la cryptographie asymétrique nécessite des calculs plus compliqués,mais elle offre une distribution de clés plus sophistiquée et la signature numérique. Dans cette thèse, nous essayons d’optimiser la performance d’ECC (Elliptic Curve Cryptography), un cryptosystème asymétrique qui est connu pour sa robustesse et son utilisation de clé plus courte par rapport à RSA. Nous proposons d’utiliser le parallélisme pour accélérer le calcul de la multiplication scalaire, qui est reconnue comme l’opération la plus coûteuse sur les courbes elliptiques. Les résultats de tests ont montré que notre solution offre un gain intéressant malgré une augmentation de la consommation d’énergie.La deuxième partie de la contribution concerne l’application de la tolérance aux pannes dans notre architecture de parallélisation. Nous utilisons les nœuds redondants pour la détection des pannes et la restauration du calcul. Ainsi, en utilisant l’ECC et la tolérance aux pannes, nous proposons une solution de sécurité efficace et sûre pour les systèmes embarqués. / The emergence of embedded systems has enabled the development of wireless sensor networks indifferent domains. However, the security remains an open problem. The vulnerability of sensor nodesis mainly due to the lack of resources. In fact, the processing unit doesn’t have enough power ormemory to handle complex security mechanisms.Cryptography is a widely used solution to secure networks. Compared with symmetric cryptography,the asymmetric cryptography requires more complicated computations, but it offers moresophisticated key distribution schemes and digital signature.In this thesis, we try to optimize the performance of ECC. An asymmetric cryptosystem which isknown for its robustness and the use of shorter keys than RSA. We propose to use parallelismtechniques to accelerate the computation of scalar multiplications, which is recognized as the mostcomputationally expensive operation on elliptic curves. The test results have shown that our solutionprovides a significant gain despite an increase in energy consumption.The 2nd part of our contribution is the application of fault tolerance in our parallelism architecture.We use redundant nodes for fault detection and computation recovery. Thus, by using ECC and faulttolerance, we propose an efficient and reliable security solution for embedded systems.

Dans cette thèse, on aborde plusieurs questions autour des modèles de Néron de variétés abéliennes sur un corps de valuation discrète. On dit qu’une variété abélienne a réduction scindée si la suite exacte définissant le groupe des composantes de la fibre spéciale est scindée. On donne un exemple de variété abélienne modérément ramifiée qui n’a pas réduction scindée. Pour les variétés jacobiennes,on montre que l’on obtient réduction scindée après toute extension modérément ramifiée de degré plus grand qu’une constante ne dépendant que de la dimension.On considère aussi le lien avec le conducteur de Swan. Ensuite, on s’intéresse aux groupes formels des variétés abéliennes. Pour les courbes elliptiques, on détermine le rayon du plus grand voisinage de 0 qui est isomorphe à un polydisque muni de sa structure de groupe usuelle. On s’intéresse aussi aux groupes des composantes de modèles lisses, de type fini et séparés du groupe additif ou multiplicatif ainsi qu’à leurs sous-groupes des points rationnels. Enfin, on montre que le conducteur efficace d’une courbe algébrique ne peut pas s’exprimer uniquement en fonction deson conducteur d’Artin. / In this thesis, we tackle several questions about Néron models of abelian varieties on a discrete valuation field. We say that an abelian variety has split reduction if the exact sequence defining the group of components of the special fiber is split. We give an example of a tamely ramified abelian variety which does not have split reduction. For Jacobian varieties, we show that one gets split reduction after any tamely ramified extension of degree greater than aconstant depending on the dimension only. We also consider the link with theSwan conductor. Then, we deal with formal groups of abelian varieties. For elliptic curves, we compute the radius of the largest neighbourhood of 0 which is isomorphic to a polydisk equipped with its usual group law. We also deal with groups of components of smooth and separated models of finite type of the additive or multiplicative group as well as their subgroups of rational points. Finally, we show that the efficient conductor of an algebraic curve cannot be expressed interms of its Artin conductor only.

Ces travaux de thèse se concentrent sur l'étude des attaques par canaux cachés et les implications sur les mesures à prendre pour un concepteur de circuits sécurisés. Nous nous intéressons d'abord aux différentes attaques par canaux cachés en proposant une amélioration pour un type d'attaque générique particulièrement intéressante : l'attaque par analyse d'information mutuelle. Nous étudions l'effet des différentes techniques d'estimation d'entropie sur les résultats de l'attaque. Nous proposons l'utilisation de fonctions B-splines comme estimateurs étant donné qu'elles sont bien adaptées à notre scénario d'attaques par canaux cachés. Nous étudions aussi l'impact que peut avoir ce type d'attaques sur un cryptosystème symétrique connu, l'Advanced Encryption Standard (AES), en proposant une contre-mesure basée sur la structure algébrique de l'AES. L'opération principale de la majorité des systèmes ECC est la multiplication scalaire qui consiste à additionner un certain nombre de fois un point de courbe elliptique avec lui-même. Dans une deuxième partie, nous nous intéressons à la sécurisation de cette opération. Nous proposons un algorithme de multiplication scalaire à la fois efficace et résistant face aux principales attaques par canaux cachés. Nous étudions enfin les couplages, une construction mathématique basée sur les courbes elliptiques, qui possède des propriétés intéressantes pour la création de nouveaux protocoles cryptographiques. Nous évaluons finalement la résistance aux attaques par canaux cachés de ces constructions. / This thesis focuses on the study of side-channel attacks as well as their consequences on the secure implementation of cryptographic algorithms. We first analyze different side-channel attacks and we propose an improvement of a particularly interesting generic attack: the mutual information analysis. We study the effect of state of the art entropy estimation techniques on the results of the attack. We propose the use of B-spline funtions as estimators as they are well suited to the side-channel attack scenario. We also investigate the consequences of this kind of attack on a well known symmetric cryptosystem, the Advanced Encryption Standard (AES), and we propose a countermeasure based on the algebraic structure of AES. The main operation of ECC is the scalar multiplication that consists of adding an elliptic curve point to itself a certain number of times. In the second part, we investigate how to secure this operation. We propose a scalar multiplication algorithm that is both efficient and secure against main side-channel attacks. We then study pairings, a mathematical construction based on elliptic curves. Pairings have many interesting properties that allow the creation of new cryptographic protocols. We finally evaluate the side-channel resistance of pairings.

Cette thèse porte sur l'étude, la conception matérielle, la validation théorique et pratique, et enfin la comparaison de différents opérateurs arithmétiques pour des cryptosystèmes basés sur les courbes elliptiques (ECC). Les solutions proposées doivent être robustes contre certaines attaques par canaux cachés tout en étant performantes en matériel, tant au niveau de la vitesse d'exécution que de la surface utilisée. Dans ECC, nous cherchons à protéger la clé secrète, un grand entier, utilisé lors de la multiplication scalaire. Pour nous protéger contre des attaques par observation, nous avons utilisé certaines représentations des nombres et des algorithmes de calcul pour rendre difficiles certaines attaques ; comme par exemple rendre aléatoires certaines représentations des nombres manipulés, en recodant certaines valeurs internes, tout en garantissant que les valeurs calculées soient correctes. Ainsi, l'utilisation de la représentation en chiffres signés, du système de base double (DBNS) et multiple (MBNS) ont été étudiés. Toutes les techniques de recodage ont été validées théoriquement, simulées intensivement en logiciel, et enfin implantées en matériel (FPGA et ASIC). Une attaque par canaux cachés de type template a de plus été réalisée pour évaluer la robustesse d'un cryptosystème utilisant certaines de nos solutions. Enfin, une étude au niveau matériel a été menée dans le but de fournir à un cryptosystème ECC un comportement régulier des opérations effectuées lors de la multiplication scalaire afin de se protéger contre certaines attaques par observation. / This PhD thesis focuses on the study, the hardware design, the theoretical and practical validation, and eventually the comparison of different arithmetic operators for cryptosystems based on elliptic curves (ECC). Provided solutions must be robust against some side-channel attacks, and efficient at a hardware level (execution speed and area). In the case of ECC, we want to protect the secret key, a large integer, used in the scalar multiplication. Our protection methods use representations of numbers, and behaviour of algorithms to make more difficult some attacks. For instance, we randomly change some representations of manipulated numbers while ensuring that computed values are correct. Redundant representations like signed-digit representation, the double- (DBNS) and multi-base number system (MBNS) have been studied. A proposed method provides an on-the-fly MBNS recoding which operates in parallel to curve-level operations and at very high speed. All recoding techniques have been theoretically validated, simulated extensively in software, and finally implemented in hardware (FPGA and ASIC). A side-channel attack called template attack is also carried out to evaluate the robustness of a cryptosystem using a redundant number representation. Eventually, a study is conducted at the hardware level to provide an ECC cryptosystem with a regular behaviour of computed operations during the scalar multiplication so as to protect against some side-channel attacks.