L’application du concept de synchronisation appliqué aux composants photoniques non-linéaires a permis l’avènement des communications chaotiques optiques. Les systèmes optoélectronique dans ces chaines de transmission ont déjà démontré leur potentiel en termes de sécurité additionnelle au niveau de la couche physique des réseaux optiques. Cependant, la quantification du niveau de sécurité et l’absence d’un cadre déduit aux aspects multi-utilisateurs (techniques de multiplexage spécifiques) ont fortement freiné le déploiement de ces techniques à large échelle. La recherche effectuée dans le cadre de cette thèse a contribué à l’avancement de ces deux questions ouvertes. Dans premier temps, nous nous sommes intéressés à la sécurité d’une classe de générateur optique particulière: les lasers à semi-conducteur à cavité externe (ECSL). Nous proposons d’attaquer le système dans le contexte le plus difficile, celui dans lequel aucune information n’est a priori disponible. La sortie du laser chaotique (l’intensité optique) est enregistrée, et les séries temporelles obtenues sont analysées. La sécurité est comprise dans ce contexte comme étant la quantité d’information sur les paramètres du système (analogue d’une clé dans les systèmes de cryptage conventionnels) et/ou la fonction non-linéaire du système (l’équivalent de l’algorithme de cryptage). Un ECSL est un système possédant un délai (aussi appelé retard), un paramètre critique pour la sécurité. Nous avons étudié l’influence des paramètres ajustable de l’ECSL chaotique sur l’identification du délai: l’intensité de la rétroaction optique, la valeur du délai, et le courant alimentant le laser (aussi appelé courant de pompe). Dans un deuxième temps nous interprétons ces résultats sur la base des régimes dynamiques précédent l’apparition du chaos dans l’ECSL. Nous avons proposé par la suite une architecture pour multiplexer des signaux chaotiques optiques générés par des ECSL. Nous démontrons la supériorité de cette approche en terme d’efficacité spectrale relativement aux méthodes de multiplexage en longueur d’onde (wavelength division multiplexing, WDM) appliquées aux communications optiques par chaos (aussi connues sous le nom de chaotic WDM ). Nous avons adapté un concept fondamental de la théorie de la synchronisation: la décomposition active-passive (APD) en utilisant des composants optiques simples. Nous démontrons la possibilité de multiplexer et démultiplexage de deux signaux chaotiques optiques par synchronisation (en utilisant deux émetteurs et deux récepteurs). Les performances et la robustesse de cette structure sont analysées ainsi que la possibilité de crypter et de décrypter des messages. Après cela, nous avons utilisé une classe de systèmes optoélectroniques différente de celle correspondant au deux premières sections, avec l’objectif d’utiliser un seul oscillateur chaotique pour encoder plusieurs messages au lieu de considérer un oscillateur par message. A cette fin, nous avons modifié une structure d’un générateur de chaos électro-optique existant dans la littérature en lui ajoutant plusieurs boucles de rétroactions non-linéaires. Chacune d’elle est utilisée pour l’encryptage d’un message, réalisée, par exemple, par la modulation du gain non-linéaire de la boucle. Nous avons analysé différentes configurations possibles, ainsi que les propriétés des signaux chaotiques générés au sein de chaque boucle et utilisés pour transporter les différents messages. Nous avons expliqué dans quelle mesure l’orthogonalité (ou décorrélation) entre les différents signaux peut être utilisée à notre avantage pour dériver des équations de décodage de faible complexité algorithmique (comme fonction du nombre d’utilisateurs). Enfin, nous analysons comment certains phénomènes d’interférences entre signaux porteurs peuvent être pris en compte afin de toujours permettre la récupération des messages. / With the rapid development of optical communications and the increasing amount of data exchanged, it has become utterly important to provide effective architectures to protect sensitive data. The use of chaotic optoelectronic devices has already demonstrated great potential in terms of additional computational security at the physical layer of the optical network. However, the determination of the security level and the lack of a multi-user framework are two hurdles which have prevented their deployment on a large scale. In this thesis, we propose to address these two issues. First, we investigate the security of a widely used chaotic generator, the external cavity semiconductor laser (ECSL). This is a time-delay system known for providing complex and high-dimensional chaos, but with a low level of security regarding the identification of its most critical parameter, the time delay. We perform a detailed analysis of the influence of the ECSL parameters to devise how higher levels of security can be achieved and provide a physical interpretation of their origin. Second, we devise new architectures to multiplex optical chaotic signals and realize multi-user communications at high bit rates. We propose two different approaches exploiting known chaotic optoelectronic devices. The first one uses mutually coupled ECSL and extends typical chaos-based encryption strategies, such as chaos-shift keying (CSK) and chaos modulation (CMo). The second one uses an electro-optical oscillator (EOO) with multiple delayed feedback loops and aims first at transposing coded-division multiple access (CDMA) and then at developing novel strategies of encryption and decryption, when the time-delays of each feedback loop are time- dependent.

Les générateurs de nombres véritablement aléatoires (TRNG) sont des composants cruciaux dans certaines applications cryptographiques sensibles (génération de clés de chiffrement, génération de signatures DSA, etc). Comme il s’agit de composants très bas-niveau, une faille dans le TRNG peut remettre en question la sécurité de tout le système cryptographique qui l’exploite. Alors que beaucoup de principes de TRNG existent dans la littérature, peu de travaux analysent rigoureusement ces architectures en termes de sécurité. L’objectif de cette thèse était d’étudier les avantages des techniques de conception asynchrone pour la conception de générateurs de nombres véritablement aléatoires (TRNG) sûrs et robustes. Nous nous sommes en particulier intéressés à des oscillateurs numériques appelés anneaux auto-séquencés. Ceux-ci exploitent un protocole de requêtes et acquittements pour séquencer les données qui y circulent. En exploitant les propriétés uniques de ces anneaux, nous proposons un nouveau principe de TRNG, avec une étude théorique détaillée sur son fonctionnement, et une évaluation du cœur du générateur dans des cibles ASIC et FPGA. Nous montrons que ce nouveau principe permet non seulement de générer des suites aléatoires de très bonne qualité et avec un très haut débit (>100 Mbit/s), mais il permet aussi une modélisation réaliste de l’entropie des bits de sortie (celle-ci peut être réglée grâce aux paramètres de l’extracteur). Ce travail propose également une méthodologie complète pour concevoir ce générateur, pour le dimensionner en fonction du niveau de bruit dans le circuit, et pour le sécuriser face aux attaques et défaillances / True Random Number Generators (TRNG) are ubiquitous in many critical cryptographic applications (key generation, DSA signatures, etc). While many TRNG designs exist in literature, only a few of them deal with security aspects, which is surprising considering that they are low-level primitives in a cryptographic system (a weak TRNG can jeopardize a whole cryptographic system). The objective of this thesis was to study the advantages of asynchronous design techniques in order to build true random number generators that are secure and robust. We especially focused on digital oscillators called self-timed rings (STR), which use a handshake request and acknowledgement protocol to organize the propagation of data. Using some of the unique properties of STRs, we propose a new TRNG principle, with a detailed theoretical study of its behavior, and an evaluation of the TRNG core in ASICs and FPGAs. We demonstrate that this new principle allows to generate high quality random bit sequences with a very high throughput (> 100 Mbit/s). Moreover, it enables a realistic estimation for the entropy per output bit (this entropy level can be tuned using the entropy extractor parameters). We also present a complete methodology to design the TRNG, to properly set up the architecture with regards to the level of noise in the circuit, and to secure it against attacks and failures

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.

La sécurité est un problème important dans la transmission et le stockage de l'image, tandis que le cryptage est un moyen d'assurer la sécurité qui est requise dans de nombreuses applications (télévision par câble, la communication d'images militaires, systèmes d'imagerie confidentielle, etc.). Toutefois, à l'instar du message texte, les données images présentent des caractéristiques spéciales telles que la haute capacité, la redondance et la haute corrélation entre les pixels, et nécessite souvent une transmission et des traitements temps réel pour certaines applications. Construire un système rapide et efficace de cryptographie d'images suscite un intérêt considérable. C'est dans ce contexte qu’ont été menés ces travaux thèse qui portent sur l’élaboration d’un corrélateur optique en termes de cryptage/décryptage des données pour son implémentation dans un montage optique innovant. L’objectif de ces travaux est de réaliser un système optique de chiffrement sur la base d'exploitation de transformation optique et de générateurs chaotiques. L'idée originale des travaux consiste à exploiter la non-linéarité des systèmes chaotiques comme clés de chiffrement pour les systèmes optiques de chiffrement d'images multispectrales. Dans ces travaux de thèse, nous avons proposés et évalués plusieurs chiffrements d'images à base d’un système hyperchaotique et de transformées optiques (gyrator, Fourier, Baker , Arnold et Gerchberg- Saxton) à partir d’un processus de cryptage reposant sur une décomposition composants RVB et un encodage dans un flux dimensionnel d’images couleurs. L'originalité des solutions de chiffrement adoptée reposent sur l'exploitation de signaux réellement aléatoires à travers la mise en œuvre de générateurs hyperchaotiques pour la génération de données aléatoires sous forme images comme base de matrices de clés de chiffrement. En effet, ces générateurs présentent des propriétés et des caractéristiques fondamentales en termes de cryptage car il présente une non-linéarité, une imprédictibilité et une extrême sensibilité aux conditions initiales les rendant très intéressantes pour le développement de clés de chiffrement par flot. L’algorithme mis en œuvre permet d'extraire en temps réel les caractéristiques de texture dans les différentes bandes spectrales d'images en vue d’évaluer et de détecter les teneurs potentielles en information et dont les transmissions doivent être sécurisée via une transmission optique / Optical information security is one of the most important research directions in information science and technology, especially in the field of copyright protection, confidential information transmission/storage and military remote sensing. Since double random phase encoding technology (DRPE) was proposed, optical image encryption technology has become the main topic of optical information security and it has been developed and studied deeply. Optical encryption techniques offer the possibility of high-speed parallel processing of two dimension image data and hiding information in many different dimensions. In this context, much significant research and investigation on optical image encryption have been presented based on DRPE or further optical operation, such as digital holography, Fresnel transform, gyrator transform. Simultaneously, the encrypted image has been extended from single gray image to double image, color image and multi-image. However, the hyperspectral image, as a significant element in military and commercial remote sensing, has not been deeply researched in optical encryption area until now. This work extends the optical encryption technology from color image to hyperspectral image. For better comprehension of hyperspectral image encryption, this work begins with the introduction and analysis of the characteristics of hyperspectral cube. Subsequently, several kinds of encryption schemes for color image, including symmetric and asymmetric cryptosystem, are presented individually. Furthermore, the optical encryption algorithms for hyperspectral cube are designed for securing both the spatial and spectral information simultaneously. Some numerical simulations are given to validate the performance of the proposed encryption schemes. The corresponding attack experiment results demonstrate the capability and robustness of the approaches designed in this work. The research in this dissertation provides reference for the further practicality of hyperspectral image encryption

La sécurité des systèmes cryptographiques à clef publique repose sur la difficulté de résoudre certains problèmes mathématiques, parmi lesquels se trouve le problème du logarithme discret sur les corps finis GF(p^n). Dans cette thèse, nous étudions les variantes de l’algorithme de crible algébrique, number field sieve (NFS) en anglais, qui résolvent le plus rapidement ce problème, dans le cas où la caractéristique du corps est dite moyenne. NFS peut être divisé en quatre étapes principales : la sélection polynomiale, la recherche de relations, l’algèbre linéaire et le calcul d’un logarithme individuel. Nous décrivons ces étapes, en insistant sur la recherche de relations, une des étapes les plus coûteuses. Une des manières efficaces de réaliser cette étape est d’utiliser des algorithmes de crible. Contrairement au cas classique où la recherche de relations est réalisée dans un espace à deux dimensions, les corps finis que nous ciblons requièrent une énumération d’éléments dans un espace de plus grande dimension pour atteindre la meilleure complexité théorique. Il existe des algorithmes de crible efficaces en deux dimensions, mais peu pour de plus grandes dimensions. Nous proposons et analysons deux nouveaux algorithmes de crible permettant de traiter n’importe quelle dimension, en insistant particulièrement sur la dimension trois. Nous avons réalisé une implémentation complète de la recherche de relations pour plusieurs variantes de NFS en dimensions trois. Cette implémentation, qui s'appuie sur nos nouveaux algorithmes de crible, est diffusée au sein du logiciel CADO-NFS. Nous avons pu valider ses performances en nous comparant à des exemples de la littérature. Nous avons également été en mesure d’établir deux nouveaux records de calcul de logarithmes discrets, l'un dans un corps GF(p^5) de taille 324 bits et l'autre dans un corps GF(p^6) de taille 422 bits / The security of public-key cryptography relies mainly on the difficulty to solve some mathematical problems, among which the discrete logarithm problem on finite fields GF(p^n). In this thesis, we study the variants of the number field sieve (NFS) algorithm, which solve the most efficiently this problem, in the case where the characteristic of the field is medium. The NFS algorithm can be divided into four main steps: the polynomial selection, the relation collection, the linear algebra and the computation of an individual logarithm. We describe these steps and focus on the relation collection, one of the most costly steps. A way to perform it efficiently is to make use of sieve algorithms. Contrary to the classical case for which the relation collection takes place in a two-dimensional space, the finite fields we target require the enumeration of elements in a higher-dimensional space to reach the best theoretical complexity. There exist efficient sieve algorithms in two dimensions, but only a few in higher dimensions. We propose and study two new sieve algorithms allowing us to treat any dimensions, with an emphasis on the three-dimensional case. We have provided a complete implementation of the relation collection for some variants of the NFS in three dimensions. This implementation relies on our new sieve algorithms and is distributed in the CADO-NFS software. We validated its performances by comparing with examples from the literature. We also establish two new discrete logarithm record computations, one in a 324-bit GF(p^5) and one in a 422-bit GF(p^6)

La cryptographie à base de réseaux euclidiens a généré un vif intérêt durant les deux dernièresdécennies grâce à des propriétés intéressantes, incluant une conjecture de résistance àl’ordinateur quantique, de fortes garanties de sécurité provenant d’hypothèses de difficulté sur lepire cas et la construction de schémas de chiffrement pleinement homomorphes. Cela dit, bienqu’elle soit cruciale à bon nombre de schémas à base de réseaux euclidiens, la génération debruit gaussien reste peu étudiée et continue de limiter l’efficacité de cette cryptographie nouvelle.Cette thèse s’attelle dans un premier temps à améliorer l’efficacité des générateurs de bruitgaussien pour les signatures hache-puis-signe à base de réseaux euclidiens. Nous proposons unnouvel algorithme non-centré, avec un compromis temps-mémoire flexible, aussi rapide que savariante centrée pour des tables pré-calculées de tailles acceptables en pratique. Nousemployons également la divergence de Rényi afin de réduire la précision nécessaire à la doubleprécision standard. Notre second propos tient à construire Falcon, un nouveau schéma designature hache-puis-signe, basé sur la méthode théorique de Gentry, Peikert et Vaikuntanathanpour les signatures à base de réseaux euclidiens. Nous instancions cette méthode sur les réseauxNTRU avec un nouvel algorithme de génération de trappes. / Lattice-based cryptography has generated considerable interest in the last two decades due toattractive features, including conjectured security against quantum attacks, strong securityguarantees from worst-case hardness assumptions and constructions of fully homomorphicencryption schemes. On the other hand, even though it is a crucial part of many lattice-basedschemes, Gaussian sampling is still lagging and continues to limit the effectiveness of this newcryptography. The first goal of this thesis is to improve the efficiency of Gaussian sampling forlattice-based hash-and-sign signature schemes. We propose a non-centered algorithm, with aflexible time-memory tradeoff, as fast as its centered variant for practicable size of precomputedtables. We also use the Rényi divergence to bound the precision requirement to the standarddouble precision. Our second objective is to construct Falcon, a new hash-and-sign signaturescheme, based on the theoretical framework of Gentry, Peikert and Vaikuntanathan for latticebasedsignatures. We instantiate that framework over NTRU lattices with a new trapdoor sampler.

Les attaques par canaux cachés telles que les attaques par analyse de la consommation sont une menace pour la sécurité des circuits intégrés. Elles exploitent les fuites physiques émises par les circuits lors des calculs cryptographiques pour récupérer les informations secrètes qu'ils contiennent. De nombreuses contremesures, notamment matérielles, ont donc été proposées par la communauté dans le but de protéger les crypto-systèmes contre ce type d'attaques. Malgré leur efficacité, leur inconvénient majeur est leur surcoût important en surface, vitesse et consommation. Cette thèse a pour objectif de proposer des contremesures avec un faible coût au niveau matériel visant à réduire ces fuites et offrant un bon compromis entre sécurité et surcoûts. Pour cela, nous identifions tout d'abord les principales sources de fuites d'un crypto-système intégrant une architecture matérielle itérative d'un algorithme symétrique. Puis nous proposons plusieurs contremesures, à faible coût matériel, qui visent à réduire ces fuites. Enfin, nous évaluerons la robustesse de nos solutions face aux attaques par canaux cachés. / Side channel attacks such as power analysis attacks are a threat to the security of integrated circuits.They exploit the physical leakage of circuits during the cryptographic computations to retrieve the secret informations they contain. Many countermeasures, including hardware, have been proposed by the community in order to protect cryptosystems against such attacks. Despite their effectiveness, their major drawback is their significant additional cost in area, speed and consumption. This thesis aims at proposing low cost countermeasures able to reduce the leaks and offering a good compromise between security and costs. First we identify the main sources of leakage of a cryptographic system that integrates an iterative hardware architecture of a symetric algorithm. Then we propose several low cost countermeasures, which aim at reducing this leakage. Finally, we evaluate the robustness of our solutions against side channel attacks.

Dans une première partie introductive, nous rappelons la description théorique de la propagation de faisceaux optiques en terme des modes solutions de l'équation de propagation dans l'approximation paraxialle. Dans ce cadre, nous présentons les notions de moment cinétique transporté par les faisceaux lumineux, et de sa décomposition en moment cinétique intrinsèque (ou spin) et en moment angulaire.La seconde partie est consacrée au codage de l'information dans les degrés de libertés de polarisation et de modes transverses des faisceaux optiques. Les modes spin-orbites sont définis et un dispositif expérimental optique pour produire ces modes est présenté. Les modes spin-orbites sont alors exploités pour implémenter un protocole de distribution de clés BB84 ne nécessitant pas le partage à priori d'une base de référence.Dans une troisième partie, nous proposons un critère de type inégalité de Bell, qui constitue une condition suffisante pour caractériser la non-séparabilité en spin-orbite d'un faisceau optique classique. Nous montrons ensuite que la notion de modes spin-orbite séparable ou non-séparable constitue une analogie pertinente avec la notion d'intrication d'états quantiques et permet l'étude de certaines de ses propriétés fondamentales. Enfin, une implémentation expérimentale de cette simulation de tests de Bell avec des faisceaux optiques classiques est présentée, ainsi que sa description détaillée dans le cadre de l'optique quantique.Dans une dernière partie, nous nous intéressons à des inégalités de Bell, pour des états quantiques de systèmes quantiques à deux parties, qui sont caractérisées chacune par une variable continue de type angulaire (périodique). Nous montrons comment détecter la non-localité sur ce type de système, avec des inégalités qui sont similaires aux inégalités CHSH; inégalités qui avaient été développées originellement pour des systèmes de type spin 1/2. Nos inégalités, sont construites à partir de la mesure de la corrélation de fonctions angulaires. Nous montrons qu'elles sont en fait la superposition continue d'inégalités CHSH de type spin 1/2. Nous envisageons une possible implémentation expérimentale, où les corrélations mesurées sont les corrélations angulaires du profil transverse des photons intriqués. / We shall present a theoretical description of paraxial beams, showing the propagation modes that arise from the solution of the paraxial equation in free space. We then discuss the angular momentum carried by light beams, with its decomposition in spin and orbital angular momentum and its quantization. We present the polarization and transverse modes of a beam as potential degrees of freedom to encode information. We define the Spin-Orbit modes and explain the experimental methods to produce such modes. We then apply the Spin-Orbit modes to perform a BB84 quantum key distribution protocol without a shared reference frame.We propose a Bell-like inequality criterion as a sufficient condition for the spin-orbit non-separability of a classical laser beam. We show that the notion of separable and non-separable spin-orbit modes in classical optics builds a useful analogy with entangled quantum states, allowing for the study of some of their important mathematical properties. We present a detailed quantum optical description of the experiment in which a comprehensive range of quantum states are considered.Following the study of Bell's inequalities we consider bipartite quantum systems characterized by a continuous angular variable θ. We show how to reveal non-locality on this type of system using inequalities similar to CHSH ones, originally derived for bipartite spin 1/2 like systems. Such inequalities involve correlated measurement of continuous angular functions and are equivalent to the continuous superposition of CHSH inequalities acting on two-dimensional subspaces of the infinite dimensional Hilbert space. As an example, we discuss in detail one application of our results, which consists in measuring orientation correlations on the transverse profile of entangled photons.

La mobilité est une composante importante de la liberté des personnes. L’évolution des moyens technologiques y contribue au premier chef. Outre la question du transport, celle du maintien du lien entre les individus est en ce sens particulièrement prégnante. Elle a mis à rude épreuve la notion de réseaux de télécommunications puisqu’il s’agit de répondre, pour des individus éparpillés ou concentrés, mais mobiles, au besoin de rester reliés. De l’ère des réseaux analogiques à celle des réseaux numériques, de l’ère des réseaux filaires à celle des réseaux sans fil et mobiles, la technologie n’a cessé d’évoluer. Ces dernières décennies ont vu apparaître des réseaux numériques sans fil, où non seulement il y a mobilité des utilisateurs mais aussi mobilité de l’infrastructure du réseau à laquelle ils contribuent. Ces réseaux se constituent de façon spontanée. Ils se maintiennent de manière autonome. On les désigne par le terme réseaux ad hoc mobiles (en anglais Mobile Ad hoc Networks ou MANET) qui s’oppose naturellement à celui de réseaux à infrastructure. La sécurité est une préoccupation générale des êtres humains. Ils en ressentent aussi le besoin en matière de réseaux. Ce besoin est particulièrement criant lorsque sont échangées des données critiques, financières ou stratégiques. La confidentialité des échanges, l’authentification des sources, l’assurance d’intégrité, la prévention de la récusation sont autant d’objectifs qu’il faut alors atteindre. Diverses solutions de sécurité ont été conçues dans cette optique pour les réseaux filaires puis ont ensuite été adaptées aux réseaux sans-fil et mobiles. Les architectures AAA (Authentication, Authorization, Accounting) en font partie. Elles sont en général utilisées dans un contexte commercial. Tant par leur facilité de déploiement que par la baisse des coûts de mise en œuvre qu’ils engendrent, les réseaux ad hoc mobiles, après avoir bien servi dans le domaine militaire, semblent avoir un avenir dans les applications commerciales. C’est pourquoi, nous nous proposons dans cette thèse de concevoir une architecture AAA adaptée aux spécificités de ces réseaux. Nous étudions d’abord les réseaux ad hoc mobiles et leurs caractéristiques. Ensuite, nous présentons les solutions de sécurité qui existent dans les réseaux à infrastructure. Nous examinons, en particulier, les solutions qui permettent le contrôle d’accès et dont sont engendrées les architectures AAA. Les solutions AAA proposées pour les MANETs sont par la suite analysées et classifiées afin de déterminer les manques et les vulnérabilités. Cette étude approfondie nous amène à proposer une architecture AAA répondant aux attentes identifiées. C’est une architecture distribuée qui répond, en particulier, au besoin d’autonomie des opérations dans les MANETs et où les protocoles exécutés peuvent impliquer simultanément plus de deux parties. Un ensemble de protocoles et de mécanismes d’authentification et d’autorisation s’intégrant avec la suite des protocoles IPv6 a été proposé. Leur sécurité a été discutée. Celle, en particulier du protocole d’authentification a fait l’objet de validation formelle. Contrairement aux protocoles utilisés dans la phase d’autorisation des services AAA proposés, le mode de communication multi-parties et multi-sauts du protocole d’authentification nous a poussé à mener une analyse approfondie de ses performances. Pour cela, nous avons eu recours, dans un premier temps, à la modélisation au moyen de calculs mathématiques explicites ensuite à la simulation. Les résultats obtenus montrent que ce protocole passe à l’échelle d’un MANET comprenant au moins cent nœuds. Dans certaines conditions d’implémentation que nous avons définies, ses performances, tant celle liée à sa probabilité de terminaison avec une issue favorable que celle portant sur son temps d’exécution, atteignent des valeurs optimales. / Mobility is an important component of people’s liberty. The evolution of technological means contributes to its enhancement. In addition to the transport issue, the question of keeping people connected is, in that context, particularly significant. Technological change strained the notion of telecommunications networks in the sense that scattered or clustered but mobile individuals had to remain in touch with others electronically. From the age of analogue networks to the digital networks era, from wired networks to wireless and mobile networks, technology has never stopped evolving. The last decades have witnessed the emergence of digital and wireless networks where not only the users, but also the network infrastructure to which they contribute, are mobile. These networks are spontaneously formed and autonomously maintained. They are termed Mobile Ad hoc Networks (MANETs), in contradistinction to infrastructure networks. Security is a general concern of human beings. They feel the need for it when using a network, too. This need is particularly glaring when it comes to exchanging critical, financial or strategic data. Confidentiality of communications, source authentication, integrity assurance, prevention of repudiation, are all objectives to be achieved. Various security solutions have been devised in this context as wired networks were then adapted to wireless and mobile networks. AAA (Authentication, Authorization and Accounting) frameworks are among these solutions. They are generally used for commercial purposes, which raises financial issues — and we all know how much important they are. Due to their ease of deployment and inexpensive implementation, MANETs, first used in the military field, seem to have a future in commercial applications. That is why the present thesis proposes to design an AAA service that is adapted to the characteristics of such networks. In this perspective, the thesis examines, to begin with, mobile ad hoc networks in order to understand their characteristics and potentials. It then probes the security solutions that exist in infrastructure networks, with special emphasis on those dealing with access control and AAA services. The AAA solutions for MANETs proposed up to now are subsequently analyzed and classified in order to determine their strengths and weaknesses. This in-depth study led to the design, in the second part of the thesis, of an AAA service that meets the expectations identified. It is a distributed service intended to answer the needs of autonomous operations in MANETs when a nearby operator is absent. It features several detailed authentication and authorization mechanisms and protocols with an authentication protocol simultaneously involving one or more parties. These protocols are designed such that they can be easily integrated to the IPv6 protocols suite. Moreover, their security is discussed — in particular, that of the authentication protocol thanks to a formal validation tool. Unlike the communication mode of the authorization protocols, that of the authentication protocol is one-to-many, which led us to study more deeply its performances thanks to modeling using explicit mathematical computations and to simulations techniques. The obtained results showed that the protocol scales for a MANET including a hundred nodes. Under certain conditions that we explained, its performances, in terms of the probability of authentication success and the length of the executing time, reach optimal values.

La sécurité est un enjeu majeur de notre société numérique. En règle générale, les techniques cryptographiques sont utilisées pour sécuriser l'information avec des clés cryptographiques. Un inconvénient majeur de ces systèmes est le faible lien entre les clés et l’utilisateur. Avec la biométrie on a une preuve plus forte de la présence physique d’un individu, mais ces systèmes possèdent aussi leurs inconvénients, tels que la non-révocabilité ainsi que le potentiel de compromettre notre vie privée. Un axe de recherche multidisciplinaire se profile depuis 1998, la crypto-biométrie. Dans cette thèse des solutions innovantes sont proposées pour améliorer la sécurité tout en protégeant notre vie privée. Plusieurs systèmes crypto-biométriques sont proposés, tels que la biométrie révocable, des systèmes de régénérations de clés crypto-biométriques, ainsi qu’une proposition pratique d’un protocole d'authentification. Ces systèmes sont évaluées sur des bases de données publiques d'images de visage et d'iris / Securing information during its storage and transmission is an important and widely addressed issue. Generally, cryptographic techniques are used for information security. Cryptography requires long keys which need to be kept secret in order to protect the information. The drawback of cryptography is that these keys are not strongly linked to the user identity. In order to strengthen the link between the user's identity and his cryptographic keys, biometrics is combined with cryptography. In this thesis, we present various methods to combine biometrics with cryptography. With this combination, we also address the privacy issue of biometric systems: revocability, template diversity, and privacy protection are added to the biometric verification systems. Finally, we also present a protocol for generating and sharing biometrics based crypto-biometric session keys. These systems are evaluated on publicly available iris and face databases