Les besoins constants d’innovation en matière de performances et d’économie des ressources nous poussent à effectuer des optimisations dans la conception et l’utilisation des outils cryptographiques. Cela nous amène à étudier plusieurs aspects dans cette thèse : les algorithmes cryptographiques parallèles, les algorithmes cryptographiques incrémentaux et les dictionnaires authentifiés.Dans le cadre de la cryptographie parallèle, nous nous intéressons aux fonctions de hachage basées sur des arbres. Nous montrons en particulier quelles structures arborescentes utiliser pour atteindre un temps d’exécution optimum avec un nombre de processeurs que nous cherchons à minimiser dans un second temps. Nous étudions également d'autres formesd'arborescence favorisant l'équité et la scalabilité.Les systèmes cryptographiques incrémentaux permettent, lorsque nous modifions des documents, de mettre à jour leurs formes cryptographiques efficacement. Nous montrons que les systèmes actuels restreignent beaucoup trop les modifications possibles et introduisons de nouveaux algorithmes s’appuyant sur ces derniers, utilisés comme des boites noires, afin de rendre possible une large gamme de modifications aux documents tout en conservant une propriété de secret de l’opération effectuée.Notre intérêt porte ensuite sur les dictionnaires authentifiés, utilisés pour authentifier les réponses aux requêtes des utilisateurs sur un dictionnaire, en leur fournissant une preuve d’authenticité pour chaque réponse. Nous nous focalisons sur des systèmes basés sur des arbres de hachage et proposons une solution pour amoindrir leur principal inconvénient, celui de la taille des preuves. / The need for continuing innovation in terms of performances and resource savings impel us to optimize the design and the use of cryptographic mechanisms. This leads us to consider several aspects in this dissertation: parallel cryptographic algorithms, incremental cryptographic algorithms and authenticated dictionaries.In the context of parallel cryptography we are interested in hash functions. In particular, we show which tree structures to use to reach an optimal running time. For this running time, we show how to decrease the amount of involved processors. We also explore alternative (sub-optimal) tree structures which decrease the number of synchronizations in multithreaded implementations while balancing at best the load of the work among the threads.Incremental cryptographic schemes allow the efficient updating of cryptographic forms when we change some blocks of the corresponding documents. We show that the existing incremental schemes restrict too much the possible modification operations. We then introduce new algorithms which use these ones as black boxes to allow a broad range of modification operations, while preserving a privacy property about these operations.We then turn our attention to authenticated dictionaries which are used to authenticate answers to queries on a dictionary, by providing to users an authentication proof for each answer. We focus on authenticated dictionaries based on hash trees and we propose a solution to remedy their main shortcoming, the size of proofs provided to users.

Aujourd'hui, nous utilisons de plus en plus d'appareils "connectés" (téléphone portable, badge d'accès ou de transport, carte bancaire NFC, ...), et cette tendance ne va pas s'inverser. Ces appareils requièrent l'utilisation de primitives cryptographiques, embarquées dans des composants électroniques, dans le but de protéger les communications. Cependant, des techniques d'attaques permettent d'extraire de l'information du composant électronique ou fauter délibérément son fonctionnement. Un nouveau médium d'attaque, exploitant les ondes électromagnétiques est en pleine expansion. Ce médium, par rapport à des techniques de fautes à base de perturbations par faisceau LASER, propose l'avantage d’être à relativement faible coût. Nous présentons dans cette thèse la résistance d'un type de bloc cryptographique, à savoir les générateurs de nombres réellement aléatoires, aux ondes électromagnétiques. Nous montrons qu'il est possible d'extraire de l'information sensible du champ électromagnétique produit par le composant électronique, et qu'il est également possible de perturber un générateur en le soumettant à un fort champ électromagnétique harmonique / Nowadays, our society is using more and more connected devices (cellphones, transport or access card NFC debit card, etc.), and this trend is not going to reverse. These devices require the use of cryptographic primitives, embedded in electronic circuits, in order to protect communications. However, some attacks can allow an attacker to extract information from the electronic circuit or to modify its behavior. A new channel of attack, using electromagnetic waves is skyrocketing. This channel, compared to attacks based on LASER beam, is relatively inexpensive. We will, in this thesis, present a new attack, using electromagnetic waves, of a certain type of cryptographic primitive: the true random number generator. We will show that it is possible to extract sensitive information from the electromagnetic radiation coming from the electronic device. We will also show that it is possible to completly modify the behavior of the true random number generator using a strong electromagnetic field

Ces travaux de thèse portent sur l'accélération de calculs de la cryptographie sur courbes elliptiques (ECC) grâce à une représentation peu habituelle des nombres, appelée représentation modulaire des nombres (ou RNS pour residue number system). Après un état de l'art de l'utilisation du RNS en cryptographie, plusieurs nouveaux algorithmes RNS, plus rapides que ceux de l'état de l'art, sont présentés. Premièrement, nous avons proposé un nouvel algorithme d'inversion modulaire en RNS. Les performances de notre algorithme ont été validées via une implantation FPGA, résultant en une inversion modulaire 5 à 12 fois plus rapide que l'état de l'art, pour les paramètres cryptographiques testés. Deuxièmement, un algorithme de multiplication modulaire RNS a été proposé. Cet algorithme décompose les valeurs en entrée et les calculs, afin de pouvoir réutiliser certaines parties lorsque c'est possible, par exemple lors du calcul d'un carré. Il permet de réduire de près de 25 % le nombre de pré-calculs à stocker et jusqu'à 10 % le nombre de multiplications élémentaires pour certaines applications cryptographiques (p. ex. le logarithme discret). Un algorithme d'exponentiation reprenant les mêmes idées est aussi présenté, réduisant le nombre de multiplications élémentaires de 15 à 22 %, contre un surcoût en pré-calculs à stocker. Troisièmement, un autre algorithme de multiplication modulaire RNS est proposé, ne nécessitant qu'une seule base RNS au lieu de 2 pour l'état de l'art, et utilisable uniquement dans le cadre ECC. Cet algorithme permet, pour certains corps bien spécifiques, de diviser par 2 le nombre de multiplications élémentaires et par 4 les pré-calculs à stocker. Les premiers résultats FPGA donnent des implantations de notre algorithme jusqu'à 2 fois plus petites que celles de l'algorithme de l'état de l'art, pour un surcoût en temps d'au plus 10 %. Finalement, une méthode permettant des tests de divisibilités multiples rapides est proposée, pouvant être utilisée en matériel pour un recodage de scalaire, accélérant certains calculs pour ECC. / The main objective of this PhD thesis is to speedup elliptic curve cryptography (ECC) computations, using the residue number system (RNS). A state-of-art of RNS for cryptographic computations is presented. Then, several new RNS algorithms, faster than state-of-art ones, are proposed. First, a new RNS modular inversion algorithm is presented. This algorithm leads to implementations from 5 to 12 times faster than state-of-art ones, for the standard cryptographic parameters evaluated. Second, a new algorithm for RNS modular multiplication is proposed. In this algorithm, computations are split into independant parts, which can be reused in some computations when operands are reused, for instance to perform a square. It reduces the number of precomputations by 25 % and the number of elementary multiplications up to 10 %, for some cryptographic applications (for example with the discrete logarithm). Using the same idea, an exponentiation algorithm is also proposed. It reduces from 15 % to 22 % the number of elementary multiplications, but requires more precomputations than state-of-art. Third, another modular multiplication algorithm is presented, requiring only one RNS base, instead of 2 for the state-of-art. This algorithm can be used for ECC and well-chosen fields, it divides by 2 the number of elementary multiplications, and by 4 the number of precomputations to store. Partial FPGA implementations of our algorithm halves the area, for a computation time overhead of, at worse, 10 %, compared to state-of-art algorithms. Finally, a method for fast multiple divisibility tests is presented, which can be used in hardware for scalar recoding to accelerate some ECC computations.

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.

La cryptographie reposant sur les réseaux Euclidiens est une branche récente de la cryptographie dans laquelle la sécurité des primitives repose sur la difficulté présumée de certains problèmes bien connus dans les réseaux Euclidiens. Le principe de ces preuves est de montrer que réussir une attaque contre une primitive est au moins aussi difficile que de résoudre un problème particulier, comme le problème Learning With Errors (LWE) ou le problème Small Integer Solution (SIS). En montrant que ces problèmes sont au moins aussi difficiles à résoudre qu'un problème difficile portant sur les réseaux, présumé insoluble en temps polynomial, on en conclu que les primitives construites sont sûres. Nous avons travaillé sur l'amélioration de la sécurité et des constructions de primitives cryptographiques. Nous avons étudié la difficulté des problèmes SIS et LWE et de leurs variantes structurées sur les anneaux d'entiers de corps cyclotomiques, et les modules libres sur ceux-ci. Nous avons montré d'une part qu'il existe une preuve de difficulté classique pour le problème LWE (la réduction existante de Regev en 2005 était quantique), d'autre part que les variantes sur les modules sont elles-aussi difficiles. Nous avons aussi proposé deux nouvelles variantes de signatures de groupe dont la sécurité repose sur SIS et LWE. L'une est la première reposant sur les réseaux et ayant une taille et une complexité poly-logarithmique en le nombre d'utilisateurs. La seconde construction permet de plus la révocation d'un membre du groupe. Enfin, nous avons amélioré la taille de certains paramètres dans le travail sur les applications multilinéaires cryptographiques de Garg, Gentry et Halevi. / Lattice-based cryptography is a branch of cryptography exploiting the presumed hardness of some well-known problems on lattices. Its main advantages are its simplicity, efficiency, and apparent security against quantum computers. The principle of the security proofs in lattice-based cryptography is to show that attacking a given scheme is at least as hard as solving a particular problem, as the Learning with Errors problem (LWE) or the Small Integer Solution problem (SIS). Then, by showing that those two problems are at least as hard to solve than a hard problem on lattices, presumed polynomial time intractable, we conclude that the constructed scheme is secure.In this thesis, we improve the foundation of the security proofs and build new cryptographic schemes. We study the hardness of the SIS and LWE problems, and of some of their variants on integer rings of cyclotomic fields and on modules on those rings. We show that there is a classical hardness proof for the LWE problem (Regev's prior reduction was quantum), and that the module variants of SIS and LWE are also hard to solve. We also give two new lattice-based group signature schemes, with security based on SIS and LWE. One is the first lattice-based group signature with logarithmic signature size in the number of users. And the other construction allows another functionality, verifier-local revocation. Finally, we improve the size of some parameters in the work on cryptographic multilinear maps of Garg, Gentry and Halevi in 2013.

Cette thèse présente des résultats appartenant aux trois thèmes fondamentaux de la cryptographie à clé publique : l’intégrité, l’authentification et la confidentialité. Au sein de chaque thème nous concevons des nouvelles primitives et améliorons des primitives existantes. Le premier chapitre, dédié à l’intégrité, introduit une preuve non-interactive de génération appropriée de clés publiques RSA et un protocole de co-signature dans lequel tout irrespect de l’équité laisse automatiquement la partie lésée en possession d’une preuve de culpabilité incriminant la partie tricheuse. Le second chapitre, ayant pour sujet l’authentification, montre comme une mesure de temps permet de raccourcir les engagements dans des preuves à divulgation nulle et comment des biais, introduits à dessin dans le défi, permettent d’accroitre l’efficacité de protocoles. Ce chapitre généralise également le protocole de Fiat-Shamir à plusieurs prouveurs et décrit une fraude très sophistiquée de cartes-à-puce illustrant les dangers de protocoles d’authentification mal-conçus. Au troisième chapitre nous nous intéressons à la confidentialité. Nous y proposons un cryptosystème à clé publique où les hypothèses de complexité traditionnelles sont remplacées par un raffinement du concept de CAPTCHA et nous explorons l’application du chiffrement-pot-de-miel au langage naturel. Nos dernières contributions concernent le chiffrement basé sur l’identité (IBE). Nous montrerons comment ajouter des fonctions d’émission à l’IBE hiérarchique et comment l’IBE permet de réduire la fenêtre temporelle de risque lors de la diffusion de mises à jour logicielles. / This thesis presents new results in three fundamental areas of public-key cryptography: integrity, authentication and confidentiality. In each case we design new primitives or improve the features of existing ones. The first chapter, dealing with integrity, introduces a non-interactive proof for proper RSA public key generation and a contract co-signature protocol in which a breach in fairness provides the victim with transferable evidence against the cheater. The second chapter, focusing on authentication, shows how to use time measurements to shorten zeroknowledge commitments and how to exploit bias in zero-knowledge challenges to gain efficiency. This chapter also generalizes Fiat-Shamir into a one-to-many protocol and describes a very sophisticated smart card fraud illustrating what can happen when authentication protocols are wrongly designed. The third chapter is devoted to confidentiality. We propose public-key cryptosystems where traditional hardness assumptions are replaced by refinements of the CAPTCHA concept and explore the adaptation of honey encryption to natural language messages. Our final contributions focus on identity-based encryption (IBE) showing how to add broadcast features to hierarchical IBE and how to use IBE to reduce vulnerability exposure time of during software patch broadcast.

La cryptographie a été un facteur clé pour permettre la vente de services et du commerce par Internet. Le cloud computing a amplifié cette révolution et est devenu un service très demandé grâce à ses avantages comme : puissance de calcul importante, services à bas coûts, rendement, évolutivité, accessibilité et disponibilité. Parallèlement à la hausse de nouveaux business, des protocoles pour des calculs sécurisés ont aussi émergé. Le but de cette thèse est de contribuer à la sécurité des protocoles d’Internet existants en fournissant une analyse de la source aléatoire de ces protocoles et en introduisant des protocoles mieux adaptés pour les environnements des cloud computing. Nous proposons de nouvelles constructions en améliorant l'efficacité des solutions actuelles afin de les rendre plus accessibles et pratiques. Nous fournissons une analyse de sécurité détaillée pour chaque schéma avec des hypothèses raisonnables. Nous étudions la sécurité du cloud computing à différents niveaux. D'une part, nous formalisons un cadre pour analyser quelques-uns des générateurs de nombres pseudo-aléatoires populaires à ce jour qui sont utilisés dans presque chaque application cryptographique. D'autre part, nous proposons deux approches efficaces pour des calculs en cloud. Le premier permet à un utilisateur de partager publiquement son secret de haute entropie avec des serveurs différents pour plus tard le récupérer par interaction avec certains de ces serveurs en utilisant seulement son mot de passe et sans données authentifiées. Le second permet à un client d'externaliser à un serveur une base de données en toute sécurité, qui peut être recherchée et modifiée ultérieurement. / Cryptography has been a key factor in enabling services and products trading over the Internet. Cloud computing has expanded this revolution and it has become a highly demanded service or utility due to the advantages of high computing power, cheap cost of services, high performance, scalability, accessibility as well as availability. Along with the rise of new businesses, protocols for secure computation have as well emerged. The goal of this thesis is to contribute in the direction of securing existing Internet protocols by providing an analysis of the sources of randomness of these protocols and to introduce better protocols for cloud computing environments. We propose new constructions, improving the efficiency of current solutions in order to make them more accessible and practical. We provide a detailed security analysis for each scheme under reasonable assumptions. We study the security in a cloud computing environment in different levels. On one hand, we formalize a framework to study some popular real-life pseudorandom number generators used in almost every cryptographic application. On the other, we propose two efficient applications for cloud computing. The first allows a user to publicly share its high-entropy secret across different servers and to later recover it by interacting with some of these servers using only his password without requiring any authenticated data. The second, allows a client to securely outsource to a server an encrypted database that can be searched and modified later.

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.

Dans cette thèse, nous étudions les preuves à divulgation nulle de connaissance, une primitive cryptographique permettant de prouver une assertion en ne révélant rien de plus que sa véracité, et leurs applications au calcul sécurisé. Nous introduisons tout d’abord un nouveau type de preuves à divulgation nulle, appelées arguments implicites à divulgation nulle, intermédiaire entre deux notions existantes, les preuves interactives et les preuves non interactives à divulgation nulle. Cette nouvelle notion permet d’obtenir les mêmes bénéfices en terme d’efficacité que les preuves non-interactives dans le contexte de la construction de protocoles de calcul sécurisé faiblement interactifs, mais peut être instanciée à partir des mêmes hypothèses cryptographiques que les preuves interactives, permettant d’obtenir de meilleures garanties d’efficacité et de sécurité. Dans un second temps, nous revisitons un système de preuves à divulgation nulle de connaissance qui est particulièrement utile dans le cadre de protocoles de calcul sécurisé manipulant des nombres entiers, et nous démontrons que son analyse de sécurité classique peut être améliorée pour faire reposer ce système de preuve sur une hypothèse plus standard et mieux connue. Enfin, nous introduisons une nouvelle méthode de construction de systèmes de preuves à divulgation nulle sur les entiers, qui représente une amélioration par rapport aux méthodes existantes, tout particulièrement dans un modèle de type client-serveur, où un client à faible puissance de calcul participe à un protocole de calcul sécurisé avec un serveur à forte puissance de calcul. / In this thesis, we study zero-knowledge proofs, a cryptographic primitive that allows to prove a statement while yielding nothing beyond its truth, and their applications to secure computation. Specifically, we first introduce a new type of zero-knowledge proofs, called implicit zero-knowledge arguments, that stands between two existing notions, interactive zeroknowledge proofs and non-interactive zero-knowledge proofs. Our new notion provides the same efficiency benefits than the latter when used to design roundefficient secure computation protocols, but it can be built from essentially the same cryptographic assumptions than the former, which allows to get improved efficiency and security guarantees. Second, we revisit a zero-knowledge proof system that is particularly useful for secure computation protocols manipulating integers, and show that the known security analysis can be improved to base the proof system on a more wellstudied assumption. Eventually, we introduce a new method to build zero-knowledge proof systems over the integers, which particularly improves over existing methods in a client-server model, where a weak client executes a secure computation protocol with a powerful server.

Le problème d’´équivalence de code joue un rôle important dans la théorie de code et la cryptographie basée sur le code. Cela est dû à son importance dans la classification des codes ainsi que dans la construction et la cryptanalyse des cryptosystèmes à base de codes. Il est également lié à un problème ouvert d’isomorphisme de graphes, un problème bien connu dans le domaine de la théorie de la complexité. Nous prouvons pour les codes ayant un hull trivial qu’il existe une réduction polynomiale de l’équivalence par permutation de codes à l’isomorphisme de graphes. Cela montre que cette sous-classe d’équivalence de permutation n’est pas plus dure que l’isomorphisme de graphes. Nous introduisons une nouvelle méthode pour résoudre le problème d’équivalence de code. Nous développons des approches algébriques pour résoudre le problème dans ses deux versions : en permutation et en diagonale. Nous construisons un système algébrique en établissant des relations entre les matrices génératrices et les matrices de parité des codes équivalents. Nous nous retrouvons avecun système plusieurs variables d’équations linéaires et quadratiques qui peut être résolu en utilisant des outils algébriques tels que les bases de Groebner et les techniques associées. Il est possible en théorie de résoudre l’équivalence de code avec des techniques utilisant des bases de Groebner. Cependant, le calcul en pratique devient complexe à mesure que la longueur du code augmente. Nous avons introduit plusieurs améliorations telles que la linéarisation par bloc et l’action de Frobenius. En utilisant ces techniques, nous identifions de nombreux cas où le problème d’équivalence de permutation peut être résolu efficacement. Notre méthode d’équivalence diagonale résout efficacement le problème dans les corps de petites tailles, à savoir F3 et F4. L’augmentation de la taille du corps entraîne une augmentation du nombre de variables dans notre système algébrique, ce qui le rend difficile à résoudre. Nous nous intéressons enfin au problème d’isomorphisme de graphes en considérant un système algébrique quadratique pour l’isomorphisme de graphes. Pour des instances tirées aléatoirement, le système possède des propriétés intéressantes en termes de rang de la partie linéaire et du nombre de variables. Nousrésolvons efficacement le problème d’isomorphisme de graphes pour des graphes aléatoires avec un grand nombre de sommets, et également pour certains graphes réguliers tels que ceux de Petersen, Cubical et Wagner.123 / Code equivalence problem plays an important role in coding theory and code based cryptography.That is due to its significance in classification of codes and also construction and cryptanalysis of code based cryptosystems. It is also related to the long standing problem of graph isomorphism, a well-known problem in the world of complexity theory. We introduce new method for solving code equivalence problem. We develop algebraic approaches to solve the problem in its permutation and diagonal versions. We build algebraic system by establishing relations between generator matrices and parity check matrices of the equivalent codes. We end up with system of multivariables of linear and quadratic equations which can be solved using algebraic tools such as Groebner basis and related techniques. By using Groebner basis techniques we can solve the code equivalence but the computation becomes complex as the length of the code increases. We introduced several improvements such as block linearization and Frobenius action. Using these techniques we identify many cases where permutation equivalence problem can be solved efficiently. Our method for diagonal equivalence solves the problem efficiently in small fields, namely F3 and F4. The increase in the field size results in an increase in the number of variables in our algebraic system which makes it difficult to solve. We introduce a new reduction from permutation code equivalence when the hull is trivial to graph isomorphism. This shows that this subclass of permutation equivalence is not harder than graph isomorphism.Using this reduction we obtain an algebraic system for graph isomorphism with interesting properties in terms of the rank of the linear part and the number of variables. We solve the graph isomorphism problem efficiently for random graphs with large number of vertices and also for some regular graphs such as Petersen, Cubical and Wagner Graphs.