Encryption Key Search is a compute-intensive operation that consists of a brute-force search of a particular key in a given key space. Sequential execution time for a 56-bit encryption key search is approximately 200,000 years and therefore it is ideal to execute such operation in a grid environment. ALiCE (Adaptive and scaLable internet-based Computing Engine) is a grid middleware that offers a portable software technology for developing and deploying grid applications and systems. This paper discusses the development of the Encryption Key Search application on ALiCE and also presents the performance evaluation of ALiCE using this application. / Singapore-MIT Alliance (SMA)

Les fonctions non clonables physiquement, appelées PUF (Physically Unclonable Functions), représentent une technologie innovante qui permet de résoudre certains problèmes de sécurité et d’identification. Comme pour les empreintes humaines, les PUF permettent de différencier des circuits électroniques car chaque exemplaire produit une signature unique. Ces fonctions peuvent être utilisées pour des applications telles que l’authentification et la génération de clés cryptographiques. La propriété principale que l’on cherche à obtenir avec les PUF est la génération d’une réponse unique qui varie de façon aléatoire d’un circuit à un autre, sans la possibilité de la prédire. Une autre propriété de ces PUF est de toujours reproduire, quel que soit la variation de l’environnement de test, la même réponse à un même défi d’entrée. En plus, une fonction PUF doit être sécurisée contre les attaques qui permettraient de révéler sa réponse. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux PUF en silicium profitant des variations inhérentes aux technologies de fabrication des circuits intégrés CMOS. Nous présentons les principales architectures de PUF, leurs propriétés, et les techniques mises en œuvre pour les utiliser dans des applications de sécurité. Nous présentons d’abord deux nouvelles structures de PUF. La première structure appelée “Loop PUF” est basée sur des chaînes d’éléments à retard contrôlés. Elle consiste à comparer les délais de chaînes à retard identiques qui sont mises en série. Les points forts de cette structure sont la facilité de sa mise en œuvre sur les deux plates-formes ASIC et FPGA, la grande flexibilité pour l’authentification des circuits intégrés ainsi que la génération de clés de chiffrement. La deuxième structure proposée “TERO PUF” est basée sur le principe de cellules temporairement oscillantes. Elle exploite la métastabilité oscillatoire d’éléments couplés en croix, et peut aussi être utilisée pour un générateur vrai d’aléas (TRNG). Plus précisément, la réponse du PUF profite de la métastabilité oscillatoire introduite par une bascule SR lorsque les deux entrées S et R sont connectées au même signal d’entrée. Les résultats expérimentaux montrent le niveau de performances élevé des deux structures de PUF proposées. Ensuite, afin de comparer équitablement la qualité des différentes PUF à retard, nous proposons une méthode de caractérisation spécifique. Elle est basée sur des mesures statistiques des éléments à retard. Le principal avantage de cette méthode vient de sa capacité à permettre au concepteur d’être sûr que la fonction PUF aura les performances attendues avant sa mise en œuvre et sa fabrication. Enfin, en se basant sur les propriétés de non clonabilité et de l’imprévisibilité des PUF, nous présentons de nouvelles techniques d’authentification et de génération de clés de chiffrement en utilisant la “loop PUF” proposée. Les résultats théoriques et expérimentaux montrent l’efficacité des techniques introduites en termes de complexité et de fiabilité / Physically Unclonable Functions, or PUFs, are innovative technologies devoted to solve some security and identification issues. Similarly to a human fingerprint, PUFs allows to identify uniquely electronic devices as they produce an instance-specific signature. Applications as authentication or key generation can take advantage of this embedded function. The main property that we try to obtain from a PUF is the generation of a unique response that varies randomly from one physical device to another without allowing its prediction. Another important property of these PUF is to always reproduce the same response for the same input challenge even in a changing environment. Moreover, the PUF system should be secure against attacks that could reveal its response. In this thesis, we are interested in silicon PUF which take advantage of inherent process variations during the manufacturing of CMOS integrated circuits. We present several PUF constructions, discuss their properties and the implementation techniques to use them in security applications. We first present two novel PUF structures. The first one, called “Loop PUF” is a delay based PUF which relies on the comparison of delay measurements of identical serial delay chains. The major contribution brought by the use of this structure is its implementation simplicity on both ASIC and FPGA platforms, and its flexibility as it can be used for reliable authentication or key generation. The second proposed structure is a ring-oscillator based PUF cells “TERO PUF”. It exploits the oscillatory metastability of cross-coupled elements, and can also be used as True Random Number Generator (TRNG). More precisely, the PUF response takes advantage from the introduced oscillatory metastability of an SR flip-flop when the S and R inputs are connected to the same input signal. Experimental results show the high performance of these two proposed PUF structures. Second, in order to fairly compare the quality of different delay based PUFs, we propose a specific characterization method. It is based on statistical measurements on basic delay elements. The main benefit of this method is that it allows the designer to be sure that the PUF will meet the expected performances before its implementation and fabrication. Finally, Based on the unclonability and unpredictability properties of the PUFs, we present new techniques to perform “loop PUF” authentication and cryptographic key generation. Theoretical and experimental results show the efficiency of the introduced techniques in terms of complexity and reliability

Saugiais gali būti laikomi tik užšifruoti duomenys, o šifravimas neįmanomas be šifravimo rakto. Vienas iš geriausiai žinomų ir plačiausiai naudojamų šifravimo raktų yra slaptažodis, tačiau pagrindinis jo trūkumas tas, kad jį reikia atsiminti. Šioje situacijoje gali padėti biometrija, kadangi praktiškai kiekvienas žmogus turi unikalias charakteristikas. Tačiau pagrindinė problema yra - kaip iš biometrinių charakteristikų suformuoti šifravimo raktą. Pirštų atspaudai yra gerai žinoma biometrinė charakteristika, naudojama žmonių identifikavimui ir tapatybės patvirtinimui, o USB atmintinėse ar nešiojamuosiuose kompiuteriuose integruoti pirštų atspaudų skaitytuvai jau nieko nebestebina. Kiekvienas piršto atspaudas gali būti aprašytas minutiae taškų matrica iš kurios būtų galima generuoti šifravimo raktą. Tačiau netgi to paties piršto atspaudai nėra identiški ir į tai reikia atsižvelgti. Šiame darbe pateikiamas vienas tiesioginių šifravimo raktų generavimo iš pirštų atspaudų metodas. Iš atspaudo suformuojama minutiae taškų matrica, iš jos suformuojami parametrai ir perduodami raktų generatoriams. Matricų formavimui panaudoti du produktai, realizuoti 8 generatoriai, formuojantys 64 ir 128 bitų ilgio šifravimo raktus. Sistema ištestuota su pasiruošta pirštų atspaudų duomenų baze, pateikti gauti rezultatai. / Only encrypted data can be treated as secure data and encryption is impossible without encryption key. One of the best known and widely used encryption keys is password, but the main its drawback is necessity to remember it. Biometrics may help to avoid this situation, because everyone has unique characteristics. But the main question is how to extract encryption key from biometric data. Fingerprints are well known biometric characteristic, used for people identification or authentication and fingerprint readers integrated into USB flash drives or laptops don’t cause surprise any more. Every fingerprint can be described using minutiae points’ matrix and from this matrix encryption key can be generated. But fingerprints of the same finger aren’t identical, so this must be kept in mind as well. In this research one method of direct encryption key generation from fingerprint is introduced. Minutiae matrix is structured from fingerprint image; parameters are formed and passed to encryption key generators. Two products were used for making matrix and eight generators were produced, generating encryption keys length of 64 and 128 bits. This system was tested with prepared fingerprint set and all the results are given.

The security protocols are widely used for providing safe communication. They are used for creating private communication channels in unsecured area. This thesis deals with the design of such protocols and their properties. The first part deals with properties and requirements of designed protocol as well as with the most common attacks on protocols. In the second part, the method of trace formula is described in more detail. This method is used for analytic design of security protocols. Later, the library of automated functions was created upon the principles of the method. The library support both the handling of protocol properties and protocol design. The thesis concludes with some examples of generated protocols.

This Master Thesis deals with the side channels, AES encryption algorithm and the use of neural networks to obtain the encryption key. The first part of this work is focused on the basics of cryptography and attacks on cryptographic module. The second part is focused on electromagnetic side channel attack on PIC16F84A microcontroller with embedded AES algorithm. In this section, the Master Thesis tries to analyze electromagnetic emissions of operation S-Box in AES algorithm and try to find sensitive information to use neural network identify encryption key of the AES algorithm. In conclusion is described the software source code to determine the encryption key, summarized results and discussed ways to defend against electromagnetic side channel attack.