Les nouveaux protocoles de réseautage et cryptographiques peuvent considérablement améliorer les systèmes de paiement électroniques en ligne. Le présent mémoire porte sur la conception, la mise en œuvre et l’analyse sécuritaire du GNU Taler, un système de paiement respectueux de la vie privée conçu pour être pratique pour l’utilisation en ligne comme méthode de (micro-)paiement, et en même temps socialement et moralement responsable. La base technique du GNU Taler peut être dû à l’e-cash de David Chaum. Notre travail va au-delà de l’e-cash de Chaum avec un changement efficace, et la nouvelle notion de transparence des revenus garantissant que les marchands ne peuvent recevoir de manière fiable un paiement d’un payeur non fiable que lorsque leurs revenus du paiement est visible aux autorités fiscales. La transparence des revenus est obtenue grâce à l’introduction d’un protocole d’actualisation donnant lieu à un changement anonyme pour un jeton partiellement dépensé sans avoir besoin de l’introduction d’une évasion fiscale échappatoire. De plus, nous démontrons la sécurité prouvable de la transparence anonyme de nos revenus e-cash, qui concerne en plus l’anonymat habituel et les propriétés infalsifiables de l’e-cash, ainsi que la conservation formelle des fonds et la transparence des revenus. Notre mise en œuvre du GNU Taler est utilisable par des utilisateurs non-experts et s’intègre à l’architecture du web moderne. Notre plateforme de paiement aborde une série de questions pratiques telles que la prodigue des conseils aux clients, le mode de remboursement, l’intégration avec les banques et les chèques “know-your-customer (KYC)”, ainsi que les exigences de sécurité et de fiabilité de la plateforme web. Sur une seule machine, nous réalisons des taux d’opérations qui rivalisent avec ceux des processeurs de cartes de crédit commerciaux globaux. Pendant que les crypto-monnaies basées sur la preuve de travail à l’instar de Bitcoin doivent encore être mises à l’échelle pour servir de substituant aux systèmes de paiement établis, d’autres systèmes plus efficaces basés sur les Blockchains avec des algorithmes de consensus plus classiques pourraient avoir des applications prometteurs dans le secteur financier. Nous faisons dans la conception, la mise en œuvre et l’analyse de la Byzantine Set Union Consensus, un protocole de Byzantine consensus qui s’accorde sur un (Super-)ensemble d’éléments à la fois, au lieu d’accepter en séquence les éléments individuels sur un ensemble. Byzantine Set consensus peut être utilisé comme composante de base pour des chaînes de blocs de permissions, où (à l’instar du style Nakamoto consensus) des blocs entiers d’opérations sont convenus à la fois d’augmenter le taux d’opération. / We describe the design and implementation of GNU Taler, an electronic payment system based on an extension of Chaumian online e-cash with efficient change. In addition to anonymity for customers, it provides the novel notion of income transparency, which guarantees that merchants can reliably receive a payment from an untrusted payer only when their income from the payment is visible to tax authorities. Income transparency is achieved by the introduction of a refresh protocol, which gives anonymous change for a partially spent coin without introducing a tax evasion loophole. In addition to income transparency, the refresh protocol can be used to implement Camenisch-style atomic swaps, and to preserve anonymity in the presence of protocol aborts and crash faults with data loss by participants. Furthermore, we show the provable security of our income-transparent anonymous e-cash, which, in addition to the usual anonymity and unforgeability proper- ties of e-cash, also formally models conservation of funds and income transparency. Our implementation of GNU Taler is usable by non-expert users and integrates with the modern Web architecture. Our payment platform addresses a range of practical issues, such as tipping customers, providing refunds, integrating with banks and know-your-customer (KYC) checks, as well as Web platform security and reliability requirements. On a single machine, we achieve transaction rates that rival those of global, commercial credit card processors. We increase the robustness of the exchange—the component that keeps bank money in escrow in exchange for e-cash—by adding an auditor component, which verifies the correct operation of the system and allows to detect a compromise or misbehavior of the exchange early. Just like bank accounts have reason to exist besides bank notes, e-cash only serves as part of a whole payment system stack. Distributed ledgers have recently gained immense popularity as potential replacement for parts of the traditional financial industry. While cryptocurrencies based on proof-of-work such as Bitcoin have yet to scale to be useful as a replacement for established payment systems, other more efficient systems based on Blockchains with more classical consensus algorithms might still have promising applications in the financial industry. We design, implement and analyze the performance of Byzantine Set Union Consensus (BSC), a Byzantine consensus protocol that agrees on a (super-)set of elements at once, instead of sequentially agreeing on the individual elements of a set. While BSC is interesting in itself, it can also be used as a building block for permissioned Blockchains, where—just like in Nakamoto-style consensus—whole blocks of transactions are agreed upon at once, increasing the transaction rate.

Les nouvelles technologies ont profondément modifié nos usages mais ne sont pas que synonymes d’avantages pour leurs utilisateurs. Elles ont en effet de lourdes conséquences sur notre vie privée, ce qui est bien souvent sous-estimé. Les utilisateurs de moyens de paiement électronique ne réalisent par exemple pas toujours que leurs transactions peuvent révéler des informations particulièrement intimes à leur sujet, telles que leur localisation, leur état de santé ou mêmes leurs croyances.Nous nous intéressons dans ce mémoire aux techniques cryptographiques permettant de concilier les exigences de sécurité traditionnelles et le respect de la vie privée. Dans une première partie nous étudions deux cas particuliers, celui du paiement anonyme et celui de l’authentification anonyme. Nous proposons de nouvelles constructions qui offrent une meilleure efficacité que les solutions existantes, ouvrant ainsi la voie à de réelles applications pratiques. Chacun de ces systèmes fait l’objet d’une étude de sécurité montrant qu’ils offrent de solides garanties sous des hypothèses raisonnables.Cependant, afin de satisfaire des contraintes techniques souvent très fortes dans ces contextes, il peut être nécessaire d’optimiser ces constructions qui nécessitent souvent un nombre significatif de calculs. Dans une deuxième partie nous proposons donc des moyens pour améliorer l’efficacité des opérations et algorithmes les plus fréquemment utilisés. Chacune de ces contributions peut présenter un intérêt au-delà du contexte de l’anonymat. / New technologies offer greater convenience for end-users but usually at the cost of a loss in terms of privacy, which is often underestimated by the latter. For example, knowledge by a third party of the information related to a transaction is far from insignificant since it may reveal intimate details such as whereabouts, religious beliefs or health status.In this thesis, we are interested in cryptographic technics allowing to reconcile both security requirements and user’s privacy. In a first part, we will focus on two specific cases: anonymous payment and anonymous authentication. We propose new constructions, improving the efficiency of state-of-the-art solutions, which make all the features of these primitives more accessible for practical applications. We provide a detailed security analysis for each scheme, proving that they achieve the expected properties under reasonable assumptions.However, to fulfill the strong technical constraints of these use cases, it may be necessary to optimize these constructions which are usually rather complex. To this end, we propose in a second part, new solutions to improve the efficiency of most common operations and algorithms. Each of these contributions is not restricted to anonymous systems and thus may be of independent interest.

Les questions d'anonymat surgissent dans de nombreux contextes et tout particulièrement dans celui des transactions électroniques. Il est souvent souhaitable de protéger l'identité des participants afin d'éviter la constitution de profils de consommateurs ou de bases de données de renseignements commerciaux. De nombreuses solutions cryptographiques ont été apportées afin de renforcer la confiance des utilisateurs dans ces applications. Une nouvelle approche dans l'élaboration de mécanismes d'anonymat sûrs et performants s'appuie sur des applications bilinéaires (couplages de Weil et de Tate sur les courbes elliptiques). Dans cette thèse nous présentons tout d'abord un état de l'art des différentes signatures utilisées pour l'anonymat en cryptographie, en particulier les signatures de groupe, les signa- tures aveugles et les signatures d'anneau. Dans ce contexte nous décrivons un nouveau protocole d'authentification et montrons comment il peut être converti en signature d'anneau. Notre étude porte ensuite sur les signatures aveugles à anonymat révocable. Il s'agit de signatures aveugles dont l'anonymat et l'intraçabilité peuvent être révoqués par une autorité. Nous proposons le pre- mier véritable modèle de sécurité pour ces signatures, ainsi qu'une nouvelle construction basée sur les couplages dont nous prouvons la sécurité dans ce modèle. Nos derniers travaux portent sur les systèmes de multi-coupons et de monnaie électronique. L'utilisation des couplages nous permet d'introduire de nouvelles propriétés destinées à faciliter leur usage. Pour chacun de ces systèmes nous proposons un modèle de sécurité, puis décrivons un schéma dont nous prouvons la sécurité dans ce modèle.

"Les systèmes de paiement et de compensation interbancaire ont évolué à une vitesse fulgurante depuis le milieu du XXe siècle grâce à plusieurs innovations techniques et technologiques. Ces innovations ont permis de réduire le temps d'exposition aux risques de crédit et de liquidité tout en augmentant une nouvelle forme de risque, le risque opérationnel. La croissance des relations internationales a également augmenté le nombre de transactions transfrontalières et les paiements internationaux font partie intégrante du paysage commercial et économique. L'arrivée et le perfectionnement d'Internet ont également contribué à l'évolution des communications transfrontalières. Malgré cette croissance, les paiements internationaux sont essentiellement véhiculés par des systèmes nationaux. Cette thèse propose un système de paiement international de nouvelle génération qui permettrait de maximiser les forces des systèmes existants et d'utiliser l'expertise des acteurs économiques existants. Le paiement serait soumis à un corpus juridique unique et les participants reliés entre eux par l'entremise d'Internet."

Le crédit informatisé acquiert une importance primordiale tant pour le secteur bancaire que pour les entreprises exportatrices de manière générale. Les exigences des mécanismes modernes du commerce international ont conduit à l'avènement de l'ère des paiements électroniques comme mode habituel des ventes internationales. La vente connaît une amélioration de ses méthodes d'exécution principalement par la modernisation des réseaux de paiements et la création des effets informatiques. La lettre de crédit informatisée ou le réseau SWIFT offrent des mécanismes modernes de paiement des contrats internationaux donnant une nouvelle dimension aux relations juridiques entre les entreprises. Les retombées économiques de ces instruments modernes sont tangibles sur le commerce international et sur le développement des échanges entre importateurs et exportateurs. Il est donc important de procéder à l'examen du processus de dématérialisation des documents du crédit documentaire et d'en saisir autant les aspects techniques que les problèmes juridiques soulevés.

La transposition de la directive relative aux services de paiement du 13 novembre2007 en droit français est à l’origine de la création d’une nouvelle catégorie d’acteurs bancaires : l’établissement de paiement. La fourniture de services de paiement cesse ainsi d’être du domaine exclusif des établissements de crédit pour devenir l’activité principale des établissements de paiement. S’il est vrai que cette nouvelle répartition des activités bancaires ébranle le monopole bancaire, elle n’y met cependant pas fin. Pour une meilleure lisibilité et un contrôle plus efficace des acteurs, il est proposé une mutation du système bancaire grâce à d’une part une scission complète des activités bancaires, et d’autre part une indépendance des établissements de paiement face aux établissements de crédit. La sécurisation du marché des paiements dépend également de l’encadrement des opérations de paiement. La préservation de la confiance du consommateur est essentielle au bon fonctionnement du marché des services de paiement. / The transposition into French law of the Payment Services Directive of 13November 2007 led to the creation of a new category of players in the banking sector: the payment institution. The provision of payment services is no longer the sole domain of credit institutions but becomes the main activity of payment institutions. Although this new distribution of banking activities undermines thebanking monopoly, it does not terminate it. For a better legibility of the bankingsystem and a more efficient control of banking institutions, it is proposed amutation of the banking system through on the one hand, a complete separation of banking activities, and on the other hand payment institutions independence from credit institutions. Securing the payments services market also depends on the supervision of payment transactions. Preserving consumer’s trust is essential to awell-functioning payment services market.

Cette thèse comporte trois chapitres. Le premier chapitre décrit les moyens de paiement permettant le transfert de monnaie électronique (e-monnaie), les déterminants de leur adoption et leur usage dans le monde. Les deux chapitres suivants sont des articles qui analysent la concurrence entre la monnaie fiduciaire et l’e-monnaie à partir du modèle de Lagos-Wright (2005). Dans le premier article, à la différence des espèces, la détention d’e-monnaie est garantie contre le risque de perte ou de vol, et les marchands doivent investir pour recevoir l’e-monnaie. Du fait des complémentarités stratégiques entre les acheteurs et les vendeurs, il existe une multiplicité d’équilibres où seule une monnaie, ou les deux circulent. Nous analysons le bien-être et quantifions le modèle pour expliquer l’échec de l’e-monnaie en Europe et son succès en Asie et aux Etats-Unis. Dans le second article, les espèces concurrencent la monnaie mobile (M-monnaie). Les agents peuvent créer des partenariats et chaque transaction est réglée avec un seul moyen de paiement. Les agents sans partenaire utilisent les espèces, les autres utilisent l’M-monnaie. Les acheteurs avec un partenaire détiennent toujours de l’M-monnaie, seule ou en complément des espèces, alors que les acheteurs sans partenaire utilisent soit l’une, soit l’autre, soit les deux, soit aucune monnaie. Cependant, l’M-monnaie ne remplace les espèces que si le nombre de vendeurs traditionnels est très faible et l’inflation pas trop élevée. Ainsi, le partenariat est un mécanisme de coordination qui explique le succès des applications de paiement mobile proposées par des enseignes à leurs clients fidèles aux Etats-Unis. / This thesis has three chapters. The first chapter describes the means of payment allowingthe transfer of electronic money (e-money), the determinants of their adoption and their usein the world. The following two chapters are articles that analyze the competition between fiat money and e-money from the Lagos-Wright model (2005). In the first article, unlike cash, the holding of e-money is guaranteed against the risk of loss or theft, and merchants must invest to receive e-money. Due to strategic complementarities between buyers andsellers, there is a multiplicity of equilibria where only one money, or both, circulate. We analyze welfare and quantify the model to explain the failure of e-money in Europe and its success in Asia and in the United States. In the second article, cash competes with mobilemoney (M-money). Agents can create partnerships and each transaction is settled with one means of payment only. Agents without a partner use cash, the others use M-money.Buyers with a partner always hold M-money, alone or in addition to cash, while buyers without a partner use either one, or the other, or both, or no money. However, M-money replaces cash only if the number of traditional sellers is very low and inflation not too high.So, partnership is a coordination mechanism that explains the success of mobile payment applications offered by brands to their loyal customers in the United States.

La monnaie est au coeur des rapports de droit et d’obligation qui se créent dans les transactions des plus simples au plus complexes. Cette prépondérance de la monnaie trouve sa justification dans ses fonctions juridiques et économiques d’instrument de mesure, de réserve de la valeur de biens et services, et également de sa fonction de moyen de paiement. Les flux quotidiens de monnaie révèlent cette importance. Si ces rapports de droit doublés d’une dimension économique sont habituellement confinés dans un cadre géographique étatique, ils suivent aujourd’hui une tendance à l’internationalisation. La circulation de la monnaie suit la même tendance en dépassant le simple cadre des États. Pour assurer le transfert de la monnaie par-delà les frontières, diverses techniques ont pendant longtemps été utilisées. Les premières apparurent dans les foires du Moyen Âge avec l’utilisation des effets de commerce (lettre de change et billet à ordre) et plus tardivement du chèque. Ces premières techniques traditionnelles qui ont la particularité de reposer sur du support papier déclinent et cèdent la place à de nouvelles techniques (virement électronique, carte électronique, porte-monnaie électronique). L’exigence de célérité inhérente à l’activité commerciale a fait ressentir un besoin d’innovation qui s’est traduit par la création de nouvelles techniques de transfert de la monnaie voire d’une nouvelle forme de monnaie : la « monnaie électronique ». Une autre innovation majeure réside dans l’émergence grâce à l’informatique des « systèmes de paiement » qui constituent un nouveau cadre de réalisation des transferts de fonds.L’élément d’extranéité inhérent au caractère international de l’utilisation des nouvelles techniques de transfert de monnaie pose la récurrente problématique des conflits de lois. Si pour les techniques traditionnelles de transferts de fonds, des initiatives d’uniformisation (conventions de Genève relatives à la lettre de change et au chèque) ont permis de résoudre à certains égards cette difficulté, il n’existe pas pour l’heure un cadre légal spécifique régissant l’utilisation internationale des nouvelles techniques de transfert de fonds. Il n’existe non plus à l’échelle internationale, de texte législatif régissant les nouveaux systèmes de transferts de fonds. Face à ce vide législatif, ne convient-il pas de prendre en considération la nature contractuelle des relations qui se nouent grâce à l’informatique dans les systèmes de transferts de fonds et de déterminer une « loi contractuelle » qui aurait vocation à régir les nouvelles techniques de transferts de fonds présentant un caractère international ? Cette thèse se propose à cet effet de démontrer la nature contractuelle des divers rapports qui se nouent dans les systèmes des transferts internationaux de fonds. Une telle qualification contractuelle en amont permet de soutenir en aval l’idée d’une applicabilité d’un régime contractuel aux nouvelles techniques de transferts de fonds. / Legal relations are based essentially on the monetary obligations. The dominant role of money is explained by its legal and economic functions. The daily flow of money transfers attest this importance. If those legal and economic relations are usually located in a limited geographical area, they now follow a movement towards internationalization. The circulation of money also follows the same movement beyond the simple framework of a country. To ensure the funds transfer across borders, various techniques have long time allowed to make international money transfers. Early techniques appeared in fairs of the middle Ages, with the use of commercial paper (bill of exchange or promissory note) and later the check. These traditional instruments which have the characteristic of being based on the paper declined to give way to new techniques. The celerity required by business, has created a need of innovation. It explains the creation of new techniques of money transfer and a new form of currency: the "electronic money”. Another important innovation is the emergence through the computing, "systems" that are a new framework of funds transfers.The foreign element related to international nature of the new techniques of money transfer raises the legal problem of conflict of laws. If for traditional techniques of fund transfer, standardization initiatives (Geneva Conventions on bills of exchange and checks) seem to have solved this problem, there is not presently, any uniform law governing the international use of new techniques of funds transfer. So, is it necessary to consider the nature of contractual relationships which are formed thanks to computing in systems in order to determine a “contract law” able to govern the new techniques of international funds transfers.

Les transactions sur mobile suscitent depuis quelques années un intérêt grandissant. Cette thèse se place dans le contexte d'un tel service géré par un opérateur de téléphonie mobile. Les transactions sont réalisées entre souscrivants du service uniquement à l'aide de monnaie électronique privative émise par l'opérateur. Le problème de cette thèse réside dans la sécurisation de ces types de services. Nous proposons dans cette thèse une architecture permettant de garantir une sécurité de bout-en-bout entre l'application et la plateforme de paiement. Celle-ci est basée sur l'utilisation conjoint d'un élément de sécurité SE et d'un environnement d'exécution sécu risée TEE. Différentes transactions ont été considérées, paiement marchand et transferts entre particuliers, ainsi que différents modes, tout-connecté, déconnecté ou semi-connecté. Les protocoles proposés ont été vérifiés formellement et leurs performances ont été étudiées. Une étude comparative entre différents algorithmes de classification est également réalisée pour les adapter à la détection de la fraude. A cet effet, le système de paiement et le comportement de ses utilisateurs a été modélisé pour créer un générateur de données synthétiques. Une validation préliminaire de ce simulateur a été réalisée. L'originalité du simulateur est qu'il se base sur l'exploitati on de données provenant d'un service déployé sur le terrain.