Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um novo algoritmo de criptografia de chave pública. Este algoritmo apresenta duas características que o tornam único, e que foram tomadas como guia para a sua concepção. A primeira característica é que ele é semanticamente seguro. Isto significa que nenhum adversário limitado polinomialmente consegue obter qualquer informação parcial sobre o conteúdo que foi cifrado, nem mesmo decidir se duas cifrações distintas correspondem ou não a um mesmo conteúdo. A segunda característica é que ele depende, para qualquer tamanho de texto claro, de uma única premissa de segurança: que o logaritmo no grupo formado pelos pontos de uma curva elíptica de ordem prima seja computacionalmente intratável. Isto é obtido garantindo-se que todas as diferentes partes do algoritmo sejam redutíveis a este problema. É apresentada também uma forma simples de estendê-lo a fim de que ele apresente segurança contra atacantes ativos, em especial, contra ataques de texto cifrado adaptativos. Para tanto, e a fim de manter a premissa de que a segurança do algoritmo seja unicamente dependente do logaritmo elíptico, é apresentada uma nova função de resumo criptográfico (hash) cuja segurança é baseada no mesmo problema. / This dissertation presents the development of a new public key algorithm. This algorithm has two key features, which were taken to be a goal from the start. The first feature is that it is semantically secure. That means that no polynomially bounded adversary can extract any partial information about the plaintext from the ciphertext, not even decide if two different ciphertexts correspond to the same plaintext. The second feature of the algorithm is that it depends on only one security assumption: that it is computationally unfeasible to calculate the logarithm on the group formed by the points of a prime order elliptic curve. That is achieved by ensuring that all parts of the algorithm are reducible to that problem. Also, it is presented a way to extend the algorithm so that it the resists attacks of an active adversary, in special, against an adaptive chosen-ciphertext attack. In order to do that, and attain to the assumption that only the assumption of the logarithm is necessary, it is introduced a new hash function with strength based of the same problem.

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um novo algoritmo de criptografia de chave pública. Este algoritmo apresenta duas características que o tornam único, e que foram tomadas como guia para a sua concepção. A primeira característica é que ele é semanticamente seguro. Isto significa que nenhum adversário limitado polinomialmente consegue obter qualquer informação parcial sobre o conteúdo que foi cifrado, nem mesmo decidir se duas cifrações distintas correspondem ou não a um mesmo conteúdo. A segunda característica é que ele depende, para qualquer tamanho de texto claro, de uma única premissa de segurança: que o logaritmo no grupo formado pelos pontos de uma curva elíptica de ordem prima seja computacionalmente intratável. Isto é obtido garantindo-se que todas as diferentes partes do algoritmo sejam redutíveis a este problema. É apresentada também uma forma simples de estendê-lo a fim de que ele apresente segurança contra atacantes ativos, em especial, contra ataques de texto cifrado adaptativos. Para tanto, e a fim de manter a premissa de que a segurança do algoritmo seja unicamente dependente do logaritmo elíptico, é apresentada uma nova função de resumo criptográfico (hash) cuja segurança é baseada no mesmo problema. / This dissertation presents the development of a new public key algorithm. This algorithm has two key features, which were taken to be a goal from the start. The first feature is that it is semantically secure. That means that no polynomially bounded adversary can extract any partial information about the plaintext from the ciphertext, not even decide if two different ciphertexts correspond to the same plaintext. The second feature of the algorithm is that it depends on only one security assumption: that it is computationally unfeasible to calculate the logarithm on the group formed by the points of a prime order elliptic curve. That is achieved by ensuring that all parts of the algorithm are reducible to that problem. Also, it is presented a way to extend the algorithm so that it the resists attacks of an active adversary, in special, against an adaptive chosen-ciphertext attack. In order to do that, and attain to the assumption that only the assumption of the logarithm is necessary, it is introduced a new hash function with strength based of the same problem.

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um novo algoritmo de criptografia de chave pública. Este algoritmo apresenta duas características que o tornam único, e que foram tomadas como guia para a sua concepção. A primeira característica é que ele é semanticamente seguro. Isto significa que nenhum adversário limitado polinomialmente consegue obter qualquer informação parcial sobre o conteúdo que foi cifrado, nem mesmo decidir se duas cifrações distintas correspondem ou não a um mesmo conteúdo. A segunda característica é que ele depende, para qualquer tamanho de texto claro, de uma única premissa de segurança: que o logaritmo no grupo formado pelos pontos de uma curva elíptica de ordem prima seja computacionalmente intratável. Isto é obtido garantindo-se que todas as diferentes partes do algoritmo sejam redutíveis a este problema. É apresentada também uma forma simples de estendê-lo a fim de que ele apresente segurança contra atacantes ativos, em especial, contra ataques de texto cifrado adaptativos. Para tanto, e a fim de manter a premissa de que a segurança do algoritmo seja unicamente dependente do logaritmo elíptico, é apresentada uma nova função de resumo criptográfico (hash) cuja segurança é baseada no mesmo problema. / This dissertation presents the development of a new public key algorithm. This algorithm has two key features, which were taken to be a goal from the start. The first feature is that it is semantically secure. That means that no polynomially bounded adversary can extract any partial information about the plaintext from the ciphertext, not even decide if two different ciphertexts correspond to the same plaintext. The second feature of the algorithm is that it depends on only one security assumption: that it is computationally unfeasible to calculate the logarithm on the group formed by the points of a prime order elliptic curve. That is achieved by ensuring that all parts of the algorithm are reducible to that problem. Also, it is presented a way to extend the algorithm so that it the resists attacks of an active adversary, in special, against an adaptive chosen-ciphertext attack. In order to do that, and attain to the assumption that only the assumption of the logarithm is necessary, it is introduced a new hash function with strength based of the same problem.

The topic of this thesis is a cryptosystem, precisely a public key encryption scheme, that is based on the knapsack problem. At first we formulate terms like \mathcal{NP} -complete problem, one-way function, hard-core predicate, public key encryption scheme and semantic security which we connect in this thesis. After that we present the knapsack problem. Then we prove that the knapsack problem with appropriate parameters has a property that leads to semantic security of the encryption scheme which we present afterwards. This public key encryption scheme is based on the scheme proposed by Vadim Lyubashevsky, Adriana Palacio and Gil Segev. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

To the field of cryptography, quantum mechanics is a game changer. The exploitation of quantum mechanical properties through the manipulation of quantum information, the information encoded in the state of quantum systems, would allow many protocols in use today to be broken as well as lead to the expansion of cryptography to new protocols. In this thesis, quantum encryption, i.e. encryption schemes for quantum data, is defined, along with several definitions of security, broadly divisible into semantic security and ciphertext indistinguishability, which are proven equivalent, in analogy to the foundational result by Goldwasser and Micali. Private- and public-key quantum encryption schemes are also constructed from quantum-secure cryptographic primitives, and their security is proven. Most of the results are in the joint paper Computational Security of Quantum Encryption, to appear in the 9th International Conference on Information Theoretic Security (ICITS2016).

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