Les croissances constantes de l’Internet et des services associés ont conduit à des problématiques naturellement liées au domaine de la cryptographie, parmi lesquelles l’authentification et le respect de la vie privée des utilisateurs. L’utilisation désormais commune d’appareils connectés (smartphone, tablette, montre, …) comme moyen d’authentification amène à considérer la génération et/ou la gestion de clés cryptographiques par de tels appareils pour répondre à ces besoins. Les résonances cryptographiques identifiées de ces deux cas d’étude sont respectivement le domaine des Fuzzy Extractors (« Extracteurs de Flous » en français) et les schémas de signature de groupe. D’une part, cette thèse présente alors le premier Fuzzy Extractror non basé sur la distance de Hamming à être réutilisable (dans le modèle de l’oracle aléatoire non programmable). Ce faisant, nous avons alors pu concevoir un module de génération de clés cryptographiques permettant d'authentifier un utilisateur à partir des ses appareils. D’autre part, deux schémas de signature de groupe basés sur la théorie des codes, respectivement en métrique de Hamming et en métrique rang sont également proposés. Ces deux schémas constituent des alternatives crédibles aux cryptosystèmes post-quantiques équivalents basés sur les réseaux euclidiens. / Internet constant growth has naturally led to cryptographic issues such as authentication and privacy concerns. The common usage of connected devices (smartphones, tablet, watch, …) as authentication means made us consider cryptographic keys generations and/or managements from such devices to address aforementioned needs. For such a purpose, we identified fuzzy extractors and group signature schemes. On the one hand, this thesis then presents the first reusable fuzzy extractor based on set difference metric (in the nonprogrammable random oracle). In so doing, we were able to design a key generation module performing authentication from users’ devices. On the other hand, we came up with two group signature schemes, respectively based on Hamming and rank metrics, that seriously compete with post-quantum concurrent schemes based on lattices.

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.

Avec l'émergence de nouvelles technologies telles que le NFC (Communication à champ proche) et l'accroissement du nombre de plates-formes mobiles, les téléphones mobiles vont devenir de plus en plus indispensables dans notre vie quotidienne. Ce contexte introduit de nouveaux défis en termes de sécurité et de respect de la vie privée. Dans cette thèse, nous nous focalisons sur les problématiques liées au respect de la vie privée dans les services NFC ainsi qu’à la protection des données privées et secrets des applications mobiles dans les environnements d'exécution de confiance (TEE). Nous fournissons deux solutions pour le transport public: une solution utilisant des cartes d'abonnement (m-pass) et une autre à base de tickets électroniques (m-ticketing). Nos solutions préservent la vie privée des utilisateurs tout en respectant les exigences fonctionnelles établies par les opérateurs de transport. À cette fin, nous proposons de nouvelles variantes de signatures de groupe ainsi que la première preuve pratique d’appartenance à un ensemble, à apport nul de connaissance, et qui ne nécessite pas de calculs de couplages du côté du prouveur. Ces améliorations permettent de réduire considérablement le temps d'exécution de ces schémas lorsqu’ils sont implémentés dans des environnements contraints par exemple sur carte à puce. Nous avons développé les protocoles de m-passe et de m-ticketing dans une carte SIM standard : la validation d'un ticket ou d'un m-pass s'effectue en moins de 300ms et ce tout en utilisant des tailles de clés adéquates. Nos solutions fonctionnent également lorsque le mobile est éteint ou lorsque sa batterie est déchargée. Si les applications s'exécutent dans un TEE, nous introduisons un nouveau protocole de migration de données privées, d'un TEE à un autre, qui assure la confidentialité et l'intégrité de ces données. Notre protocole est fondé sur l’utilisation d’un schéma de proxy de rechiffrement ainsi que sur un nouveau modèle d’architecture du TEE. Enfin, nous prouvons formellement la sécurité de nos protocoles soit dans le modèle calculatoire pour les protocoles de m-pass et de ticketing soit dans le modèle symbolique pour le protocole de migration de données entre TEE. / The increasing number of worldwide mobile platforms and the emergence of new technologies such as the NFC (Near Field Communication) lead to a growing tendency to build a user's life depending on mobile phones. This context brings also new security and privacy challenges. In this thesis, we pay further attention to privacy issues in NFC services as well as the security of the mobile applications private data and credentials namely in Trusted Execution Environments (TEE). We first provide two solutions for public transport use case: an m-pass (transport subscription card) and a m-ticketing validation protocols. Our solutions ensure users' privacy while respecting functional requirements of transport operators. To this end, we propose new variants of group signatures and the first practical set-membership proof that do not require pairing computations at the prover's side. These novelties significantly reduce the execution time of such schemes when implemented in resource constrained environments. We implemented the m-pass and m-ticketing protocols in a standard SIM card: the validation phase occurs in less than 300ms whilst using strong security parameters. Our solutions also work even when the mobile is switched off or the battery is flat. When these applications are implemented in TEE, we introduce a new TEE migration protocol that ensures the privacy and integrity of the TEE credentials and user's private data. We construct our protocol based on a proxy re-encryption scheme and a new TEE model. Finally, we formally prove the security of our protocols using either game-based experiments in the random oracle model or automated model checker of security protocols.