L’avènement de l’ère digitale a changé la façon dont les individus communiquent à travers le monde, et a amené de nouvelles problématiques en terme de vie privée. La notion d’anonymat la plus répandue pour les communications sur Internet consiste à empêcher tout acteur du réseau de connaître à la fois l’expéditeur d’un message et son destinataire. Bien que ce niveau de protection soit adéquat pour l’utilisateur d’Internet moyen, il est insuffisant lorsqu’un individu peut être condamné pour le simple envoi de documents à une tierce partie. C’est le cas en particulier des lanceurs d’alerte, prenant des risques personnels pour informer le public de pratiques illégales ou antidémocratiques menées par de grandes organisations. Dans cette thèse, nous envisageons un niveau d’anonymat plus fort, où l’objectif est de dissimuler le fait même qu’un utilisateur envoie ou reçoive des données. Pour cela, nous délaissons l’architecture client-serveur couramment utilisée dans les réseaux anonymes, en faveur d’une architecture entièrement distribuée et homogène, où chaque utilisateur remplit également le rôle de serveur relai, lui permettant de dissimuler son propre trafic dans celui qu’il relai pour les autres. Dans cette optique, nous proposons un nouveau protocole pour les communications pairs à pairs sur Internet. À l’aide de récents outils de preuves cryptographiques, nous prouvons que ce protocole réalise les propriétés d’anonymat désirées. De plus, nous montrons par une étude pratique que, bien que le protocole induise une grande latence dans les communications, il assure un fort anonymat, même pour des réseaux de petite taille. / With the development of online communications in the past decades, new privacy concerns have emerged. A lot of research effort have been focusing on concealing relationships in Internet communications. However, most works do not prevent particular network actors from learning the original sender or the intended receiver of a communication. While this level of privacy is satisfactory for the common citizen, it is insufficient in contexts where individuals can be convicted for the mere sending of documents to a third party. This is the case for so-called whistle-blowers, who take personal risks to alert the public of anti-democratic or illegal actions performed by large organisations. In this thesis, we consider a stronger notion of anonymity for peer-to-peer communications on the Internet, and aim at concealing the very fact that users take part in communications. To this end, we deviate from the traditional client-server architecture endorsed by most existing anonymous networks, in favor of a homogeneous, fully distributed architecture in which every user also acts as a relay server, allowing it to conceal its own traffic in the traffic it relays for others. In this setting, we design an Internet overlay inspired from previous works, that also proposes new privacy-enhancing mechanisms, such as the use of relationship pseudonyms for managing identities. We formally prove with state-of-the-art cryptographic proof frameworks that this protocol achieves our privacy goals. Furthermore, a practical study of the protocol shows that it introduces high latency in the delivery of messages, but ensures a high anonymity level even for networks of small size.

Cette thèse aborde différents aspects de la cryptologie, subsumant des champs aussi variés que la conception de protocoles, l’amélioration d’outils algorithmiques et les attaques. Les deux principales focales de cette étude sont : un protocole de co-signature prouvé irréfragable et un système de chiffrement authentifié à sécurité prouvée. Notre protocole de co-signature permet l’équité légale. L’équité légale est une nouvelle variante de la notion d’équité, ne reposant pas sur des tiers. Notre instanciation d’équité légale est construite à l’aide des signatures de Schnorr. Nous présenterons également un protocole d’authentification distribué de type Fiat-Shamir. La deuxième partie de cette thèse est consacrée aux améliorations algorithmiques. Nous introduisons une méthode permettant de doubler la vitesse de l’algorithme de Barrett en utilisant des modules composites spécifiques et un nouvel algorithme de multiplication à retour sur trace, particulièrement adapté aux microprocesseurs bon marché. Nous nous intéresserons ensuite à la sécurité des composants en étudiant la régulation du débit des correcteurs de von Neumann et les attaques en fautes sur des implémentations de cryptographie à courbes elliptiques. Enfin, un des actes novatoires incidents notre travail sera d’adapter aux codes correcteurs d’erreurs deux techniques empruntées à la cryptographie : un premier résultat améliore l’efficacité calculatoire des codes BCH grâce à une version de l’algorithme de Barrett étendue aux polynômes. Le second est un nouveau code correcteur d’erreurs basé sur la théorie des nombres. / This thesis addresses various topics in cryptology, namely protocol design, algorithmic improvements and attacks. In addition, we venture out of cryptography and propose two new applications of cryptographic techniques to error correcting codes. Our main results comprise a provably secure co-signature protocol and a provably secure authenticated encryption scheme. Our co-signature protocol achieves legal fairness, a novel fairness variant that does not rely on third parties. Legal fairness is implemented using Schnorr signatures. We also present a distributed Fiat-Shamir authentication protocol. The second part of the thesis is devoted to computational improvements, we discuss a method for doubling the speed of Barrett’s algorithm by using specific composite moduli, devise new BCH speed-up strategies using polynomial extensions of Barrett’s algorithm, describe a new backtracking-based multiplication algorithm suited for lightweight microprocessors and present a new number theoretic error-correcting code. Fault injection attacks are further overviewed and a new fault attack on ECC implementations is proposed.

L'apparition de nouvelles technologies comme l'informatique en nuages (cloud computing) offre de nouvelles opportunités de traitement de l'information. Par exemple, il est désormais facile de stocker ses photos ou vidéos personnelles sur des serveurs distants. Il est également possible de partager ces contenus à travers ces mêmes serveurs, ou encore via les réseaux sociaux ou les plateformes de téléchargement. Cependant, ces données personnelles sont bien souvent accessibles par le fournisseur de service, essentiellement pour des raisons pratiques : par exemple adapter une vidéo pour qu'elle s'affiche au bon format quel que soit l'appareil utilisé pour la visionner, permettre le partage de ses contenus avec d’autres personnes, etc. Cela soulève cependant un problème de confidentialité de ces données personnelles, et de confiance dans le fournisseur du service. La cryptographie classique apporte des solutions à ce problème, mais soulève malheureusement celui de la maniabilité des données : il devient par exemple impossible d'adapter un contenu vidéo au bon format d'affichage puisque le fournisseur ne peut plus « voir » la vidéo. Une solution alternative réside toutefois dans le chiffrement homomorphe. Cet outil un peu magique de la cryptographie avancée apporte la même sécurité que les algorithmes de cryptographie classique, mais permet de plus de manipuler les données tout en conservant leur forme chiffrée. Il offre ainsi une nouvelle perspective pour les fournisseurs puisque ceux-ci peuvent continuer à traiter l'information sans être capable de la voir, et donc sans atteinte à la vie privée de leurs utilisateurs, se conformant ainsi au nouveau Règlement Général sur la Protection des Données (RGPD). Bien que le chiffrement homomorphe soit très souvent considéré comme insuffisamment mature, du fait de sa complexité algorithmique, cette thèse cherche à montrer son caractère prometteur, en s'intéressant à son usage pour le traitement d'images et de vidéos chiffrées à la source. Nous regardons ainsi les différents algorithmes qui constituent un encodeur d'image/vidéo (JPEG/H264 et HEVC) et les transformons en des circuits qui sont manipulables par des systèmes de chiffrement homomorphes. Nous proposons ainsi dans cette thèse le tout premier pipeline de compression d'images de type JPEG ("homomorphic-JPEG") sur des pixels qui sont chiffrés de bout-en-bout. Pour optimiser la gestion des données ainsi protégées, nous proposons également de nouveaux outils applicables à tous les schémas de chiffrement homomorphe sur les réseaux idéaux. Notre approche permet de maximiser le nombre de slots dans un chiffré et introduit de nouvelles fonctions pour manipuler ces différents slots de manière indépendante les uns des autres. Ces travaux de thèse ont abouti à la publication de deux articles dans des conférences internationales ainsi qu’à la soumission d'un article supplémentaire. / The emergence of new technologies like cloud computing brings new opportunities in information processing. For example it is easy today to send our personal pictures or videos to a remote server (Google Drive, OneDrive …). We can also share this content among the same servers or via social networks and streaming services. However, this personal data is often also available to the service provider, mainly for practical reasons e.g. to configure a video to have the right format regardless of the displayer (smartphone or computer), to share our data with other people, etc. This raises issues of privacy and trust into the service provider. Classical cryptography brings some answers to this kind of issues, yet leaving the problem of handling the encrypted data: e.g., it becomes impossible to reconfigure a video because the provider can no longer “see” it. An alternative solution is “homomorphic encryption”. It is a powerful tool of advanced cryptography which provides the same security as classical cryptography algorithms, but it still allows us to manipulate ciphertexts such their underlying plaintexts are modified. Consequently, it offers a new perspective to service providers since they can continue to process their clients’information without knowing what it contains. This allows them to provide privacy-preserving services and comply with the new General Data Protection Regulation (GDPR). Although it is considered that homomorphic encryption does not have enough maturity due to its large algorithmic complexity, in this thesis, we are trying to show its potential by using it in the context of image and video processing over the encrypted data. In this context, we look at the different algorithms in an image/video encoder (JPEG/H264 and HEVC) and transform them to circuits which can be manipulated by homomorphic encryption schemes. Our main contribution is to propose the first pipeline for an image compression of type JPEG (homomorphic-JPEG) running on end-to-end encrypted pixels. To optimize the management of the encrypted data, we also propose new tools applicable to existing homomorphic encryption schemes over the ring version of lattices. Our approach allows us to maximize the number of slots in some ciphertext and we introduce new functions allowing to handle these slots independently in the encrypted domain. This thesis work also lead to two publications to international conferences as well as the submission of an additional article.

Les travaux exposés dans cette thèse se situent à l’interface des mathématiques discrètes, des corps finis et de la cryptographie symétrique.Les 'boîtes-S’ sont des fonctions non-linéaires de petites tailles qui constituent souvent la partie de confusion, indispensable, des chiffrements par blocs ou des fonctions de hachages.Dans la première partie de cette thèse, nous nous intéressons à la construction de boîtes-S bijectives résistantes aux attaques différentielle. Nous étudions l’inverse pour la composition des monômes de permutations optimaux vis-à-vis du critère différentiel. Nous explorons ensuite des classes spécifiques de polynômes creux. Enfin, nous construisons des boîtes-S à partir de leurs dérivées discrètes.Dans la deuxième partie, nous portons notre attention sur la cryptanalyse différentielle impossible. Cette cryptanalyse à clairs choisis très performante pour attaquer des chiffrements par blocs itératifs, exploite la connaissance d’une différentielle de probabilité zéro pour écarter les clés candidates. Elle est très technique, et de nombreuses erreurs ont été repérées dans des travaux passés, invalidant certaines attaques. Le but de ces travaux est de formaliser et d’automatiser l’évaluation des complexités d’une telle attaque afin d’unifier et d’optimiser les résultats obtenus. Nous proposons aussi de nouvelles techniques réduisant les complexités cette cryptanalyse. Nous démontrons enfin l’efficacité de notre approche en fournissant les meilleures cryptanalyses différentielles impossibles contre les chiffrements CLEFIA, Camellia, LBlock et Simon. / The work I have carried out in this thesis lie between discrete mathematics, finite fields theory and symmetric cryptography. In block ciphers, as well as in hash functions, SBoxes are small non-linear and necessary functions working as confusion layer.In the first part of this document, we are interesting in the design of bijective SBoxes that have the best resistance to differential attacks. We study the compositional inverse of the so-called Almost Perfect Nonlinear power functions. Then, we extensively study a class of sparse permutation polynomials with low differential uniformity. Finally, we build functions, over finite fields, from their discrete derivatives.In the second part, we realize an automatic study of a certain class of differential attacks: impossible differential cryptanalysis. This known plaintexts attack has been shown to be very efficient against iterative block ciphers. It exploits the knowledge of a differential with probability zero to occur. However this cryptanalysis is very technical and many flaws have been discovered, thus invalidating many attacks realized in the past. Our goal is to formalize, to improve and to automatize the complexity evaluation in order to optimize the results one can obtain. We also propose new techniques that aims at reducing necessary data and time complexities. We finally prove the efficiency of our method by providing some of the best impossible differential cryptanalysis against Feistel oriented block ciphers CLEFIA, Camellia, LBlock and Simon.

Cette thèse traite du domaine de la cryptographie basée sur des dynamiques chaotiques hybrides.Afin de robustifier la transmission sécurisée de données à l'égard de l'attaque à texte-claire connue, ce travail a été particulièrement axée sur deux directions, l'approche statistique, et l'approche automatique.Les principales contributions de ce travail sont organisées dans ces deux directions.Le choix de la variable mesurée et son influence sur l'émetteur d'un message secret et la possibilité de récupérer la dynamique à la réception.Ceci a été étudié dans le contexte des systèmes chaotiques discrets et continus.L'indépendance statistique des variables d'état des systèmes chaotiques est étudié en relation avec la non-corrélation spatiale de ces états.Ainsi une méthode pour cacher le message secret en fonction de l'évolution de l'émetteur chaotique, et ceci avant son inclusion dans cette dynamique, est proposée.La faisabilité d'un système retardée hybride qui est utilisée pour la transmission sécurisée des données est analysée dans une mise en œuvre analogique.Des simulations et les analyses des résultats obtenus sont faits, afin de prouver l'efficacité des études et des méthodes proposées.La thèse est organisée comme suit: le Chapitre I reprend les notions théoriques et les algorithmes utilisés pour atteindre l'objectif de ce travail.Le chapitre II est consacré à l'étude des exposants de Lyapunov.Les systèmes chaotiques utilisés dans le présent document sont ensuite décrits.Le chapitre III présente une étude de certaines propriétés structurales des systèmes du chapitre II.L'étude se concentre sur le calcul des indices d'observabilité et la détermination des hypersurfaces de la singularité d'observabilité.Le chapitre IV analyse l'indépendance statistique dans le contexte des systèmes chaotiques considérés:la taille de la distance d'échantillonnage (combien d'itérations ou de manière équivalente, combien de temps) pour assurer l'indépendance statistique entre les variables extraites des systèmes chaotiques.Un test original pour l'indépendance statistique (le test Badea-Vlad) a été utilisée; la procédure est applicable à tous les types de variables aléatoires continues, même reparties selon une loi de probabilité inconnue au besoin ici.Le chapitre V illustre le point de vue physique. Le temps transitoire correspond au temps passé par le système chaotique dans le bassin d'attraction avant de rejoindre l'attracteur étrange.De même il est important de savoir après combien de temps les points localisés dans une certaine région de l'attracteur étrange devient non-corrélés.Dans le chapitre VI, sachant l'identifiabilité des paramètres des systèmes chaotiques décrits par des équations polynomiales, une amélioration des inclusions du message dans ce type de cryptographie, est proposé.Le message clair est chiffré en utilisant une substitution classique avec boîtes de transposition, avant son inclusion dans l'émetteur chaotique.Les résultats de l'algorithme proposé sont évalués sur le texte et sur l'image.Le chapitre VII pose quelques questions, et essaie de trouver quelques-unes des réponses à ces questions, dans le cadre du schéma hybride.Comme par exemple, est-il possible de récupérer le message secret en utilisant un observateur, lorsque la dynamique qui lui inclut est retardée?La réponse est positive, et cela est montrée dans le cas d'une transmission intégrale de la sortie du système.Il est important de mentionner que ce travail est pluridisciplinaire, allant de la théorie du contrôle aux statistiques en passant par les domaines de l'électronique, de la mathématique et de l'informatique. / This Thesis deals with the domain of cryptography based on hybrid chaotic dynamics.In order to increase the robustness of the security in data transmission with respect to known text attack, this work was particularly focused on two directions: the statistical approach and the automation control.The main contributions of this work are organized in the mentioned two directions.The choice of the measured variable and its influence on the transmitter of plain messages, alongside the possibility to recover the dynamics at the reception.These are studied in the context of discrete and continuous-time chaotic systems.Statistical independence of the state variables of chaotic systems is investigated in relation with the spatial non-correlation of the states.A method of hiding the secret message, depending on the evolution of the chaotic transmitter and prior to its inclusion in this dynamics is proposed.The feasibility of a delayed time hybrid scheme that is used for secure data transmission is shown in an analog implementation.Simulations and analysis of the obtained results are done in order to prove the efficiency of the proposed studies and methods.The Thesis is organized as follows: Chapter I resumes theoretical notions and algorithms used to achieve the goal of this work.Chapter II is dedicated to the study of the Lyapunov exponents. The chaotic systems used in this report are described.Chapter III presents a study of some structural properties of the chaotic systems from Chapter II.The investigation is focused on the calculation of the observability indexes and the determination of the manifolds of observability singularity.Chapter IV analyses the statistical independence in the context of the considered chaotic systems:how large should be the sampling distance (how many iterations or, equivalently, time) to ensure statical independence between variables extracted from the chaotic systems.An original test for statistical independence (the Badea-Vlad test) was used; the procedure is applicable to all kind of continuous random variables, even of unknown probability law as needed here.Chapter V illustrates the physical point of view.The transient time corresponds to the time spent by the chaotic system in the basin of attraction before rejoining the strange attractor.It is also important to know after how long the points localized in a certain region of the strange attractor become uncorrelated.In Chapter VI, knowing the identifiability of the parameters of chaotic systems described by polynomial equations, an improvement of the inclusion of messages in this type of enciphering is proposed.The plain-message is enciphered using classical substitution and transposition boxes, prior to its inclusion in the chaotic transmitter.The results of the proposed algorithm are evaluated on text and image.Chapter VII rises some questions, and tries to find some answers to these questions, in the context of hybrid dynamical schemes.As for example if it is possible to recover the secret message by using an observer, when the dynamics that includes it is time-delayed.The answer is positive and this is shown in the case of a full transmission of the output of the system.It is important to mention that this work is multidisciplinary, starting from control theory and going to the statistical methods through the fields of electronics, mathematics and computing.

La sécurité est un problème important dans la transmission et le stockage de l'image, tandis que le cryptage est un moyen d'assurer la sécurité qui est requise dans de nombreuses applications (télévision par câble, la communication d'images militaires, systèmes d'imagerie confidentielle, etc.). Toutefois, à l'instar du message texte, les données images présentent des caractéristiques spéciales telles que la haute capacité, la redondance et la haute corrélation entre les pixels, et nécessite souvent une transmission et des traitements temps réel pour certaines applications. Construire un système rapide et efficace de cryptographie d'images suscite un intérêt considérable. C'est dans ce contexte qu’ont été menés ces travaux thèse qui portent sur l’élaboration d’un corrélateur optique en termes de cryptage/décryptage des données pour son implémentation dans un montage optique innovant. L’objectif de ces travaux est de réaliser un système optique de chiffrement sur la base d'exploitation de transformation optique et de générateurs chaotiques. L'idée originale des travaux consiste à exploiter la non-linéarité des systèmes chaotiques comme clés de chiffrement pour les systèmes optiques de chiffrement d'images multispectrales. Dans ces travaux de thèse, nous avons proposés et évalués plusieurs chiffrements d'images à base d’un système hyperchaotique et de transformées optiques (gyrator, Fourier, Baker , Arnold et Gerchberg- Saxton) à partir d’un processus de cryptage reposant sur une décomposition composants RVB et un encodage dans un flux dimensionnel d’images couleurs. L'originalité des solutions de chiffrement adoptée reposent sur l'exploitation de signaux réellement aléatoires à travers la mise en œuvre de générateurs hyperchaotiques pour la génération de données aléatoires sous forme images comme base de matrices de clés de chiffrement. En effet, ces générateurs présentent des propriétés et des caractéristiques fondamentales en termes de cryptage car il présente une non-linéarité, une imprédictibilité et une extrême sensibilité aux conditions initiales les rendant très intéressantes pour le développement de clés de chiffrement par flot. L’algorithme mis en œuvre permet d'extraire en temps réel les caractéristiques de texture dans les différentes bandes spectrales d'images en vue d’évaluer et de détecter les teneurs potentielles en information et dont les transmissions doivent être sécurisée via une transmission optique / Optical information security is one of the most important research directions in information science and technology, especially in the field of copyright protection, confidential information transmission/storage and military remote sensing. Since double random phase encoding technology (DRPE) was proposed, optical image encryption technology has become the main topic of optical information security and it has been developed and studied deeply. Optical encryption techniques offer the possibility of high-speed parallel processing of two dimension image data and hiding information in many different dimensions. In this context, much significant research and investigation on optical image encryption have been presented based on DRPE or further optical operation, such as digital holography, Fresnel transform, gyrator transform. Simultaneously, the encrypted image has been extended from single gray image to double image, color image and multi-image. However, the hyperspectral image, as a significant element in military and commercial remote sensing, has not been deeply researched in optical encryption area until now. This work extends the optical encryption technology from color image to hyperspectral image. For better comprehension of hyperspectral image encryption, this work begins with the introduction and analysis of the characteristics of hyperspectral cube. Subsequently, several kinds of encryption schemes for color image, including symmetric and asymmetric cryptosystem, are presented individually. Furthermore, the optical encryption algorithms for hyperspectral cube are designed for securing both the spatial and spectral information simultaneously. Some numerical simulations are given to validate the performance of the proposed encryption schemes. The corresponding attack experiment results demonstrate the capability and robustness of the approaches designed in this work. The research in this dissertation provides reference for the further practicality of hyperspectral image encryption

La cryptographie à base de réseaux euclidiens a généré un vif intérêt durant les deux dernièresdécennies grâce à des propriétés intéressantes, incluant une conjecture de résistance àl’ordinateur quantique, de fortes garanties de sécurité provenant d’hypothèses de difficulté sur lepire cas et la construction de schémas de chiffrement pleinement homomorphes. Cela dit, bienqu’elle soit cruciale à bon nombre de schémas à base de réseaux euclidiens, la génération debruit gaussien reste peu étudiée et continue de limiter l’efficacité de cette cryptographie nouvelle.Cette thèse s’attelle dans un premier temps à améliorer l’efficacité des générateurs de bruitgaussien pour les signatures hache-puis-signe à base de réseaux euclidiens. Nous proposons unnouvel algorithme non-centré, avec un compromis temps-mémoire flexible, aussi rapide que savariante centrée pour des tables pré-calculées de tailles acceptables en pratique. Nousemployons également la divergence de Rényi afin de réduire la précision nécessaire à la doubleprécision standard. Notre second propos tient à construire Falcon, un nouveau schéma designature hache-puis-signe, basé sur la méthode théorique de Gentry, Peikert et Vaikuntanathanpour les signatures à base de réseaux euclidiens. Nous instancions cette méthode sur les réseauxNTRU avec un nouvel algorithme de génération de trappes. / Lattice-based cryptography has generated considerable interest in the last two decades due toattractive features, including conjectured security against quantum attacks, strong securityguarantees from worst-case hardness assumptions and constructions of fully homomorphicencryption schemes. On the other hand, even though it is a crucial part of many lattice-basedschemes, Gaussian sampling is still lagging and continues to limit the effectiveness of this newcryptography. The first goal of this thesis is to improve the efficiency of Gaussian sampling forlattice-based hash-and-sign signature schemes. We propose a non-centered algorithm, with aflexible time-memory tradeoff, as fast as its centered variant for practicable size of precomputedtables. We also use the Rényi divergence to bound the precision requirement to the standarddouble precision. Our second objective is to construct Falcon, a new hash-and-sign signaturescheme, based on the theoretical framework of Gentry, Peikert and Vaikuntanathan for latticebasedsignatures. We instantiate that framework over NTRU lattices with a new trapdoor sampler.

Un service du nuage peut employer des techniques de sécurités pour assurer la sécurité de l’information. Ces techniques protègent une donnée personnelle en la rendant inintelligible pour toutes personnes autres que l’utilisateur du service. En contrepartie, certaines fonctionnalités ne peuvent plus être implémentées. Par exemple, la technique du chiffrement symétrique rend les données inintelligibles, mais empêche le calcul sur ces données.Cette thèse avance qu’un service du nuage doit composer les techniques pour assurer la sécurité de l’information sans perdre de fonctionnalités. Elle se base sur l’étude de la composition de trois techniques qui sont le chiffrement, la fragmentation verticale et les calculs côté client. Cette étude montre que la composition sécurise sans perdre de fonctionnalités, mais complexifie l’écriture du service. La thèse propose alors un nouveau langage pour l’écriture de services du nuage qui assurent la sécurité des données personnelles par compositions des techniques de sécurité.Ce langage est muni de lois algébriques pour dériver,systématiquement, un service local sans protection vers son équivalent sécurisé du nuage. Le langage est implémenté en Idris et profite de son système de type expressif pour vérifier la composition correcte des techniques de cryptographie. Dans le même temps, un encodage traduit le langage en ProVerif, un vérificateur de modèle pour l’analyse automatique des propriétés de sécurité sur les protocoles cryptographiques. Cette traduction vérifie alors la sécurité des données personnelles dans le service. / A cloud service can use security techniques to ensure information privacy. These techniques protect privacy by converting the client’s personal data into unintelligible text. But they can also cause the loss of some functionalities of the service. For instance, a symmetric-key cipher protects privacy by converting readable personal data into unreadable one. However, this causes the loss of computational functionalities on this data.This thesis claims that a cloud service has to compose security techniques to ensure information privacy without the loss of functionalities. This claim is based on the study of the composition of three techniques: symmetric cipher, vertical data fragmentation and client-side computation. This study shows that the composition makes the service privacy preserving, but makes its formulation overwhelming. In response, the thesis offers a new language for the writing of cloud services that enforces information privacy using the composition of security techniques. This language comes with a set of algebraic laws to systematically transform a local service without protection into its cloud equivalent protected by composition. An Idris implementation harnesses the Idris expressive type system to ensure the correct composition of security techniques. Furthermore, an encoding translates the language intoProVerif, a model checker for automated reasoning about the security properties found in cryptographic protocols. This translation checks that the service preserves the privacy of its client.

De nos jours, les vidéos et les images sont devenues un moyen de communication très important. L'acquisition, la transmission, l'archivage et la visualisation de ces données visuelles, que ce soit à titre professionnel ou privé, augmentent de manière exponentielle. En conséquence, la confidentialité de ces contenus est devenue un problème majeur. Pour répondre à ce problème, le chiffrement sélectif est une solution qui assure la confidentialité visuelle des données en ne chiffrant qu'une partie des données. Le chiffrement sélectif permet de conserver le débit initial et de rester conforme aux standards vidéo. Ces travaux de thèse proposent plusieurs méthodes de chiffrement sélectif pour le standard vidéo H.264/AVC. Des méthodes de réduction du chiffrement sélectif grâce à l'architecture du standard H.264/AVC sont étudiées afin de trouver le ratio de chiffrement minimum mais suffisant pour assurer la confidentialité visuelle des données. Les mesures de qualité objectives sont utilisées pour évaluer la confidentialité visuelle des vidéos chiffrées. De plus, une nouvelle mesure de qualité est proposée pour analyser le scintillement des vidéos au cours du temps. Enfin, une méthode de chiffrement sélectif réduit régulé par des mesures de qualité est étudiée afin d'adapter le chiffrement en fonction de la confidentialité visuelle fixée. / Nowadays, videos and images are major sources of communication for professional or personal purposes. Their number grow exponentially and the confidentiality of the content has become a major problem for their acquisition, transmission, storage, and display. In order to solve this problem, selective encryption is a solution which provides visual privacy by encrypting only a part of the data. Selective encryption preserves the initial bit-rate and maintains compliance with the syntax of the standard video. This Ph.D thesis offers several methods of selective encryption for H.264/AVC video standard. Reduced selective encryption methods, based on the H.264/AVC architecture, are studied in order to find the minimum ratio of encryption but sufficient to ensure visual privacy. Objective quality measures are used to assess the visual privacy of encrypted videos. In addition, a new quality measure is proposed to analyze the video flicker over time. Finally, a method for a reduced selective encryption regulated by quality measures is studied to adapt the encryption depending on the visual privacy fixed.

Cette thèse se situe dans le cadre de l'analyse symbolique des protocoles Les contributions sont représentées par l'obtention de résultats de décidabilité et de transfert dans les directions suivantes qui sont des thèmes majeurs en vérification des protocoles :<ul><li>traitement des primitives cryptographiques : chiffrement CBC, signatures en aveugle;</li><li>propriétés de sécurité : secret fort, existence de cycles de clefs;</li><li>approches pour la sécurité : construction de protocoles sûrs.</li></ul>Ainsi, nous avons montré la décidabilité (d'une part) de l'existence de cycles de clefs et (d'autre part) du secret pour des protocoles utilisant le mode de chiffrement CBC ou des signatures en aveugle. Nous avons aussi transféré la sécurité des protocoles d'un cadre faible vers un cadre plus fort dans les sens suivants. D'une part, nous avons montré qu'une propriété de secret faible implique sous certaines hypothèses une propriété de secret plus forte. D'une autre part, nous avons construit des protocoles sûrs à partir de protocoles ayant des propriétés plus faibles.