Dans cette thèse, nous nous intéressons à la sécurité de générateurs pseudo-aléatoires et d'implémentations de schémas de signature. Concernant les schémas de signature, nous proposons, dans le cas d'une implémentation répandue de RSA, différentes attaques par injection de faute effectives quelque soit l'encodage du message. Nous présentons par ailleurs une contre-mesure infective prouvée sûre pour protéger le schéma RSA--PSS contre un certain nombre de fautes non aléatoires. Nous étudions également le schéma ECDSA couplé aux techniques d'accélération GLV/GLS. En fonction des implémentations, nous prouvons soit la bonne distribution du nonce utilisé, soit qu'il présente un biais permettant une attaque. Enfin, nous élaborons un outil qui recherche automatiquement des attaques par faute à partir d'une implémentation et d'une politique de faute, outil appliqué avec succès sur des implémentations de RSA et de ECDSA. Concernant les générateurs pseudo-aléatoires algébriques, nous étudions les générateurs non-linéaires et améliorons certaines attaques en diminuant l'information donnée à l'adversaire. Nous nous intéressons également à la sécurité du générateur Micali-Schnorr à travers quelques attaques et une étude statistique de son hypothèse de sécurité. Finalement nous proposons une cryptanalyse de tout schéma à clé publique basé sur la factorisation ou le logarithme discret dont la clé secrète est générée à partir d'un générateur linéaire. / In this thesis, we are interested in the security of pseudorandom number generators and of implementations of signature schemes. Regarding the signature schemes, we propose, in the case of a widespread implementation of RSA, various fault attacks which apply to any padding function. In addition we present a proven secure infective countermeasure to protect the RSA--PSS scheme against some non-random faults. Furthermore we study the ECDSA scheme coupled with the GLV/GLS speed-up techniques. Depending on the implementations, we prove either the good distribution of the used nonce, or that it has a bias, thereby enabling an attack. Finally we develop a tool for automatically finding fault attacks given an implementation and a fault policy, which is successfully applied to some RSA and ECDSA implementations. Regarding pseudorandom number generators, we study the nonlinear ones and improve some attacks by reducing the information available to the adversary. We also are interested in the security of the Micali-Schnorr generator through various attacks and a statistical study of its security assumption. Finally we propose a cryptanalysis of any public-key scheme based on the factorization or the discrete logarithm when the secret key is generated using a linear generator.

Dans le chapitre 1, nous présentons les congruences linéaires simples et les tests de qualité des nombres pseudo-aléatoires (n.p.a.) congruentiels. L'accent est mis sur le test des treillis, le test spectral et le test sériel. Le test sériel est base sur l'estimation de la discrépance des vecteurs de n.p.a. Partant de cette estimation, on introduit une quantité appelée figure de mérite. Celle-ci nous permet de rechercher, pour m et b fixes, des multiplicateurs a tels que deux termes successifs de la suite (a,b,m,x#0) soient statistiquement indépendants. Nous débutons le chapitre 2 par l'étude des longueurs de cycle et du transitoire des suites engendrées par une congruence linéaire multidimensionnelle (c.l.m.). Ensuite, nous décrivons quelques méthodes de transformation de ces suites en suites de n.p.a. Enfin, nous faisons une discussion sur le choix des paramètres d'une c.l.m. Dans le chapitre 3, nous étudions la période d'un générateur vectoriel base sur le modèle de Daykin et une c.l.m. De période maximale, puis nous faisons un aperçu sur les principaux générateurs non linéaires de n.p.a. Le chapitre 4, réservé a la cryptographie, traite du problème du décryptage de l'ordre et du modulo d'une c.l.m

Résumé non disponible / The race to computing power increases every day in the simulation community. A few years ago, scientists have started to harness the computing power of Graphics Processing Units (GPUs) to parallelize their simulations. As with any parallel architecture, not only the simulation model implementation has to be ported to the new parallel platform, but all the tools must be reimplemented as well. In the particular case of stochastic simulations, one of the major element of the implementation is the pseudorandom numbers source. Employing pseudorandom numbers in parallel applications is not a straightforward task, and it has to be done with caution in order not to introduce biases in the results of the simulation. This problematic has been studied since parallel architectures are available and is called pseudorandom stream distribution. While the literature is full of solutions to handle pseudorandom stream distribution on CPU-based parallel platforms, the young GPU programming community cannot display the same experience yet.In this thesis, we study how to correctly distribute pseudorandom streams on GPU. From the existing solutions, we identified a need for good software engineering solutions, coupled to sound theoretical choices in the implementation. We propose a set of guidelines to follow when a PRNG has to be ported to GPU, and put these advice into practice in a software library called ShoveRand. This library is used in a stochastic Polymer Folding model that we have implemented in C++/CUDA. Pseudorandom streams distribution on manycore architectures is also one of our concerns. It resulted in a contribution named TaskLocalRandom, which targets parallel Java applications using pseudorandom numbers and task frameworks.Eventually, we share a reflection on the methods to choose the right parallel platform for a given application. In this way, we propose to automatically build prototypes of the parallel application running on a wide set of architectures. This approach relies on existing software engineering tools from the Java and Scala community, most of them generating OpenCL source code from a high-level abstraction layer.

La cryptographie a été un facteur clé pour permettre la vente de services et du commerce par Internet. Le cloud computing a amplifié cette révolution et est devenu un service très demandé grâce à ses avantages comme : puissance de calcul importante, services à bas coûts, rendement, évolutivité, accessibilité et disponibilité. Parallèlement à la hausse de nouveaux business, des protocoles pour des calculs sécurisés ont aussi émergé. Le but de cette thèse est de contribuer à la sécurité des protocoles d’Internet existants en fournissant une analyse de la source aléatoire de ces protocoles et en introduisant des protocoles mieux adaptés pour les environnements des cloud computing. Nous proposons de nouvelles constructions en améliorant l'efficacité des solutions actuelles afin de les rendre plus accessibles et pratiques. Nous fournissons une analyse de sécurité détaillée pour chaque schéma avec des hypothèses raisonnables. Nous étudions la sécurité du cloud computing à différents niveaux. D'une part, nous formalisons un cadre pour analyser quelques-uns des générateurs de nombres pseudo-aléatoires populaires à ce jour qui sont utilisés dans presque chaque application cryptographique. D'autre part, nous proposons deux approches efficaces pour des calculs en cloud. Le premier permet à un utilisateur de partager publiquement son secret de haute entropie avec des serveurs différents pour plus tard le récupérer par interaction avec certains de ces serveurs en utilisant seulement son mot de passe et sans données authentifiées. Le second permet à un client d'externaliser à un serveur une base de données en toute sécurité, qui peut être recherchée et modifiée ultérieurement. / Cryptography has been a key factor in enabling services and products trading over the Internet. Cloud computing has expanded this revolution and it has become a highly demanded service or utility due to the advantages of high computing power, cheap cost of services, high performance, scalability, accessibility as well as availability. Along with the rise of new businesses, protocols for secure computation have as well emerged. The goal of this thesis is to contribute in the direction of securing existing Internet protocols by providing an analysis of the sources of randomness of these protocols and to introduce better protocols for cloud computing environments. We propose new constructions, improving the efficiency of current solutions in order to make them more accessible and practical. We provide a detailed security analysis for each scheme under reasonable assumptions. We study the security in a cloud computing environment in different levels. On one hand, we formalize a framework to study some popular real-life pseudorandom number generators used in almost every cryptographic application. On the other, we propose two efficient applications for cloud computing. The first allows a user to publicly share its high-entropy secret across different servers and to later recover it by interacting with some of these servers using only his password without requiring any authenticated data. The second, allows a client to securely outsource to a server an encrypted database that can be searched and modified later.