Dans le cadre du présent travail nous nous sommes d'abord intéressés aux causes de la dissipation d'énergie dans les cricuits intégrés ainsi qu'aux métriques associées à la mesure des performances. Ensuite les technologies utilisées ont été présentées; il s'agit des technologies bidimensionnelle et tridimensionnelle SOI 100nm grille en T. La version tridimensionnelle est composée de deux couches de transistors tel que le type P soit au dessus du type N. Des méthodologies de conception ainsi que des bibliothèques de cellules standard ont dû être développées pour ces technologies. Finalement, des architectures pour l'arithmétique combinatoire faible consommation ont été modélisées, évaluées et dessinées avec des technologies citées précédemment. Les opérations abordées sont l'addition, la multiplication et la division.

L'arithmétique virgule flottante utilisée en machine pour le calcul scientifique introduit des erreurs dans le résultat des opérations. Le calcul sur ordinateur porte en effet sur des opérandes qui possèdent un nombre limité de chiffres significatifs, lesquels ne représenent qu'une approximation de la valeur exacte. Au fur et à mesure du déroulement des programmes, on assiste à une dégradation progressive de la précision des nombres manipulés. Ces accumulations d'erreurs peuvent conduire à des résultas invalides sans que l'utilisateur en soit averti. Parmi les solutions développées pour maîtriser les erreurs du calcul en machine, seule l'utilisation d'une arithmétique exacte conduit à un résultat dont on est sûr qu'il est correct. Malheureusement cette solution est obtenue par logiciel au prix d'un temps de calcul extrêmement long. Une des principales raisons de la lenteur de ce type de logiciel provient du fait qu'ils s'exécutent sur des processeurs qui ne disposent pas d'une arithmétique adaptée au calcul exact. Il faut donc faire une émulation de chaque opération élémentaire de l'arithmétique exacte en faisant appel à des routines logicielles utilisant les instructions disponibles sur le processeur. Cette émulatioan entraîne alors une dégradation des performances de l'arithmétique, et donc des logiciels, utilisés pour le calcul exact. On propose de développer un circuit qui réalisera au niveau matériel toutes les opérations élémentaires de l'arithmétique exacte. L'architecture du circuit sera optimisée pour répondre aux spécificités de cette arithmétique et plus particulièrement pour calculer sur des nombres de grande taille. Afin d'augmenter encore les performances des logiciels, on intègrera en matériel certaines fonctions usuelles du calcul exact.

Ces dernières années, les circuits asynchrones sont apparus comme une solution naturelle aux problèmes de conception des circuits synchrones lies aux technologies submicroniques. En s'affranchissant d'une horloge globale et en utilisant un mécanisme de synchronisation locale, les circuits asynchrones se montrent plus fiables, robustes et modulaires que leurs équivalents synchrones. En plus, l'absence de horloge globale permet d'adresser des contraintes de faible consommation, faible bruit et sécurité. Cependant, l'intérêt croissant dans les circuits asynchrones se heurte au manque actuel de méthodes et outils d'aide à la conception de tels circuits.<br />Dans ce cadre, ce travail de thèse porte sur l'étude de la conception de chemins de données asynchrones QDI (de l'anglais, « quasi-delay insensitive »). Initialement, cette thèse propose et évalue une méthode de comparaison de différentes implémentations des circuits asynchrones. Par la suite, les deux principaux opérateurs arithmétiques sont étudiés : les additionneurs et les multiplieurs. Dans cette étude, plusieurs architectures ont été évaluées et l'impact de différents codages de données ont été examinés. La méthode de comparaison et la génération d'opérateurs arithmétiques ont été automatisées de façon à permettre aux concepteurs de circuits de choisir l'implémentation plus adéquate aux contraintes de conception.<br />L'expertise obtenue par l'étude d'opérateurs arithmétiques a aussi permis de généraliser certaines recommandations à la conception de toutes chemins de données asynchrones. Ces recommandations sont à l'origine d'une méthodologie de conception de chemins de données asynchrones. Les résultats de ce travail enrichissent l'outil de conception qu'aide à combler l'espace entre les concepteurs et les circuits asynchrones.

De nombreux systèmes numériques nécessitent des primitives de cryptographie asymétrique de plus en plus performantes mais aussi robustes aux attaques et peu coûteuses pour les applications embarquées. Dans cette optique, la cryptographie sur courbe hyperelliptique (HECC) a été proposée comme une alternative intéressante aux techniques actuelles du fait de corps finis plus petits. Nous avons étudié des cryptoprocesseurs HECC matériels performants, flexibles et robustes contre certaines attaques physiques. Tout d’abord, nous avons proposé une nouvelle architecture d’opérateurs exécutant, en parallèle, plusieurs multiplications modulaires (A × B) mod P, où P est un premier générique de quelques centaines de bits et configurable dynamiquement. Elle permet le calcul de la grande majorité des opérations nécessaires pour HECC. Nous avons développé un générateur d’opérateurs, distribué en logiciel libre, pour l'exploration de nombreuses variantes de notre architecture. Nos meilleurs opérateurs sont jusqu'à 2 fois plus petits et 2 fois plus rapids que les meilleures solutions de l'état de l'art. Ils sont aussi flexibles quant au choix de P et atteignent les fréquences maximales du FPGA. Dans un second temps, nous avons développé des outils de modélisation et de simulation pour explorer, évaluer et valider différentes architectures matérielles pour la multiplication scalaire dans HECC sur les surfaces de Kummer. Nous avons implanté, validé et évalué les meilleures architectures sur différents FPGA. Elles atteignent des vitesses similaires aux meilleures solutions comparables de l’état de l’art, mais pour des surfaces réduites de moitié. La flexibilité obtenue permet de modifier lors de l'exécution les paramètres des courbes utilisées. / Many digital systems require primitives for asymmetric cryptography that are more and more efficient but also robust to attacks and inexpensive for embedded applications. In this perspective, and thanks to smaller finite fields, hyperelliptic curve cryptography (HECC) has been proposed as an interesting alternative to current techniques. We have studied efficient and flexible hardware HECC cryptoprocessors that are also robust against certain physical attacks. First, we proposed a new operator architecture able to compute, in parallel, several modular multiplications (A × B) mod P, where P is a generic prime of a few hundred bits and configurable at run time. It allows the computation of the vast majority of operations required for HECC. We have developed an operator generator, distributed in free software, for the exploration of many variants of our architecture. Our best operators are up to 2 times smaller and twice as fast as the best state-of-the-art solutions. They are also flexible in the choice of P and reach the maximum frequencies of the FPGA. In a second step, we developed modeling and simulation tools to explore, evaluate and validate different hardware architectures for scalar multiplication in HECC on Kummer surfaces. We have implemented, validated and evaluated the best architectures on various FPGA. They reach speeds similar to the best comparable solutions of the state of the art, but for halved surfaces. The flexibility obtained makes it possible to modify the parameters of the curves used during execution.

La protection des mécanismes cryptographiques constitue un enjeu important lors du développement d'un système d'information car ils permettent d'assurer la sécurisation des données traitées. Les supports utilisés étant à la fois logiciels et matériels, les techniques de protection doivent s'adapter aux différents contextes.Dans le cadre d'une cible logicielle, des moyens légaux peuvent être mis en oeuvre afin de limiter l'exploitation ou les usages. Cependant, il est généralement difficile de faire valoir ses droits et de prouver qu'un acte illicite a été commis. Une alternative consiste à utiliser des moyens techniques, comme l'obscurcissement de code, qui permettent de complexifier les stratégies de rétro-conception en modifiant directement les parties à protéger.Concernant les implantations matérielles, on peut faire face à des attaques passives (observation de propriétés physiques) ou actives, ces dernières étant destructives. Il est possible de mettre en place des contre-mesures mathématiques ou matérielles permettant de réduire la fuite d'information pendant l'exécution de l'algorithme, et ainsi protéger le module face à certaines attaques par canaux cachés.Les travaux présentés dans ce mémoire proposent nos contributions sur ces sujets tes travaux. Nous étudions et présentons les implantations logicielle et matérielle réalisées pour le support de courbes elliptiques sous forme quartique de Jacobi étendue. Ensuite, nous discutons des problématiques liées à la génération de courbes utilisables en cryptographie et nous proposons une adaptation à la forme quartique de Jacobi étendue ainsi que son implantation. Dans une seconde partie, nous abordons la notion d'obscurcissement de code source. Nous détaillons les techniques que nous avons implantées afin de compléter un outil existant ainsi que le module de calcul de complexité qui a été développé. / The protection of cryptographic mechanisms is an important challenge while developing a system of information because they allow to ensure the security of processed data. Since both hardware and software supports are used, the protection techniques have to be adapted depending on the context.For a software target, legal means can be used to limit the exploitation or the use. Nevertheless, it is in general difficult to assert the rights of the owner and prove that an unlawful act had occurred. Another alternative consists in using technical means, such as code obfuscation, which make the reverse engineering strategies more complex, modifying directly the parts that need to be protected.Concerning hardware implementations, the attacks can be passive (observation of physical properties) or active (which are destructive). It is possible to implement mathematical or hardware countermeasures in order to reduce the information leakage during the execution of the code, and thus protect the module against some side channel attacks.In this thesis, we present our contributions on theses subjects. We study and present the software and hardware implementations realised for supporting elliptic curves given in Jacobi Quartic form. Then, we discuss issues linked to the generation of curves which can be used in cryptography, and we propose an adaptation to the Jacobi Quartic form and its implementation. In a second part, we address the notion of code obfuscation. We detail the techniques that we have implemented in order to complete an existing tool, and the complexity module which has been developed.