Systèmes de cryptocalculs, compilation et support d’exécution

par Simon Fau

Thèse de doctorat en Stic

Sous la direction de Guy Gogniat et de Caroline Fontaine.

Soutenue le 22-03-2016

à Lorient , dans le cadre de École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (COMUE) et de Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Information, de la Communication et de la Connaissance (Lorient) (laboratoire) .

Le jury était composé de Carlos Aguilar Melchor, Renaud Sirdey.

Les rapporteurs étaient Albert Henri Cohen, Philippe Gaborit.


  • Résumé

    Notre approche dans cette thèse était d'identifier où le chiffrement complètement homomorphe (FHE) pouvait être utilisé pour le domaine des sciences informatiques et de construire une plate-forme expérimentale qui nous permette de tester des algorithmes de traitement de l'information manipulant des données chiffrées. La première partie de cette thèse est consacrée à l'état de l'art. Nous présentons d'abord les systèmes de chiffrement homomorphes conçus avant 2008, puis nous présentons ceux adressant la problématique du chiffrement complètement homomorphe. Nous décrivons plusieurs méthodes de chiffrement d'intérêt pour cette thèse et discutons de leurs implémentations FHE. Enfin, nous présentons des circuits de Yao car ils peuvent résoudre des problèmes similaires que le FHE et nous parlons brièvement du chiffrement fonctionnel (FE). La deuxième partie de cette thèse présente nos contributions. Nous commençons par expliquer comment le FHE peut être utile dans divers scénarios et décrivons plusieurs cas d'utilisation pratique identifiés au cours de la thèse. Ensuite, nous décrivons notre approche pour effectuer des calculs sur des données chiffrées à l'aide du FHE et expliquons comment nous avons pu développer une plate-forme pour l'exécution dans le domaine chiffré d'une large gamme d'algorithmes en s'appuyant seulement sur l'addition et la multiplication homomorphes. Nous détaillons ensuite notre solution pour effectuer des requêtes privées sur une base de données chiffrées en utilisant le chiffrement homomorphe. Dans un dernier chapitre, nous présentons nos résultats expérimentaux.

  • Titre traduit

    Cryptocomputing systems, compilation and runtime


  • Résumé

    Our approach in this thesis was to identify where FHE could be used in computer science and to build an experimental platform that allow us to test real-life algorithm running on homomorphically-encrypted data. The first part of this thesis is dedicated to the state of the art. We first present homomorphic encryption schemes designed before 2008 and then move to the Fully Homomorphic Encryption period. We describe several schemes of interest for this thesis and discuss FHE implementations. Finally, we present Yao’s garbled circuits as they can solve similar problems as FHE and briefly talk about Functional Encryption (FE). The second part of this thesis is for our contributions to the subject. We begin by explaining how FHE can be useful in various scenarios and try to provide practical use cases that we identified during the thesis. Then, we describe our approach to perform computations on encrypted data using FHE and explain how we were able to build on just the homomorphic addition and multiplication a platform for the execution in the encrypted domain of a wide range of algorithms. We then detail our solution for performing private queries on an encrypted database using homomorphic encryption. In a final chapter, we present our experimental results.


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