Diverse modules and zero-knowledge

• Auteur / Autrice : Fabrice Ben Hamouda--Guichoux
• Direction : David Pointcheval, Michel Abdalla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 01/07/2016
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mathématiques de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Partenaire de recherche : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École normale supérieure (Paris ; 1985-....). Département d'informatique
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Antoine Joux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Pointcheval
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eike Kiltz, Victor Shoup

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cryptographie

Mots clés libres

Cryptographie

Module

Espace vectoriel

Preuve à divulgation nulle de connaissance

Smooth projective hash function

Hash proof system

Cryptography

Module

Vector space

Zero-Knowledge

Smooth projective hash function

Hash proof sytem

Résumé

Les smooth (ou universal) projective hash functions ont été introduites par Cramer et Shoup, à Eurocrypt'02, comme un outil pour construire des schémas de chiffrement efficaces et sûrs contre les attaques à chiffrés choisis. Depuis, elles ont trouvé de nombreuses applications, notamment pour la construction de schémas d'authentification par mot de passe, d'oblivious transfer, de signatures en blanc, et de preuves à divulgation nulle de connaissance. Elles peuvent êtres vues comme des preuves implicites d'appartenance à certains langages. Un problème important est de caractériser pour quels langages de telles fonctions existent.Dans cette thèse, nous avançons dans la résolution de ce problème en proposant la notion de diverse modules. Un diverse module est une représentation d'un langage, comme un sous-module d'un module plus grand, un module étant un espace vectoriel sur un anneau. À n'importe quel diverse module est associée une smooth projective hash function pour le même langage. Par ailleurs, presque toutes les smooth projective hash functions actuelles sont construites de cette manière.Mais les diverse modules sont aussi intéressants en eux-mêmes. Grâce à leur structure algébrique, nous montrons qu'ils peuvent facilement être combinés pour permettre de nouvelles applications, comme les preuves implicites à divulgation nulle de connaissance (une alternative légère aux preuves non-interactives à divulgation nulle de connaissance), ainsi que des preuves non-interactives à divulgation nulle de connaissance et one-time simulation-sound très efficaces pour les langages linéaires sur les groupes cycliques.

Smooth (or universal) projective hash functions were first introduced by Cramer and Shoup, at Eurocrypt'02, as a tool to construct efficient encryption schemes, indistinguishable under chosen-ciphertext attacks. Since then, they have found many other applications, including password-authenticated key exchange, oblivious transfer, blind signatures, and zero-knowledge arguments. They can be seen as implicit proofs of membership for certain languages. An important question is to characterize which languages they can handle.In this thesis, we make a step forward towards this goal, by introducing diverse modules. A diverse module is a representation of a language, as a submodule of a larger module, where a module is essentially a vector space over a ring. Any diverse module directly yields a smooth projective hash function for the corresponding language, and almost all the known smooth projective hash functions are constructed this way.Diverse modules are also valuable in their own right. Thanks to their algebraic structural properties, we show that they can be easily combined to provide new applications related to zero-knowledge notions, such as implicit zero-knowledge arguments (a lightweight alternative to non-interactive zero-knowledge arguments), and very efficient one-time simulation-sound (quasi-adaptive) non-interactive zero-knowledge arguments for linear languages over cyclic groups.