Sécurité physique de la cryptographie sur courbes elliptiques

Physical security of elliptic curve cryptography

• Auteur / Autrice : Cédric Murdica
• Direction : Philippe Hoogvorst, David Naccache
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et communications
• Date : Soutenance le 13/02/2014
• Etablissement(s) : Paris, ENST
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Alain Fouque
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Nguyen, Jean-Jacques Quisquater
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Sébastien Coron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Courbes elliptiques

Protection de l'information (informatique)

Cryptographie

Mots clés libres

Sécurité physique

Attaques en fautes

ECC

Physical security

Attacks faults

Elliptic curve cryptography

Résumé

La Cryptographie sur les Courbes Elliptiques (abréviée ECC de l'anglais Elliptic Curve Cryptography) est devenue très importante dans les cartes à puces car elle présente de meilleures performances en temps et en mémoire comparée à d'autres cryptosystèmes asymétriques comme RSA. ECC est présumé incassable dans le modèle dit « Boite Noire », où le cryptanalyste a uniquement accès aux entrées et aux sorties. Cependant, ce n'est pas suffisant si le cryptosystème est embarqué dans un appareil qui est physiquement accessible à de potentiels attaquants. En plus des entrés et des sorties, l'attaquant peut étudier le comportement physique de l'appareil. Ce nouveau type de cryptanalyse est appelé cryptanalyse physique. Cette thèse porte sur les attaques physiques sur ECC. La première partie fournit les pré-requis sur ECC. Du niveau le plus bas au plus élevé, ECC nécessite les outils suivants : l'arithmétique sur les corps finis, l'arithmétique sur courbes elliptiques, la multiplication scalaire sur courbes elliptiques et enfin les protocoles cryptographiques. La deuxième partie expose un état de l'art des différentes attaques physiques et contremesures sur ECC. Pour chaque attaque, nous donnons le contexte dans lequel elle est applicable. Pour chaque contremesure, nous estimons son coût en temps et en mémoire. Nous proposons de nouvelles attaques et de nouvelles contremesures. Ensuite, nous donnons une synthèse claire des attaques suivant le contexte. Cette synthèse est utile pendant la tâche du choix des contremesures. Enfin, une synthèse claire de l'efficacité de chaque contremesure sur les attaques est donnée.

Elliptic Curve Cryptography (ECC) has gained much importance in smart cards because of its higher speed and lower memory needs compared with other asymmetric cryptosystems such as RSA. ECC is believed to be unbreakable in the black box model, where the cryptanalyst has access to inputs and outputs only. However, it is not enough if the cryptosystem is embedded on a device that is physically accessible to potential attackers. In addition to inputs and outputs, the attacker can study the physical behaviour of the device. This new kind of cryptanalysis is called Physical Cryptanalysis. This thesis focuses on physical cryptanalysis of ECC. The first part gives the background on ECC. From the lowest to the highest level, ECC involves a hierarchy of tools: Finite Field Arithmetic, Elliptic Curve Arithmetic, Elliptic Curve Scalar Multiplication and Cryptographie Protocol. The second part exhibits a state-of-the-art of the different physical attacks and countermeasures on ECC.For each attack, the context on which it can be applied is given while, for each countermeasure, we estimate the lime and memory cost. We propose new attacks and new countermeasures. We then give a clear synthesis of the attacks depending on the context. This is useful during the task of selecting the countermeasures. Finally, we give a clear synthesis of the efficiency of each countermeasure against the attacks.