Contrer l'attaque Simple Power Analysis efficacement dans les applications de la cryptographie asymétrique, algorithmes et implantations

Thwart simple power analysis efficiently in asymmetric cryptographic applications, algorithms and implementations

• Auteur / Autrice : Jean-Marc Robert
• Direction : Bernard Goossens, Christophe Negre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 08/12/2015
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe de recherche Digits, architectures et logiciels informatiques (Perpignan)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Digits- Architectures et Logiciels Informatiques / DALI
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Goossens, Christophe Negre, Arnaud Tisserand, Christophe Clavier, Jean-Claude Bajard, Thomas Plantard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Arnaud Tisserand, Christophe Clavier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Parallélisme (informatique)

Cryptographie à clé publique

Mots clés libres

Cryptographie

Protocole asymétrique

Arithmétique des corps finis

Exponentiation modulaire

Multiplication scalaire de point de courbe elliptique

Opération combinée

Implantation parallèle

Échelle binaire de Montgomery

Cryptography

Asymmetric protocol

Finite field arithmetic

Modular exponentiation

Elliptic curve scalar multiplication

Opération combinée

Parallel implementation

Montgomery's binary ladder

Résumé

Avec le développement des communications et de l'Internet, l'échange des informations cryptées a explosé. Cette évolution a été possible par le développement des protocoles de la cryptographie asymétrique qui font appel à des opérations arithmétiques telles que l'exponentiation modulaire sur des grands entiers ou la multiplication scalaire de point de courbe elliptique. Ces calculs sont réalisés par des plates-formes diverses, depuis la carte à puce jusqu'aux serveurs les plus puissants. Ces plates-formes font l'objet d'attaques qui exploitent les informations recueillies par un canal auxiliaire, tels que le courant instantané consommé ou le rayonnement électromagnétique émis par la plate-forme en fonctionnement.Dans la thèse, nous améliorons les performances des opérations résistantes à l'attaque Simple Power Analysis. Sur l'exponentiation modulaire, nous proposons d'améliorer les performances par l'utilisation de multiplications modulaires multiples avec une opérande commune optimisées. Nous avons proposé trois améliorations sur la multiplication scalaire de point de courbe elliptique : sur corps binaire, nous employons des améliorations sur les opérations combinées AB,AC et AB+CD sur les approches Double-and-add, Halve-and-add et Double/halve-and-add et l'échelle binaire de Montgomery ; sur corps binaire, nous proposons de paralléliser l'échelle binaire de Montgomery ; nous réalisons l'implantation d'une approche parallèle de l'approche Right-to-left Double-and-add sur corps premier et binaire, Halve-and-add et Double/halve-and-add sur corps binaire.

The development of online communications and the Internet have made encrypted data exchange fast growing. This has been possible with the development of asymmetric cryptographic protocols, which make use of arithmetic computations such as modular exponentiation of large integer or elliptic curve scalar multiplication. These computations are performed by various platforms, including smart-cards as well as large and powerful servers. The platforms are subject to attacks taking advantage of information leaked through side channels, such as instantaneous power consumption or electromagnetic radiations.In this thesis, we improve the performance of cryptographic computations resistant to Simple Power Analysis. On modular exponentiation, we propose to use multiple multiplications sharing a common operand to achieve this goal. On elliptic curve scalar multiplication, we suggest three different improvements : over binary fields, we make use of improved combined operation AB,AC and AB+CD applied to Double-and-add, Halve-and-add and Double/halve-and-add approaches, and to the Montgomery ladder ; over binary field, we propose a parallel Montgomery ladder ; we make an implementation of a parallel approach based on the Right-to-left Double-and-add algorithm over binary and prime fields, and extend this implementation to the Halve-and-add and Double/halve-and-add over binary fields.