Codes à propriétés locales : constructions et applications à des protocoles cryptographiques

Codes with locality : constructions and applications to cryptographic protocols

• Auteur / Autrice : Julien Lavauzelle
• Direction : Françoise Levy-Dit-Vehel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 30/11/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique de l'École polytechnique (Palaiseau, Essonne) - Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Saclay, Ile-de-France)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Zémor
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Augot, Camilla Hollanti, Alain Couvreur
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maura B. Paterson, Christophe Ritzenthaler

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cryptographie

Codes correcteurs d'erreurs (théorie de l'information)

Information, Théorie de l'

Mots clés libres

Codes correcteurs

Codes localement corrigibles

Stockage distant

Protocoles cryptographiques

Block designs

Error-Correcting codes

Locally correctable codes

Remote storage

Cryptographic protocols

Block designs

Résumé

Les codes localement corrigibles ont été introduits dans le but d'extraire une partie de l'information contenue dans un mot de code bruité, en effectuant un nombre limité de requêtes à ses symboles, ce nombre étant appelé la localité du code. Ces dernières années ont vu la construction de trois familles de tels codes, dont la localité est sous-linéaire en la taille du message, et le rendement est arbitrairement grand. Ce régime de paramètres est particulièrement intéressant pour des considérations pratiques.Dans cette thèse, nous donnons une rapide revue de littérature des codes localement corrigibles, avant d'en proposer un modèle combinatoire générique, à base de block designs. Nous définissons et étudions ensuite un analogue, dans le cas projectif, des relèvements affine de codes introduits par Guo, Kopparty et Sudan. Nous établissons par ailleurs plusieurs liens entre ces deux familles, pour finir par une analyse précise de la structure monomiale de ces codes dans le cas du relèvement plan.Une deuxième partie de la thèse se focalise sur l'application de ces codes à deux protocoles cryptographiques. D'abord, nous proposons un protocole de récupération confidentielle d'information (private information retrieval, PIR) à partir de codes basés sur des designs transversaux, dont la taille des blocs s'apparente à la localité d'un code localement corrigible. Les protocoles ainsi construits ont l'avantage de n'exiger aucun calcul pour les serveurs, et de présenter une faible redondance de stockage ainsi qu'une complexité de communication modérée. Ensuite, nous donnons une construction générique de preuve de récupérabilité (proof of retrievability, PoR) à base de codes admettant une riche structure d'équations de parité à petit poids. Nous en donnons finalement une analyse de sécurité fine ainsi que plusieurs instanciations fondées sur des codes à propriétés locales.

Locally correctable codes (LCCs) were introduced in order to retrieve pieces of information from a noisy codeword, by using a limited number of queries to its symbols, this number being called the locality. Three main families of LCCs reaching sublinear locality and arbitrarily high rate have been built so far. This specific range of parameters is of particular interest concerning practical applications of LCCs.In this thesis, after giving a state of the art for LCCs, we study how they can be built using block designs. We then give an analogue over projective spaces of the family of affine lifted codes introduced by Guo, Kopparty and Sudan. We exhibit several links between both families, and we give a precise analysis of the monomial structure of the code in the case of the lifting of order 2.The second part of the thesis focuses on the application of these codes to two cryptographic protocols. We first build a new private informatin retrieval (PIR) protocol from codes based on transversal designs, whose block size defines the locality of the code. Our construction features no computation on the server side, low storage overhead and moderate communication complexity. Then, we propose a new generic construction of proof-of-retrievability (PoR) that uses codes equipped with an elaborate structure of low-weight parity-check equations. We give a rigorous analysis of the security of our scheme, and we finally propose practical instantiations based on codes with locality.