Thèse soutenue

Générateurs de nombres aléatoires pour la cryptographie : Conception, sécurisation et évaluation
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Auteur / Autrice : Oto Petura
Direction : Viktor FischerAlain Aubert
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Microélectronique
Date : Soutenance le 23/10/2019
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
Laboratoire : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
établissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)
Jury : Président / Présidente : Lilian Bossuet
Examinateurs / Examinatrices : Viktor Fischer, Alain Aubert, Lilian Bossuet, Jean-Luc Danger, Jean-Max Dutertre, Cécile Dumas, Patrick Haddad
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Danger, Jean-Max Dutertre

Résumé

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Les nombres aléatoires sont essentiels pour les systèmes cryptographiques modernes. Ils servent de clés cryptographiques, de nonces, de vecteurs d’initialisation et de masques aléatoires pour la protection contre les attaques par canaux cachés. Dans cette thèse, nous traitons des générateurs de nombres aléatoires dans les circuits logiques (FPGA et ASIC). Nous présentons les méthodes fondamentales de génération de nombres aléatoires dans des circuits logiques. Ensuite, nous discutons de différents types de TRNG en utilisant le jitter d’horloge comme source d’aléa. Nous faisons une évaluation rigoureuse de divers noyaux TRNG conformes à la norme AIS-20/31 et mis en œuvre dans trois familles de FPGA différentes: Intel Cyclone V, Xilinx Spartan-6 et Microsemi SmartFusion2. Puis, nous présentons l’implémentation des noyaux TRNG sélectionnés dans des ASIC et leur évaluation. Ensuite, nous étudions en profondeur PLL-TRNG afin de fournir une conception sécurisée de ce TRNG ainsi que des tests intégrés. Enfin, nous étudions les TRNG basés sur les oscillateurs. Nous comparons de différentes méthodes d'extraction d’aléa ainsi que de différents types d'oscillateurs et le comportement du jitter d'horloge à l'intérieur de chacun d'eux. Nous proposons également des méthodes de mesure du jitter intégrée pour le test en ligne des TRNG basés sur les oscillateurs.