Solutions cryptographiques efficaces et sécurisées pour les données médicales

par Mohamad Noura

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Raphaël Couturier et de Ali Chehab.

Soutenue le 16-07-2019

à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; Dijon ; Belfort) , en partenariat avec FEMTO-ST Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (laboratoire) , Université de Franche-Comté (1971-....) (Etablissement de préparation) et de Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST (laboratoire) .

Le président du jury était Pierre Spitéri.

Le jury était composé de Raphaël Couturier, Ali Chehab, Pierre Spitéri, Guillaume Bonfante.

Les rapporteurs étaient Pierre Spitéri, Guillaume Bonfante.

mots clés

• Chiffrement
• Image médicale
• Analyse de sécurité et de performance
• Chiffrement (informatique)

Résumé

Dans cette thèse, des schémas cryptographiques efficaces et robustes ont été proposés pour surmonter les problèmes actuels de sécurité et de confidentialité des systèmes et applications médicaux récents. La principale contribution de cette thèse est d'atteindre un haut niveau de sécurité avec un minimum de surcoût de calcul contrairement à de nombreuses autres solutions existantes. Par conséquent, deux schémas de chiffrement et une approche de disponibilité des données ont été proposés pour les données médicales afin de garantir les services de sécurité suivants : confidentialité, intégrité et disponibilité des données ainsi que l'authentification de la source. Les solutions cryptographiques proposées sont basées sur les structures de chiffrement cryptographiques dynamiques pour assurer une meilleure résistance aux attaques existantes et modernes. De plus, ces solutions ont été conçues pour être légères et ne nécessitent qu'un petit nombre d'itérations. La fonction de chiffrement proposée n'est répétée qu'une seule fois et utilise une permutation de bloc dépendante de la clé.Elle satisfait également les propriétés de confusion et de diffusion requises, assurant ainsi les propriétés cryptographiques souhaitables. Les résultats de simulation et d'expérimentation ont démontré l'efficacité et la robustesse des solutions cryptographiques proposées. De plus, l'utilisation des schémas cryptographiques proposés ouvre la porte à des algorithmes cryptographiques dynamiques qui peuvent conduire à un gain de performance et de sécurité significatif par rapport à l'état de l'art.

mots clés

• Encryption
• Medical image
• Security and performance analysis

Titre traduit

Efficient and secure cryptographic solutions for medical data

Résumé

In this thesis, effective and robust cryptographic schemes were proposed to overcome the current security and privacy issues of recent medical systems and applications. The main contribution of this thesis is to reach a high level of security with minimum possible overhead contrary to many other existing solutions. Therefore, two cipher schemes and a data availability approach were proposed for medical data to ensure the following security services: data confidentiality, integrity and availability as well as source authentication. The proposed cryptographic solutions are based on the dynamic cryptographic cipher structures to ensure a better resistance against existing and modern attacks. Moreover, these solutions were designed to be lightweight and they require a small number of iterations. The proposed ciphers round function is iterated only once and uses a key dependent block permutation. It also satisfies the required confusion and diffusion properties, consequently ensuring the desirable cryptographic properties. Simulation and experimental results demonstrated the efficiency and the robustness of the proposed cryptographic solutions. Furthermore, employing the proposed cryptographic schemes open the door to a dynamic cryptographic algorithms that can lead to a significant performance and security gain compared with other recent related state-of-art.