La sécurité et l’optimisation des chaines à blocs et algorithmes associés

Security and optimization of blockchains and associated algorithms

• Auteur / Autrice : Mirko Koscina
• Direction : David Naccache, Pascal Lafourcade
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 05/10/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mathématiques de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École normale supérieure (Paris ; 1985-....). Département d'informatique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe Sécurité (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Guillaume Dumas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Naccache, Pascal Lafourcade, Olivier Blazy, Marine Minier, Suna Melek Önen, Moti Yung
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Blazy, Marine Minier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Informatique

Mots clés libres

Blockchain

Distributed systemes

Permissioned blockchain

Blind signature

EVoting

Tokenomics

GDPR

Résumé

Cette thèse aborde les problèmes de sécurité, de confidentialité et des barrières économiques auxquels fait face la mise en œuvre de la blockchain pour assurer la confidentialité des utilisateurs, la gouvernance des données, l'offuscation des logiciels et développer des modèles de crypto-monnaies pour les économies circulaires. Après avoir introduit la blockchain et la cryptographie moderne, sont présentés trois principaux résultats de recherche : un nouveau protocole de consensus qui préserver la confidentialité des utilisateurs, un nouveau schéma de vote électronique confidentiel utilisant une blockchain permissioned et un protocole d’offuscation de graphiques de flux de contrôle pour la confidentialité des logiciels. Enfin, la troisième partie de la thèse comprend deux résultats de recherche appliquée avec deux prototypes de systèmes blockchain répondant aux problématiques posées par la gouvernance des données et les crypto-monnaies. La première partie de cette thèse décrit un bref historique de la technologie autour de la blockchain et son évolution jusqu'à arriver à sa première implémentation (le Bitcoin). Ensuite, sont introduits les principaux sujets sur la cryptographie moderne utilisés dans cette thèse. La deuxième partie commence par un nouvel algorithme de consensus qui préserve la confidentialité pour la blockchain permissioned. La principale contribution de ce travail est une construction générale de signature aveugle pour la dissociation des transactions intégrée à un consensus basé sur le BFT pour la validation des transactions et des blocs. Le deuxième résultat correspond à un nouveau schéma de vote électronique pour la blockchain permissioned. Ce travail propose un nouveau consensus de préservation de la confidentialité basé sur la signature aveugle d'Okamoto-Schnorr pour la dissociation des transactions et la courbe elliptique pour la confidentialité des votes. Enfin, il est présenté un nouveau mécanisme d'offuscation de graphes de flux de contrôle pour la confidentialité du source code des logiciels (par exemple, pour les contrats intelligents). La troisième partie présente deux implémentations de la blockchain. Le premier est une nouvelle implémentation de la norme de jeton ERC20 et une marketplace sur Hyperledger Fabric pour les économies circulaires supportées par le recyclage du plastique. Le second est un prototype de blockchain pour la gouvernance des données dans l'échange de données de santé selon le RGPD automatisé avec des contrats intelligents.

This thesis addresses the security, privacy, and economic barriers to implementing blockchain for user's privacy, data governance, software obfuscation and cryptocurrencies models for circular economies. The first part of this thesis covers the preliminaries about blockchain and modern cryptography. The second part presents three main results concerning privacy-preserving consensus, privacy in electronic voting with permissioned blockchain, and control-flow graph obfuscation for software confidentiality. Finally, the third part includes two results based on applied research work with two prototypes of blockchain systems for data governance and cryptocurrencies. The first part of this thesis describes a brief history of the technology around blockchain and its evolution until arriving at the first blockchain implementation (Bitcoin). Then, the most relevant topics on Modern Cryptography used in this thesis are introduced. The second part begins with a new privacy-preserving consensus algorithm for permissioned blockchain. The main contribution of this work is a general construction of blind signature for transaction unlinkability integrated to a BFT-based consensus for transactions and blocks validation. The second result corresponds to a new electronic voting scheme for permissioned blockchain. This work proposed a new privacy-preserving consensus based on Okamoto-Schnorr blind signature for transaction unlinkability and elliptic curve for vote privacy. Finally, a new control-flow graph obfuscation mechanism for software confidentially (e.i for smart contracts) is presented. The third part presents two blockchain implementations. The first is a novel implementation of the ERC20 token standard and a Marketplace on Hyperledger Fabric for circular economies based on plastic recycling. The second one is a blockchain prototype for data governance in healthcare data exchange according to GDPR automatised using smart contracts.