Cryptographie à clé secrète et attaquant quantique dans le monde des télécommunications

Secret-key cryptography and impact of a quantum attacker on the telecommunication world

• Auteur / Autrice : Paul Frixons
• Direction : Maria Naya-Plasencia, Sébastien Canard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 25/11/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Centre de recherche de Paris (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Henri Gilbert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Céline Chevalier, Charles Bouillaguet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marine Minier, Gilles van Assche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chiffres (cryptographie)

Cryptographie quantique

Mots clés libres

Cryptographie à clé secrète

Cryptanalyse quantique

Preuve de sécurité

Protocole d'échange de clé authentifié

Secret-key cryptography

Quantum cryptanalsysis

Security proofs

Résumé

Pour la cryptographie moderne, la sécurité d'un système est définie comme la somme des ressources nécessaires pour le briser. Avec la venue d'ordinateurs quantiques efficaces et les nouvelles possibilités algorithmiques que cela ouvre, ce montant de ressources est voué à changer. Dans cette thèse, nous effectuons un pas en direction d'une meilleure compréhension de cette menace quantique. Après une introduction au calcul quantique et à la cryptographie, nous montrons des attaques quantiques contre la fonction pseudo-aléatoire de Legendre sans requête en superposition et en mémoire quantique réduite. Par la suite, nous exposons une manière générale de transposer les attaques boomerang en algorithmique quantique ainsi que quelques applications. Nous continuons sur une méthode de doublement de taille de blocs pour les chiffrements à blocs inspirée sur le schéma Encrypt-Mix-Encrypt et nous en montrons la sécurité. Nous finissons par la construction d'une version quantique du protocole d'authentification de la 3G/4G/5G UMTS-AKA avant d'en montrer la sécurité ainsi que celle des primitives sous-jacentes Milenage et TUAK.

For modern cryptography, the security of a system is defined as the sum of the resources required to break it. With the advent of efficient quantum computers and the new algorithmic possibilities that this opens, this amount of resource is destined to change.In this thesis, we take a step towards a better understanding of this quantum threat. After an introduction to quantum computation and cryptography, we show quantum attacks against the Legendre PRF in the setting without superposition queries and reduced quantum memory. Afterwards, we present a general way to transpose boomerang attacks into quantum attacks as well as some applications. We continue on a doubling method for block ciphers inspired by the Encrypt-Mix-Encrypt scheme and prove its security. We end by building a quantum version of the 3G/4G/5G UMTS-AKA authentication protocol before showing the security as well as the underlying primitives Milenage and TUAK.