Cryptographie malléable : avancés et ses applications en technologies pour l'amélioration de la confidentialité

Malleable cryptography : advances and applications to privacy-enhancing technologies

• Auteur / Autrice : Octavio Pérez Kempner
• Direction : David Naccache, Pascal Lafourcade
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 26/10/2022
• 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 de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Blazy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Naccache, Pascal Lafourcade, Olivier Blazy, Jean-Sébastien Coron, Sébastien Canard, Anna Lysyanskaya, Carla Ràfols, Daniel Slamanig
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Sébastien Coron, Sébastien Canard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Informatique

Mots clés libres

Cryptographie à clé publique

Signatures numériques

Reuve à divulgation nulle de connaissance

Sécurité prouvable

Informations d'identification anonymes

Blockchain

Public-Key Cryptography

Digital Signatures

Zero-Knowledge Proofs

Provable Security

Anonymous Credentials

Blockchain

Résumé

Cette thèse étudie la malléabilité dans le contexte du chiffrement à clé publique et des signatures numériques, en présentant les avancées et les applications des technologies améliorant la confidentialité. La première partie aborde le problème de l'égalité générique des textes en clair et les preuves d'inégalité. Étant donné deux textes chiffrés générés par un schéma de chiffrement à clé publique, le problème de l'égalité des textes chiffrés consiste à déterminer si les textes chiffrés contiennent la même valeur. Parallèlement, le problème de l'inégalité du texte clair consiste à déterminer s'ils contiennent une valeur différente. Les travaux précédents se sont concentrés sur la construction de nouveaux schémas ou sur l'extension de schémas existants afin d'inclure le support de l'égalité/inégalité du texte en clair. Nous proposons des preuves génériques et simples à connaissance zéro pour les deux problèmes, qui peuvent être instanciées avec divers schémas de chiffrement. Pour ce faire, nous formalisons les notions liées à la malléabilité dans le contexte du chiffrement à clé publique et proposons un cadre de définition pour le chiffrement générique aléatoire, que nous utilisons pour construire nos protocoles. La partie suivante est consacrée aux signatures préservant la structure sur les classes d'équivalences, le principal élément constitutif des parties suivantes. Initialement, nous proposons des constructions nouvelles et plus efficaces sous des hypothèses standard. Ensuite, nous construisons un schéma d'accréditation établi sur les attributs sous des hypothèses standard, qui étend les travaux précédents de plusieurs façons. Nous améliorons notamment l'expressivité, les compromis d'efficacité et proposons une notion de dissimulation de l'émetteur qui permet aux détenteurs de système d'accréditations anonymes de cacher l'identité de l'émetteur pendant les utilisations. La dernière partie est consacrée à la présentation de Protego, un nouveau schéma d'accréditation pour les blockchains à autorisation. Il s'appuie sur les contributions précédentes et bien qu'il soit discuté dans le contexte des blockchains à autorisation, il peut également être utilisé dans d'autres contextes. Pour démontrer l'aspect pratique de Protego, nous fournissons un prototype et des benchmarks montrant que Protego est plus de deux fois plus rapide que les approches de l'état de l'art basées sur Idemix, le schéma d'accréditation le plus largement utilisé pour les blockchains à autorisation.

This thesis studies malleability in the context of public-key encryption and digital signatures, presenting advances and applications to privacy-enhancing technologies. The first part addresses the problem of Generic Plaintext Equality and Inequality Proofs. Given two ciphertexts generated with a public-key encryption scheme, the problem of plaintext equality consists in determining whether the ciphertexts hold the same value. Similarly, the problem of plaintext inequality consists in deciding whether they hold different values. Previous work has focused on building new schemes or extending existing ones to include support for plaintext equality/inequality. We propose generic and simple zero-knowledge proofs for both problems, which can be instantiated with various encryption schemes. We do so by formalizing notions related to malleability in the context of public-key encryption and proposing a definitional framework for Generic Randomisable Encryption, which we use to build our protocols. The next part turns to Structure-Preserving Signatures on Equivalence Classes, the main building block of subsequent parts. First, we propose new and more efficient constructions under standard assumptions. Then, we build an anonymous attribute-based credential (ABC) scheme under standard assumptions, which extends previous work in several ways. We improve expressiveness, provide efficiency trade-offs and propose an issuer-hiding notion that allows credential holders to hide the issuer's identity during showings. The last part is devoted to presenting Protego, a new ABC scheme for permissioned blockchains. It builds upon the previous contributions, and although it is discussed in the context of permissioned blockchains, it can also be used in other settings. To show the practicality of Protego, we provide a prototype implementation and benchmarks showing that Protego is more than twice faster than state-of-the-art approaches based on Idemix, the most widely used ABC scheme for permissioned blockchains.