Adaptation d'Outils Cryptographiques pour un Contexte Post-Quantique

Adapting Cryptographic Tools to a Post-Quantum Context

• Auteur / Autrice : Cyrius Nugier
• Direction : Vincent Nicomette, Vincent Migliore
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et Télécommunications
• Date : Soutenance le 04/07/2023
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAAS - Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes / LAAS
• Jury : Président / Présidente : Olivier Blazy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Lauradoux, Jean-Christophe Deneuville
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Blazy, Fabien Laguillaumie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cryptographie

Mots clés libres

Anonymisation

Vie Privée

Optimisation

Calcul en mémoire

Canaux Auxiliaires

Anonimity

Privacy

Optimization

Processing in Memory

Side Channel

Résumé

La cryptographie est utilisée pour protéger la vie privée de tous quotidiennement lors de la navigation sur Internet. On observe de multiples changements en cours ces dernières années, dûs en partie à la possible arrivée prochainement d'ordinateurs quantiques capables de mettre en danger certains de nos chiffrements actuels.On remarque quatre principaux enjeux associés à ces changements :1) L'adaptation des primitives, qui doivent être remplacées par de nouvelles, post-quantiques.2) L'adaptation des protocoles, qui parfois reposent aussi sur des propriétés vulnérables aux ordinateurs quantiques.3) L'évolution des habitudes des utilisateurs, pour lesquels sont conçus ces protocoles, impliquant notamment une consommation numérique plus importante (flux vidéos en direct) et une demande de protection accrue de la vie privée.4) Les capacités des ordinateurs, qui évoluent en permanence (par exemple grâce à des accélérateurs matériels) souvent pour d'autres applications (IA, jeux), peuvent offrir des surfaces d'attaques, notamment par canaux auxiliaires.La présente thèse soutient que ces enjeux sont interdépendants et qu'une vision groupée de ces problèmes aide à garantir l'adaptation de la cryptographie à l'ère post-quantique.Ce propos est appuyé par trois pistes de recherche :1) Proposer un protocole anonymisant de live-streaming massif (contraintes utilisateurs) qui soit aussi post-quantique (contraintes sur les primitives).2) Etudier les protocoles de chiffrements commutatifs, en particulier d'interception réglementée, ainsi que la manière de les rendre post-quantiques sans créer de faiblesses ou qu'ils soient limités à des sur-chiffrements.3) Comprendre la manière dont les architectures dotées de calcul en mémoire vont affecter les performances des primitives post-quantiques, et comment un co-design est possible pour aussi réduire les fuites par canaux auxiliaires.

Cryptography is used to protect everyone's privacy on a daily basis whenbrowsing the Internet. In recent years, several changes have been taking place,partly due to the possible arrival of quantum computers capable of endangeringsome of our current cryptographic systems.We identify four issues associated with these changes:1) The adaptation of primitives, which must be replaced by new, post-quantum ones.2) The adaptation of protocols, which sometimes also rely on properties vulnerable to quantum computers.3) The evolution of the end-users habits, in their use of digital tools, as they tend to consum more live video streams but at the same demand stronger privacy protection.4) Computers capabilities are constantly evolving (e.g. through hardwareaccelerators), often due to other applications (AI, games), however theseevolutions can offer attack surfaces, in particular by auxiliary channels.This PhD thesis argues that these issues are interdependent and that a global consideration of these problems helps to ensure that cryptography can be adapted to the post-quantum era. For that purpose, three main contributions are proposed, that consist in:1) Proposing an anonymizing protocol for massive live-streaming (user constraints) which is also post-quantum (constraints on primitives).2) Studying commutative encryption protocols, in particular lawful interception ones, in order to make them post-quantum without creating weaknesses or being limited to super-encryption.3) Understanding how architectures featuring in-memory computing will affect the performance of post-quantum primitives, and how co-design is possible so as to also reduce auxiliary channel leakage.