Utilisation de solveurs génériques pour la cryptanalyse de chiffrements symétriques

Cryptanalysis of symmetric cipher using generic solvers

• Auteur / Autrice : Arthur Gontier
• Direction : Stéphanie Delaune
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 10/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Rennes (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - SPICY
• Jury : Président / Présidente : Christine Solnon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Derbez, Charles Prud'homme
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christina Boura, Thomas Peyrin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation par contraintes

Cryptographie

Mots clés libres

Cryptanalyse

Chiffrement Symétrique

Programmation par contraintes

Cryptanalysis

Symmetric Cipher

Constraint programming

Résumé

La cryptographie est une science cruciale pour nos sociétés connectées. Elle implique la conception l'analyse et la mise en œuvre d'algorithmes de chiffrement. L'analyse des chiffrements est une étape obligatoire pour assurer leur sécurité, mais cette tâche est souvent fastidieuse. En cryptographie symétrique, cette analyse porte principalement sur la recherche de distingueurs, des propriétés qui distinguent un message chiffré d'un message aléatoire. Les solveurs génériques sont des outils créés à l'origine pour résoudre des problèmes comme la planification ou l'ordonnancement. Ils sont régulièrement améliorés et sont devenus des bons candidats pour faciliter la cryptanalyse. Cette thèse s'intéresse à l'analyse et la conception des chiffrements symétriques avec l'aide des solveurs génériques, notamment de programmation par contraintes (CP). Nous avons exploré plusieurs pistes pour améliorer les techniques de cryptanalyse et les solveurs. Nous avons modélisé sous forme de graphe la recherche de distingueurs (plus précisément la recherche de superpoly dans le chiffrement Trivium) et avons résolu ce problème plus efficacement. Nous avons étudié la propriété de diffusion dans les réseaux de Feistel généralisés améliorant ainsi leur conception. Ensuite, nous avons proposé un outil pour générer automatiquement des modèles CP utiles pour la cryptanalyse différentielle. Enfin, nous nous sommes intéressés aux solveurs CP eux-mêmes en proposant une technique pour générer des explications et ainsi améliorer leurs performances.

Cryptography is a critical science for our connected societies. It involves the design, analysis and implementation of cipher algorithms. Analyzing ciphers is a mandatory step to ensure their security, but this task is often tedious. In symmetric cryptography, this analysis mainly focuses on finding distinguishers, properties that distinguish a ciphertext from a random message. Generic solvers are tools originally created to solve problems like planning or scheduling. They are regularly improved and have become good candidates to facilitate cryptanalysis. This thesis focuses on the analysis and design of symmetric ciphers with the help of generic solvers, in particular constraint programming (CP) solvers. We have explored several leads to improve cryptanalysis techniques and solvers. We modeled as a graph the search for distinguishers (specifically the search for superpoly in the Trivium cipher) and solved this problem more efficiently. We have studied the property of diffusion in generalized Feistel networks thus improving their design. Next, we proposed a tool to automatically generate CP models for differential cryptanalysis. Finally, we focused on CP solvers themselves by proposing a technique to generate explanations and thus improve their performance.