Résistance aux attaques par canaux auxiliaires de primitives cryptographiques basées sur les codes correcteurs d'erreurs

Side-channel resistance of cryptographic primitives based on error-correcting codes

• Auteur / Autrice : Agathe Cheriere
• Direction : Pierre Loidreau, Pierre-Alain Fouque
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 19/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Rennes (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : MATISSE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - CAPSULE
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Sendrier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lejla Batina, Antonia Wachter-Zeh, Benoît Gérard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Sendrier, Guénaël‎ Renault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Cryptographie post-quantique

Mots clés libres

Attaques par canaux auxiliaires

Attaque par analyse de consommation

Cryptographie post-Quantique

Cryptographie à base de codes correcteurs

Side-Channel attacks

Power analysis attack

Post-Quantum cryptography

Code-Based cryptography

Résumé

Depuis une trentaine d’années, nous avons connaissance d’attaques ciblant des implantations de cryptosystèmes, exploitant des informations physiques telles que temps d’exécution. Il est donc naturel de se demander quelles menaces représentent ces attaques pour les implantations de schémas post-quantiques qui seront déployées dans l’industrie. Dans cette thèse, nous nous intéressons plus particulièrement à la résistance des algorithmes cryptographiques à base de codes correcteurs d’erreurs, vis à vis des attaques par canaux auxiliaires. Nous nous sommes focalisés sur deux schémas, ROLLO et BIKE, candidats au second tour de la standardisation post-quantique du NIST. Nous montrons à travers nos travaux que leur implantation en temps constant est notamment vulnérable aux attaques par analyse de consommation de courant. Pour mettre en évidence ces vulnérabilités, nous utilisons des techniques tels que l’apprentissage automatique et l’algèbre linéaire. De plus, pour les deux schémas, une seule trace de la consommation de courant est nécessaire pour remonter à la clé privée. Suite à la mise en évidence de ces vulnérabilités, nous proposons des stratégies de contre-mesures visant à prévenir ces attaques tout en maintenant le temps constant.

For about three decades, we have been aware of attacks targeting implementations of cryptosystems, exploiting physical information such as execution time. Naturally, questions arise about the threats these attacks pose to the upcoming industry deployments of post-quantum schemes. In this thesis, we focus on the resistance of error-correcting code-based cryptographic algorithms against side-channel attacks. We specifically studied two schemes, ROLLO and BIKE, which were candidates for the second round of post-quantum standardization organized by NIST. Through our research, we demonstrate that their constant-time implementation is notably vulnerable to attacks using power consumption analysis. To demonstrate these vulnerabilities, we employ techniques such as machine learning and linear algebra. Furthermore, for both scheme, the attack requires a single trace of power consumption to recover the private key. Following the identification of these vulnerabilities, we propose countermeasure strategies to prevent these attacks while maintaining constant-time operation. For about three decades, we have been aware of attacks targeting implementations of cryptosystems, exploiting physical information such as execution time. Naturally, questions arise about the threats these attacks pose to the upcoming industry deployments of post-quantum schemes. In this thesis, we focus on the resistance of error-correcting code-based cryptographic algorithms against side-channel attacks. We specifically studied two schemes, ROLLO and BIKE, which were candidates for the second round of post-quantum standardization organized by NIST. Through our research, we demonstrate that their constant-time implementation is notably vulnerable to attacks using power consumption analysis. To demonstrate these vulnerabilities, we employ techniques such as machine learning and linear algebra. Furthermore, for both scheme, the attack requires a single trace of power consumption to recover the private key. Following the identification of these vulnerabilities, we propose countermeasure strategies to prevent these attacks while maintaining constant-time operation.