Chiffrement à clé publique dans le cadre de la messagerie sécurisée

Public-Key Encryption in the context of Secure Messaging

• Auteur / Autrice : Calvin Abou Haidar
• Direction : Bruno Salvy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 09/02/2024
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale InfoMaths (Lyon ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'informatique du parallélisme (Lyon ; 1988-....) - Arithmétiques des ordinateurs, méthodes formelles, génération de code
• Partenaire(s) de recherche : . : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France ; 1979-....)
• Jury : Président / Présidente : Caroline Fontaine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Salvy, Caroline Fontaine, Dennis Hofheinz, Olivier Blazy, Alain Passelègue, Mélissa Rossi, Damien Stehlé, Pierre Loidreau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Dennis Hofheinz, Olivier Blazy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protection de l'information (informatique)

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Cryptographie à clé publique

Cryptographie

Mots clés libres

Cryptographie

Cryptographie à Clé Publique

Messagerie sécurisée

Confidentialité Persistante

Cryptography

Public-Key Cryptography

Secure Messaging

Forward Secrecy

Résumé

Cette thèse s'intéresse à la construction de primitives cryptographiques, dont l'application principale est la messagerie sécurisée de groupe. Le développement récent et l'adoption de nombreuses applications de messagerie ont vu pour conséquence un intérêt particulier de la communauté cryptographique pour les sujets qui lui sont liés. Ces systèmes possèdent leurs besoins propres. On les utilise très souvent pour avoir des discussions longues, de groupes, vidéos, etc. Ces applications fonctionnent en temps réel et ne peuvent donc pas se permettre d'utiliser des primitives lourdes. Les conversations s'établissant sur plusieurs années, la messagerie sécurisée rentre dans le régime de la cryptographie de long terme. On s'intéresse ici à la notion de ''forward secrecy'' ou confidentialité persistante qui vise à garantir à un utilisateur que son historique de conversation est protégé, quand bien même son appareil viendrait d'être compromis. Naturellement, une telle propriété implique une évolution des clés secrètes utilisées. Si les mêmes clés sont conservées tout au long de l'utilisation, compromettre ces clés revient à compromettre tous les messages. Une manière simple d'obtenir la confidentialité persistante est de remettre à jour régulièrement ses clés en calculant de nouvelles et en envoyant les informations nécessaires aux correspondants. On s'intéresse dans cette thèse à une nouvelle méthode proposée par Dodis et al. en 2021. Il s'agit cette fois, non pas de recalculer de nouvelles clés, mais de profiter de la linéarité de certains systèmes de chiffrement à clé publique pour re-randomiser les clés publiques. En chiffrant l'aléa utilisé pour re-randomiser une clé publique sous cette même clé, on offre la possibilité à n'importe qui de mettre à jour n'importe quelle clé publique. Dans leur article, Dodis et al. proposent une définition formelle de cette nouvelle primitive appelée ''Updatable Public Key Encryption'' (UPKE), qu'on pourrait traduire en Chiffrement à Clé Publique Évolutive. Nous construisons ici les deux premiers UPKE efficaces dans le modèle standard. La première construction est basée sur l’hypothèse DCR. La seconde est la première construction efficace dépendant d’une hypothèse post-quantique (LWE).

This thesis focuses on the construction of cryptographic primitives, with their primary application being secure group messaging. The recent development and widespread adoption of numerous messaging applications have led to numerous works from the cryptographic community in related subjects. These systems have their own specific needs, often employed for long discussions, group communications, videos, etc. These applications operate in real-time and cannot afford to use heavy primitives.As conversations span over several years, secure messaging falls under the category of long-term cryptography. The concept of forward secrecy is explored here, aiming to ensure that a user's conversation history is protected even if their device has just been compromised. Naturally, such a property involves the evolution of the secret keys. If the same keys are retained throughout usage, compromising these keys would compromise all messages. One straightforward way to achieve forward secrecy is to regularly update keys by computing new ones and sending the necessary information to other parties.This thesis delves into a novel method proposed by Dodis et al. in 2021. It avoids computing new keys by taking advantage of the linearity of some public-key encryption schemes to re-randomize public keys. By encrypting the randomness used to re-randomize a public key under the same key, anyone is given the ability to update any public key. In their article, Dodis et al. propose a formal definition of this new primitive called ''Updatable Public Key Encryption'' (UPKE). Here, we construct the first two efficient UPKEs in the standard model. The first construction is based on the DCR assumption, while the second is the first efficient construction depending on a post-quantum assumption (LWE).