Projet de recherche doctoral numero :3302

Description

Date depot: 1 janvier 1900
Titre: Étude de cryptosystèmes à clé publique basés sur les codes MDPC quasi-cycliques
Directeur de thèse: Nicolas SENDRIER (Inria-Paris (ED-130))
Domaine scientifique: Sciences et technologies de l'information et de la communication
Thématique CNRS : Non defini

Resumé: 1. Contexte Bien qu'il soit difficile de prévoir avec certitude si et quand l'ordinateur quantique apparaîtra, il pourrait remettre en cause une bonne partie des systèmes cryptographiques à clé publique utilisés aujourd'hui, notamment ceux basés sur la théorie des nombres (factorisation, courbes elliptiques, logarithme discret). L'algorithme de Shor permettrait de casser ces systèmes en temps polynomial et obligerait à reconcevoir un grand nombre d'applications cryptographiques. Des menaces peuvent aussi provenir de progrès algorithmiques, par exemple il a été récemment montré que le calcul du logarithme discret dans des corps finis de petite caractéristique pouvait se faire en temps quasi-polynomial. Au delà de ces seules menaces, cela a été l'occasion pour la communauté cryptographique de réaliser combien il est important de disposer d'une variété de cryptosystèmes dont la sécurité reposerait sur d'autres hypothèses que celles de la seule théorie des nombres. L'étude des alternatives porte, à tort ou à raison, le nom de « cryptographie post-quantique » et les cryptosystèmes basés sur les codes en font partie, tout comme la cryptographie basée sur les réseaux (lattice en anglais) ou la cryptographie multivariée. La cryptographie basée sur les codes date de 1978, avec le système de McEliece, dont la sécurité n'a toujours pas été significativement menacée à ce jour. Un autre système de chiffrement similaire a été proposé en 1986 par Niederreiter. Ces systèmes utilisent les codes de Goppa binaires et leur mise en oeuvre est particulièrement simple et efficace, gagnant un ordre de grandeur en complexité algorithmique par rapport aux systèmes basés sur la théorie des nombres. Ces systèmes ont néanmoins des défauts. Le premier de ces défauts est la taille de la clé publique (plusieurs dizaines de kilo-octets). Une autre faiblesse est l'absence de diversité pour le choix de la famille de codes: les tentatives pour utiliser d'autres familles que les codes de Goppa (codes de Reed-Solomon, codes concaténés, codes LDPC, ...) ont souvent échoué à produire des systèmes sûrs. Des techniques ont été proposées pour produire des clés publiques quasi-cycliques ou quasi-dyadiques. Elles ont permis de réduire la taille des clés de façon spectaculaire (linéaire en la taille de bloc au lieu de quadratique) mais ont été considérablement affaiblies par des attaques algébriques. Même si ces techniques ne sont pas condamnées, loin de là, il semble que la forte structure algébrique de ces familles de codes ne permette pas un gain de taille aussi important qu'espéré tout en conservant une sécurité suffisante. Une nouvelle série de travaux, faisant suite à, a permis d'aboutir à une solution basée sur les codes MDPC (Moderate Density Parity Check) quasi-cycliques. Ces codes, bien que quasi-cycliques, possèdent très peu de structure algébrique, et sont invulnérables aux attaques connues. Leur mise en oeuvre est très efficace et la taille de la clé publique peut être réduite à quelques milliers de bits. Cette proposition est récente mais semble d'un grand intérêt, elle possède en effet le principal avantage des systèmes basés sur les codes, une mise en oeuvre simple et efficace, et corrige le principal défaut avec des clés publiques de petites tailles. De plus, la proximité des codes MDPC avec les codes aléatoires les rend peu vulnérables aux attaques algébriques, et permet même d'espérer une réduction de sécurité à des problèmes difficiles de théorie des codes. 2. Objectifs L'objectif est de promouvoir l'utilisation des cryptosystèmes basés sur les codes en général. Nous nous intéresserons en priorité à une implantation effective du système de chiffrement MDPC-McEliece. Bien que les systèmes de type McEliece existent depuis plus de 30 ans, leur ingénierie a été peu étudiée. Il existe une implantation logicielle publique du système de McEliece. D'autres travaux, comme ceux de Stefan Heyse (http://www.emsec.rub.de/chair/_staff/stefan_heyse/) donnent une indication intéressante, ces systèmes peuvent être mis en oeuvre, et en particulier MDPC-McEliece, sur des processeurs embarqués de petites tailles (8 ou 16 bits) et ont de bonnes propriétés en terme de consommation d'énergie. D'une façon générale, ces travaux précurseurs, relèvent de la preuve de concept. Pour les codes MDPC, notre objectif est d'étudier leur ingénierie de façon approfondie. Par exemple, en l'état actuel des choses, l'algorithmique du décodage est efficace, mais ne fonctionne pas en temps constant et échoue dans un petit nombre de cas. Les propriétés sémantiques des systèmes basés sur les codes rendent obligatoires une couche de sécurité sémantique sous peine d'affaiblir le système. Ceci, ainsi que d'autres éléments qu'il conviendra peut-être de découvrir, devra nous guider pour une étude générique de l'ingénierie de ces systèmes. L'objectif ne sera pas seulement d'étudier une application et une plateforme particulière, mais aussi d'expliq

Doctorant.e: Chaulet Julia