Algebraic methods for security analysis of cryptographic algorithms implementations
Méthodes algébriques pour l'analyse de sécurité des implantations d'algorithmes cryptographiques
Résumé
The 10th Hilbert problem, which consists in finding integer solutions to polynomial equations is a crucial problem in cryptanalysis, which has been proven to be undecidable. However, Coppersmith published in 1996 a method based on lattice reduction, which allows to efficiently find all small solutions to some polynomial equations. Many applications of this method have risen in public key cryptanalysis, especially when the cryptosystem is executed on embedded systems and part of the secret key is revealed through physical attacks performed on the device. In this context, we propose in this thesis a physical attack on the RSA signature scheme when the CRT mode is used, where an application of Coppersmith's method allows to complete the information previously obtained by the physical attack. We also propose a new deterministic algorithm based on Coppersmith's method for factoring integers of the form N=p^{r}q^{s} in polynomial time, under the condition that r and/or s are sufficiently large. Finally, if the applications of Coppersmith's method are numerous, in practice, since the lattices to be reduced are huge, the small solutions can only be recovered until a bound which is smaller than the enounced theoretical bound. Thus, another contribution of this thesis lies in the proposition of two methods which allow to speed up the execution time of Coppersmith's algorithm. When both speedups are combined, the new algorithm performs hundreds of times faster for typical parameters, which allows to reach the theoretical bound in many cases.
Le 10ème problème de Hilbert, consistant à trouver les solutions entières d'équations polynomiales est un problème crucial en cryptanalyse. Si ce dernier a été prouvé indécidable, Coppersmith publia en 1996 une méthode basée sur la réduction de réseaux permettant de trouver efficacement l'ensemble des petites solutions de certaines équations polynomiales. De nombreuses applications de cette méthode ont vu le jour dans le domaine de la cryptanalyse à clé publique, notamment lorsque le cryptosystème est exécuté sur un système embarqué et qu'une partie de la clé secrète est dévoilée par la réalisation d'attaques physiques sur le dispositif. Dans ce contexte, nous proposons une attaque physique sur le schéma de signature RSA en mode CRT où une application de la méthode de Coppersmith permet de compléter l'information obtenue par l'attaque physique. Nous proposons également un nouvel algorithme déterministe basé sur la méthode de Coppersmith pour factoriser les entiers de la forme N=p^{r}q^{s} en temps polynomial lorsque r ou s sont suffisamment grands. Enfin, si les applications de la méthode de Coppersmith sont nombreuses, en pratique, du fait que les réseaux à réduire soient gigantesques, les petites solutions ne peuvent être retrouvées que jusqu'à une borne qui est plus petite que la borne théorique annoncée. Aussi, une autre contribution de cette thèse consiste en la proposition de deux méthodes permettant une accélération du temps d'exécution de l'algorithme de Coppersmith. Lorsque les deux méthodes sont combinées, le nouvel algorithme s'effectue des centaines de fois plus rapidement pour des paramètres typiques, permettant ainsi dans de nombreux cas d'atteindre la borne théorique.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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