Combinatorial Analysis of Block Ciphers With Trapdoors - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2017

Combinatorial Analysis of Block Ciphers With Trapdoors

Analyse combinatoire des chiffrements par blocs avec trappes

Résumé

Trapdoors are a two-face key concept in modern cryptography. Even if they are essential in asymmetric cryptography, their role is reversed in symmetric cryptography. In this case, the aim is to insert hidden mathematical weaknesses which enable one who knows them to break the cipher, making the existence of a trapdoor a strongly undesirable property. For a backdoor cipher to be trusted, it must provide the same security proofs than any other cipher. The first part of this thesis focuses on a security analysis with respect to the two mains attacks on block ciphers, namely differential and linear cryptanalysis. The second part is devoted to the study of a family of backdoor ciphers introduced by Paterson and Harpes. These ciphers maps a partition of the plaintexts to a partition of the ciphertexts independently of the keys used. First the structure of such ciphers is investigated and bounds of their security are obtained. We then explain how the basic components of a backdoor cipher can be designed to achieve these bounds. Finally we introduce BEA-1, a real-size backdoor cipher based on this theory. This cipher resists differential and linear cryptanalysis whereas the knowledge of the trapdoor enables recovery of the full 120-bit cipher key in just a few second on a laptop computer.
Les trappes jouent un double rôle dans la cryptographie moderne. Même si elles sont essentielles en cryptographie asymétrique, leur rôle est tout autre lorsque l’on considère la cryptographie symétrique. Dans ce cas, une trappe désigne une faiblesse mathématique insérée volontairement au cœur du chiffrement, permettant à son concepteur de le casser efficacement. Une telle propriété est alors fortement indésirable. Pour qu’un chiffrement à trappe puisse inspirer confiance, il doit fournir les mêmes preuves de sécurité que tout autre chiffrement. La première partie de cette thèse se concentre sur les analyses de sécurité par rapport aux deux principales cryptanalyses des chiffrements par blocs, à savoir les attaques différentielles et linéaires. La seconde partie est quant à elle dédiée à l’étude d’une famille de chiffrements à trappes introduite par Paterson et Harpes. Ces chiffrements envoient une partition des messages clairs sur une partition des messages chiffrés indépendamment des clés utilisées. Tout d’abord, nous étudions la structure de tels chiffrements puis obtenons des bornes sur leur sécurité. Nous expliquons ensuite comment les primitives du chiffrement doivent être conçues pour atteindre ces bornes. Enfin, nous présentons BEA-1, un chiffrement à trappe grandeur nature développé à partir de cette théorie. Bien qu’il soit résistant aux cryptanalyses différentielle et linéaire, la connaissance de la trappe permet de retrouver la clé de 120 bits en seulement quelques secondes sur un portable.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-03125786 , version 1 (29-01-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03125786 , version 1

Citer

Arnaud Bannier. Combinatorial Analysis of Block Ciphers With Trapdoors. Cryptography and Security [cs.CR]. École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers, 2017. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03125786⟩
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