Privacy-preserving biometric recognition systems with advanced cryptographic techniques - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2023

Privacy-preserving biometric recognition systems with advanced cryptographic techniques

Systèmes de reconnaissance biométrique préservant la confidentialité bassés sur des techniques cryptographiques avancées

Alberto Ibarrondo Luis

Abstract

Dealing with highly sensitive data, identity management systems must provide adequate privacy protection as they leverage biometrics technology. Wielding Multi-Party Computation (MPC), Homomorphic Encryption (HE) and Functional Encryption (FE), this thesis tackles the design and implementation of practical privacy-preserving biometric systems, from the feature extraction to the matching with enrolled users. This work is consecrated to the design of secure biometric solutions for multiple scenarios, putting special care to balance accuracy and performance with the security guarantees, while improving upon existing works in the domain. We go beyond privacy preservation against semi-honest adversaries by also ensuring correctness facing malicious adversaries. Lastly, we address the leakage of biometric data when revealing the output, a privacy concern often overlooked in the literature. The main contributions of this thesis are: • A new face identification solution built on FE-based private inner product matching mitigating input leakage. • A novel efficient two-party computation protocol, Funshade, to preserve the privacy of biometric thresholded distance metric operations. • An innovative method to perform privacy-preserving biometric identification based on the notion of group testing named Grote. • A new distributed decryption protocol with collaborative masking addressing input leakage, dubbed Colmade. • An honest majority three-party computation protocol, Banners, to perform maliciously secure inference of Binarized Neural Networks. • A HE Python library named Pyfhel, offering a high-level abstraction and low-level functionalities, with applications in teaching.
Traitant des données très sensibles, les systèmes de gestion d'identité doivent fournir une protection adéquate de la confidentialité. En utilisant le calcul multipartite (MPC), le chiffrement homomorphe (HE) et le chiffrement fonctionnel (FE), cette thèse aborde la conception et la mise en œuvre de systèmes biométriques préservant la confidentialité pour de multiples scénarios. Nous améliorons les travaux existants dans le domaine, en équilibrant la précision et la performance avec les garanties de sécurité. Nous allons au-delà des adversaires semi-honnêtes pour garantir la correction face aux adversaires malveillants. Enfin, nous abordons la question de la fuite des données biométriques lors de la révélation du résultat, un problème de confidentialité souvent négligé dans la littérature. Les principales contributions de cette thèse sont : - Une nouvelle solution d'identification de visage construite sur la FE pour produits scalaires atténuant la fuite d'entrée. - Un nouveau protocole de calcul à deux parties, Funshade, pour préserver la confidentialité des opérations biométriques de calcul de distance avec seuil. - Une méthode innovante d'identification biométrique préservant la confidentialité, basée sur la notion de test de groupe appelée Grote. - Un nouveau protocole de décryptage distribué avec masquage collaboratif traitant la fuite d'entrée, appelé Colmade. - Un protocole de calcul tripartite à majorité honnête, Banners, pour réaliser l'inférence malicieusement sécurisée de réseaux neuronaux binarisés. - Une bibliothèque Python HE nommée Pyfhel, offrant une abstraction de haut niveau et des fonctionnalités de bas niveau, avec des applications dans l'enseignement.
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Origin Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-04058954 , version 1 (05-04-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04058954 , version 1

Cite

Alberto Ibarrondo Luis. Privacy-preserving biometric recognition systems with advanced cryptographic techniques. Computer Aided Engineering. Sorbonne Université, 2023. English. ⟨NNT : 2023SORUS033⟩. ⟨tel-04058954⟩
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