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Theses Year : 2023

Advanced encryption for the sharing of sensitive data

Chiffrement avancé pour le partage de données sensibles

Anaïs Barthoulot

Abstract

Data, including private information, plays a pivotal role in our daily lives today. Current research predominantly focuses on data storage, with an emphasis on the ability to securely process data even when it is encrypted. However, beyond mere preservation, data must also be shared in various ways: either among an individual and a group of individuals, sometimes bound by common characteristics defining sharing rules, or simply between two individuals. Currently, these different modes of sharing are not yet well-mastered, either due to their high performance cost or limited functionalities. This thesis delves into various encryption schemes tailored for sharing sensitive data, proposing new constructions. Firstly, we investigate two cryptographic primitives: identity-based encryption schemes with wildcards and cryptographic accumulators, which serve as a starting point for our new constructions. Regarding identity-based encryption schemes with wildcards, we introduce a new security property and propose two new instantiations, one of which satisfies this new security property that we have defined. For cryptographic accumulators, we present a new type of accumulator, an improved scheme compared to the state of the art, and a second scheme illustrating our new functionality. We also introduce a new security property for this primitive and raise numerous questions concerning various properties of the latter. Finally, we explore the construction of encryption schemes suited for data sharing using the two aforementioned primitives. We propose a generic construction of a group encryption scheme (including "augmented" group encryption) based on identity-based encryption schemes with wildcards. With our instantiations of the primitive, we achieve a new group encryption scheme that enhances the state of the art by offering adaptive security rather than just selective, while preserving the efficiency of the best schemes due to a constant ciphertext size. For "augmented" group encryption schemes, the combination of one of our instantiations of identity-based encryption schemes with wildcards and our generic construction enables us to obtain a new scheme, the first to guarantee adaptive security in the standard model. Unfortunately, in terms of efficiency, our scheme is no more efficient than a "trivial" solution. However, thanks to our generic constructions, an enhancement of the underlying primitive will contribute to improving "augmented" group encryption schemes. We also propose an attribute-based encryption scheme using our new type of accumulators. This scheme is the first to offer a constant size for the secret key and ciphertext, regardless of the number of attributes in the scheme, while guaranteeing adaptive security. However, this efficiency comes at the cost of an exponential size for the public key, and our construction, relying on specific features of our new accumulator instantiation with pairings, cannot be generalized. Finally, through a concrete use case, we introduce a novel approach to access control using identity-based encryption schemes with wildcards.
Les données, y compris les données privées, jouent aujourd'hui un rôle prépondérant dans notre quotidien. Les recherches actuelles se concentrent principalement sur le stockage de ces données, en mettant l'accent sur la possibilité de les traiter de manière sécurisée même lorsqu'elles sont chiffrées. Cependant, au-delà de leur conservation, ces données doivent également être partagées de diverses manières : soit entre un individu et un groupe d'individus, parfois unis par des caractéristiques communes qui définissent les règles de partage, soit simplement entre deux individus. À l'heure actuelle, ces différents modes de partage ne sont pas encore bien maîtrisés, que ce soit en raison de leur coût élevé en termes de performance ou de leurs fonctionnalités limitées. Cette thèse se penche sur divers schémas de chiffrement adaptés au partage de données sensibles, en proposant de nouvelles constructions. Tout d'abord, nous examinons deux primitives cryptographiques : les schémas de chiffrement basés sur l'identité avec caractère générique et les accumulateurs cryptographiques, qui serviront de point de départ pour nos nouvelles constructions. En ce qui concerne les schémas de chiffrement basés sur l'identité avec caractère générique, nous introduisons une nouvelle propriété de sécurité et proposons deux nouvelles instanciations, dont l'une satisfait cette nouvelle propriété de sécurité que nous avons définie. Pour les accumulateurs cryptographiques, nous présentons un nouveau type d'accumulateur, ainsi qu'un schéma amélioré par rapport à l'état de l'art, et un deuxième schéma illustrant notre nouvelle fonctionnalité. Nous introduisons également une nouvelle propriété de sécurité pour cette primitive et soulevons de nombreuses questions concernant différentes propriétés de cette dernière. Enfin, nous explorons la construction de schémas de chiffrement adaptés au partage de données en utilisant les deux primitives précédentes. Nous proposons une construction générique de schéma de chiffrement de groupe (y compris le chiffrement de groupe "augmenté") à partir de schémas de chiffrement basés sur l'identité avec caractère générique. Grâce à nos instanciations de la primitive, nous obtenons un nouveau schéma de chiffrement de groupe qui améliore l'état de l'art en offrant une sécurité adaptative plutôt que simplement sélective, tout en préservant l'efficacité des meilleurs schémas grâce à une taille de chiffré constante. Pour les schémas de chiffrement de groupe "augmentés", la combinaison d'une de nos instanciations de schémas de chiffrement basés sur l'identité avec caractère générique et notre construction générique nous permet d'obtenir un nouveau schéma, le premier à garantir une sécurité adaptative dans le modèle standard. Malheureusement, en termes d'efficacité, notre schéma n'est pas plus efficace qu'une solution "triviale". Cependant, grâce à nos constructions génériques, une amélioration de la primitive sous-jacente contribuera à l'amélioration des schémas de chiffrement de groupe "augmentés". Nous proposons également un schéma de chiffrement basé sur les attributs en utilisant notre nouveau type d'accumulateurs. Ce schéma est le premier à offrir une taille constante pour la clé secrète et le chiffré, indépendamment du nombre d'attributs dans le schéma, tout en garantissant une sécurité adaptative. Cependant, cette efficacité est obtenue au détriment de la taille exponentielle de la clé publique, et notre construction, reposant sur des spécificités propres à l'instanciation de notre nouvel accumulateur avec des couplages, ne peut pas être généralisée. Enfin, à travers un cas d'usage concret, nous proposons une nouvelle approche du contrôle d'accès grâce aux schémas de chiffrement basés sur l'identité avec caractère générique.
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Dates and versions

tel-04453667 , version 1 (12-02-2024)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04453667 , version 1

Cite

Anaïs Barthoulot. Advanced encryption for the sharing of sensitive data. Cryptography and Security [cs.CR]. Université de Limoges, 2023. English. ⟨NNT : 2023LIMO0067⟩. ⟨tel-04453667⟩
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