Countermeasures to side-channel attacks and secure multi-party computation
Contre-mesures aux attaques par canaux cachés et calcul multi-parti sécurisé
Résumé
Cryptosystems are present in a lot of everyday life devices, such as smart cards, smartphones, set-topboxes or passports. The security of these devices is threatened by side-channel attacks, where an attacker observes their physical behavior to learn information about the manipulated secrets. The evaluation of the resilience of products against such attacks is mandatory to ensure the robustness of the embedded cryptography. In this thesis, we exhibit a methodology to efficiently evaluate the success rate of side-channel attacks, without the need to actually perform them. In particular, we build upon a paper written by Rivainin 2009, and exhibit explicit formulaes allowing to accurately compute the success rate of high-order side-channel attacks. We compare this theoretical approach against practical experiments. This approach allows for a quick assessment of the probability of success of any attack based on an additive distinguisher. We then tackle the issue of countermeasures against side- channel attacks. To the best of our knowledge, we study for the first time since the seminal paper of Ishai, Sahai and Wagner in 2003 the issue of the amount of randomness in those countermeasures. We improve the state of the art constructions and show several constructions and bounds on the number of random bits needed to securely perform the multiplication of two bits. We provide specific constructions for practical orders of masking, and prove their security and optimality. Finally, we propose a protocolallowing for the private computation of a secure veto among an arbitrary large number of players, while using a constant number of random bits. Our construction also allows for the secure multiplication of any number of elements of a finite field.
Les cryptosystèmes sont présents dans de nombreux appareils utilisés dans la vie courante, tels que les cartes à puces, ordiphones, ou passeports. La sécurité de ces appareils est menacée par les attaques par canaux auxiliaires, où un attaquant observe leur comportement physique pour obtenir de l’information sur les secrets manipulés. L’évaluation de la résilience de ces produits contre de telles attaques est obligatoire afin de s’assurer la robustesse de la cryptographie embarquée. Dans cette thèse, nous exhibons une méthodologie pour évaluer efficacement le taux de succès d’attaques par canaux auxiliaires, sans avoirbesoin de les réaliser en pratique. En particulier, nous étendons les résultats obtenus par Rivain en 2009, et nous exhibons des formules permettant de calculer précisément le taux de succès d’attaques d’ordre supérieur. Cette approche permet une estimation rapide de la probabilité de succès de telles attaques. Puis, nous étudions pour la première fois depuis le papier séminal de Ishai, Sahai et Wagner en 2003 le problème de la quantité d’aléa nécessaire dans la réalisation sécurisée d’une multiplication de deux bits. Nous fournissons des constructions explicites pour des ordres pratiques de masquage, et prouvons leur sécurité et optimalité. Finalement, nous proposons un protocole permettant le calcul sécurisé d’un veto parmi un nombre de joueurs arbitrairement grand, tout en maintenant un nombre constant de bits aléatoires. Notre construction permet également la multiplication sécurisée de n’importe quel nombre d’éléments d’un corps fini.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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