Arithmetic recodings for ECC cryptoprocessors with protections against side-channel attacks (2013)

Cette thse porte sur l'tude, la conception matrielle, la validation thorique et pratique, et enn la comparaison de dirents oprateurs arithmtiques pour des cryptosystmes bass sur les courbes elliptiques (ECC).Les solutions proposes doivent tre robustes contre certaines attaques par canaux cachs tout en tant performantes en matriel, tant au niveau de la vitesse d'excution que de la surface utilise.Dans ECC, nous cherchons protger la cl secrte, un grand entier, utilis lors de la multiplication scalaire.Pour nous protger contre des attaques par observation, nous avons utilis certaines reprsentations des nombres et des algorithmes de calcul pour rendre diciles certaines attaques ; comme par exemple rendre alatoires certaines reprsentations des nombres manipuls, en recodant certaines valeurs internes, tout en garantissant que les valeurs calcules soient correctes.Ainsi, l'utilisation de la reprsentation en chires signs, du systme de base double (DBNS) et multiple (MBNS) ont t tudis.Toutes les techniques de recodage ont t valides thoriquement, simules intensivement en logiciel, et enn implantes en matriel (FPGA et ASIC).Une attaque par canaux cachs de type template a de plus t ralise pour valuer la robustesse d'un cryptosystme utilisant certaines de nos solutions.Enn, une tude au niveau matriel a t mene dans le but de fournir un cryptosystme ECC un comportement rgulier des oprations eectues lors de la multiplication scalaire an de se protger contre certaines attaques par observation. SummaryThis Ph.D. thesis focuses on the study, the hardware design, the theoretical and practical validation, and eventually the comparison of dierent arithmetic operators for cryptosystems based on elliptic curves (ECC).Provided solutions must be robust against some side-channel attacks, and ecient at a hardware level (execution speed and area).In the case of ECC, we want to protect the secret key, a large integer, used in the scalar multiplication.Our protection methods use representations of numbers, and behaviour of algorithms to make more dicult some attacks.For instance, we randomly change some representations of manipulated numbers while ensuring that computed values are correct.Redundant representations like signed-digit representation, the double-(DBNS) and multi-base number system (MBNS) have been studied.A proposed method provides an on-the-y MBNS recoding which operates in parallel to curvelevel operations and at very high speed.All recoding techniques have been theoretically validated, simulated extensively in software, and nally implemented in hardware (FPGA and ASIC).A side-channel attack called template attack is also carried out to evaluate the robustness of a cryptosystem using a redundant number representation.Eventually, a study is conducted at the hardware level to provide an ECC cryptosystem with a regular behaviour of computed operations during the scalar multiplication so as to protect against some side-channel attacks. III Acknowledgements/RemerciementsAh les remerciements !C'est une des premires parties du manuscrit, mais en ralit, c'est celle que j'ai rdige en tout dernier.L'criture de ces lignes me tient donc particulirement cur pour deux raisons : tout d'abord car elles marquent la n et la validation de ma thse, mais surtout parce que je vais pouvoir remercier toutes les personnes qui m'ont accompagn et soutenu durant cette aventure.En eet, pendant plus de trois ans, mon travail ne s'est pas droul tel un long euve tranquille ; quelques moments de doute sont venus le parsemer et ce malgr mon naturel joyeux et optimiste.J'ai russi traverser les pripties, les rebondissements et les obstacles grce l'action de nombreux personnages : principaux ou secondaires, proches ou loigns, rcurrents ou ponctuels, ils m'ont tous apport une aide prcieuse.Dans un premier temps, je voudrais remercier Monsieur Guy GOGNIAT, professeur l'universit de Bretagne Sud, pour m'avoir fait l'honneur de prsider le jury de cette thse.