Worst case QC-MDPC decoder for McEliece cryptosystem

McEliece encryption scheme which enjoys relatively small key sizes as well as a security reduction to hard problems of coding theory. Furthermore, it remains secure against a quantum adversary and is very well suited to low cost implementations on embedded devices. Decoding MDPC codes is achieved with the (iterative) bit flipping algorithm, as for LDPC codes. Variable time decoders might leak some information on the code structure (that is on the sparse parity check equations) and must be avoided. A constant time decoder is easy to emulate, but its running time depends on the worst case rather than on the average case. So far implementations were focused on minimizing the average cost. We show that the tuning of the algorithm is not the same to reduce the maximal number of iterations as for reducing the average cost. This provides some indications on how to engineer the QC-MDPC-McEliece scheme to resist a timing side-channel attack.Comment: 5 pages, conference ISIT 201

Cryptanalysis of the McEliece Public Key Cryptosystem based on Polar Codes

International audiencePolar codes discovered by Arikan form a very powerful family of codes attaining many information theoretic limits in the fields of error correction and source coding. They have in particular much better decoding capabilities than Goppa codes which places them as a serious alternative in the design of both a public-key encryption scheme à la McEliece and a very efficient signature scheme. Shrestha and Kim proposed in 2014 to use them in order to come up with a new code-based public key cryptosystem. We present a key-recovery attack that makes it possible to recover a description of the permuted polar code providing all the information required for decrypting any message

Etude de cryptosystèmes à clé publique basés sur les codes MDPC quasi-cycliques

Considering the McEliece cryptosystem using quasi-cylcic MDPC (Moderate Density Parity Check matrix) codes allows us to build a post-quantum encryption scheme with nice features. Namely, it has reasonable key sizes and both encryption and decryption are performed using binary operations. Thus, this scheme seems to be a good candidate for embedded and lightweight implementations. In this case, any information obtained through side channels can lead to an attack. In the McEliece cryptosystem, the decryption process essentially consists in decoding. As we consider the use of an iterative and probabilistic algorithm, the number of iterations needed to decode depends on the instance considered and some of it may fail to be decoded. These behaviors are not suitable because they may be used to extract information about the secrets. One countermeasure could be to bound the number of encryptions using the same key. Another solution could be to employ a constant time decoder with a negligible decoding failure probability, that is to say which is about the expected security level of the cryptosystem. The main goal of this thesis is to present new methods to analyse decoder behavior in a cryptographic context.Second, we explain why a McEliece encryption scheme based on polar code does not ensure the expected level of security. To do so, we apply new techniques to resolve the code equivalence problem. This allows us to highlight several common properties shared by Reed-Muller codes and polar codes. We introduce a new family of codes, named decreasing monomial codes, containing both Reed-Muller and polar codes. These results are also of independent interest for coding theory.L’utilisation des codes MDPC (Moderate Density Parity Check) quasi-cycliques dans le cryptosystème de McEliece offre un schéma de chiffrement post-quantique dont les clés ont une taille raisonnable et dont le chiffrement et le déchiffrement n’utilisent que des opérations binaires. C’est donc un bon candidat pour l’implémentation embarquée ou à bas coût.Dans ce contexte, certaines informations peuvent être exploitées pour construire des attaques par canaux cachés.Ici, le déchiffrement consiste principalement à décoder un mot de code bruité. Le décodeur utilisé est itératif et probabiliste : le nombre d’itérations de l'algorithme varie en fonction des instances et certains décodages peuvent échouer. Ces comportements ne sont pas souhaitables car ils peuvent permettre d’extraire des informations sur le secret.Une contremesure possible est de limiter le nombre d’instances de chiffrement avec les mêmes clés. Une autre façon serait de recourir à un décodage à temps constant dont la probabilité d’échec au décodage est négligeable. L’enjeu principal de cette thèse est de fournir de nouveaux outils pour analyser du comportement du décodeur pour la cryptographie.Dans un second temps, nous expliquons pourquoi l'utilisation des codes polaires n'est pas sûre pour le cryptosystème de McEliece. Pour ce faire, nous utilisons de nouvelles techniques afin de résoudre une équivalence de codes. Nous exhibons de nombreux liens entre les codes polaires et les codes de Reed-Muller et ainsi d'introduire une nouvelle famille de codes : les codes monomiaux décroissants. Ces résultats sont donc aussi d'un intérêt indépendant pour la théorie des codes

Study of public key cryptosystems based on quasi-cyclic MDPC codes

L’utilisation des codes MDPC (Moderate Density Parity Check) quasi-cycliques dans le cryptosystème de McEliece offre un schéma de chiffrement post-quantique dont les clés ont une taille raisonnable et dont le chiffrement et le déchiffrement n’utilisent que des opérations binaires. C’est donc un bon candidat pour l’implémentation embarquée ou à bas coût.Dans ce contexte, certaines informations peuvent être exploitées pour construire des attaques par canaux cachés.Ici, le déchiffrement consiste principalement à décoder un mot de code bruité. Le décodeur utilisé est itératif et probabiliste : le nombre d’itérations de l'algorithme varie en fonction des instances et certains décodages peuvent échouer. Ces comportements ne sont pas souhaitables car ils peuvent permettre d’extraire des informations sur le secret.Une contremesure possible est de limiter le nombre d’instances de chiffrement avec les mêmes clés. Une autre façon serait de recourir à un décodage à temps constant dont la probabilité d’échec au décodage est négligeable. L’enjeu principal de cette thèse est de fournir de nouveaux outils pour analyser du comportement du décodeur pour la cryptographie.Dans un second temps, nous expliquons pourquoi l'utilisation des codes polaires n'est pas sûre pour le cryptosystème de McEliece. Pour ce faire, nous utilisons de nouvelles techniques afin de résoudre une équivalence de codes. Nous exhibons de nombreux liens entre les codes polaires et les codes de Reed-Muller et ainsi d'introduire une nouvelle famille de codes : les codes monomiaux décroissants. Ces résultats sont donc aussi d'un intérêt indépendant pour la théorie des codes.Considering the McEliece cryptosystem using quasi-cylcic MDPC (Moderate Density Parity Check matrix) codes allows us to build a post-quantum encryption scheme with nice features. Namely, it has reasonable key sizes and both encryption and decryption are performed using binary operations. Thus, this scheme seems to be a good candidate for embedded and lightweight implementations. In this case, any information obtained through side channels can lead to an attack. In the McEliece cryptosystem, the decryption process essentially consists in decoding. As we consider the use of an iterative and probabilistic algorithm, the number of iterations needed to decode depends on the instance considered and some of it may fail to be decoded. These behaviors are not suitable because they may be used to extract information about the secrets. One countermeasure could be to bound the number of encryptions using the same key. Another solution could be to employ a constant time decoder with a negligible decoding failure probability, that is to say which is about the expected security level of the cryptosystem. The main goal of this thesis is to present new methods to analyse decoder behavior in a cryptographic context.Second, we explain why a McEliece encryption scheme based on polar code does not ensure the expected level of security. To do so, we apply new techniques to resolve the code equivalence problem. This allows us to highlight several common properties shared by Reed-Muller codes and polar codes. We introduce a new family of codes, named decreasing monomial codes, containing both Reed-Muller and polar codes. These results are also of independent interest for coding theory

Etude d'un système de chiffrement de type McEliece à base de codes polaires

National audienc

Etude d'un système de chiffrement de type McEliece à base de codes polaires

National audienc

Humanités numériques et Sciences de l’information et de la communication

International audienceSans fanfaronner exagérément, il faut bien reconnaître en préambule que les sciences de l’information et de la communication (SIC) ont de longue date développé des théories et des paradigmes qui permettent de saisir et d’analyser les enjeux sociaux liés au « numérique » (numérisation, informatisation, TIC). Qu’il s’agisse des travaux ayant souligné les implications des systèmes d’information informatisés dans l’organisation du travail, ceux portant sur les mutations médiatiques de la communication, ceux analysant les relations entre technique et société à travers les usages des dispositifs d’information et de communication, ceux interrogeant les discours de la société de l’information, ceux abordant les industries culturelles et médiatiques ou bien encore, les recherches analysant les médiations liées à la numérisation documentaire. Au-delà des enjeux liés au numérique ou à ceux de la numérisation croissante des activités de médiation, la question de l’artefactualité technique, impliquée par toute transmission ou transformation d’informations ou de connaissances, est depuis la fin des années 70 une question essentielle des SIC