A qutrit Quantum Key Distribution protocol with better noise resistance

The Ekert quantum key distribution protocol uses pairs of entangled qubits and performs checks based on a Bell inequality to detect eavesdropping. The 3DEB protocol uses instead pairs of entangled qutrits to achieve better noise resistance than the Ekert protocol. It performs checks based on a Bell inequality for qutrits named CHSH-3. In this paper, we present a new protocol, which also uses pairs of entangled qutrits, but achieves even better noise resistance than 3DEB. This gain of performance is obtained by using another inequality called here hCHSH-3. As the hCHSH3 inequality involve products of observables which become incompatible when using quantum states, we show how the parties running the protocol can measure the violation of hCHSH3 in the presence of noise, to ensure the secrecy of the key.Comment: 11 page

Characterizing the qIND-qCPA (in)security of the CBC, CFB, OFB and CTR modes of operation

We fully characterize the post-quantum security of the $\mathsf{CBC}$, $\mathsf{CFB}$, $\mathsf{OFB}$ and $\mathsf{CTR}$ modes of operation by considering all possible notions of $\textsf{qIND-qCPA}$ security defined by Carstens, Ebrahimi, Tabia and Unruh (TCC 2021), thus extending the work performed by Anand, Targhi, Tabia and Unruh (PQCrypto 2016). We show that the results obtained by Anand et al. for the $\textsf{qIND-qCPA-P6}$ security of these modes carry on to the other $\textsf{IND-qCPA}$ notions, namely the $\textsf{qIND-qCPA-P10}$ and $\textsf{qIND-qCPA-P11}$ ones. We also show that all of these modes are insecure according to all of the other notions, regardless of the block cipher they are used with. We also provide two general results concerning the insecurity of commonly used properties of block ciphers, namely those preserving the length of their input and those using the $\texttt{XOR}$ operation as a way to randomize the encryption. Finally, we use these results to highlight the need for new quantum semantic security notions

Quantum cryptography and applications to space communications

Cette thèse réalisée en collaboration avec l’entreprise Thales Alenia Space, qui étudie les protocoles de cryptographie quantique à n parties en dimension d, a un double objectif. D’une part, nous analysons la famille des inégalités de Bell homogènes introduites par par François Arnault dans [1] afin de proposer des outils théoriques pour leur compréhension et leur implémentation à l’aide d’appareils optiques appelés ditters dont une représentation mathématique est donnée par Zukowski et al. dans [2]. Avec ces outils théoriques, nous proposons de nouveaux protocoles cryptographiques en dimension d qui sont décrits dans [3] et qui utilisent ces inégalités. D’autre part, nous étudions les avantages et inconvénients de la cryptographie quantique pour la protection des communications avec un satellite LEO en environnement bruité dans différents scénarios et, pour chacun de ces scénarios, nous concluons sur l’intérêt d’utiliser des protocoles de Distribution Quantique de Clés.This thesis in collaboration with Thales Alenia Space studies quantum cryptographic protocols for n parties in dimension d. We first analyze the family of Bell inequalities called homogeneous Bell inequalities introduces by François Arnault in [1] and we construct several theoretical tools for a better understanding of these inequalities. With these tools, we show how to implement the measurements required to test these inequalities by using optical devices calleds multiport beamsplitters and described by Zukowski et al. in [2]. We use these devices to construct new cryptographic protocols in dimension d called hdDEB which we describe in [3]. Then, we study advantages and drawbacks of the use of quantum cryptography to protect satellite links in a noisy environment. We consider several scenarios with LEO satellites and, for each of them, we conclude about the interest of using Quantum Key Distribution protocols

Cryptographie quantique et applications spatiales

This thesis in collaboration with Thales Alenia Space studies quantum cryptographic protocols for n parties in dimension d. We first analyze the family of Bell inequalities called homogeneous Bell inequalities introduces by François Arnault in [1] and we construct several theoretical tools for a better understanding of these inequalities. With these tools, we show how to implement the measurements required to test these inequalities by using optical devices calleds multiport beamsplitters and described by Zukowski et al. in [2]. We use these devices to construct new cryptographic protocols in dimension d called hdDEB which we describe in [3]. Then, we study advantages and drawbacks of the use of quantum cryptography to protect satellite links in a noisy environment. We consider several scenarios with LEO satellites and, for each of them, we conclude about the interest of using Quantum Key Distribution protocols.Cette thèse réalisée en collaboration avec l’entreprise Thales Alenia Space, qui étudie les protocoles de cryptographie quantique à n parties en dimension d, a un double objectif. D’une part, nous analysons la famille des inégalités de Bell homogènes introduites par par François Arnault dans [1] afin de proposer des outils théoriques pour leur compréhension et leur implémentation à l’aide d’appareils optiques appelés ditters dont une représentation mathématique est donnée par Zukowski et al. dans [2]. Avec ces outils théoriques, nous proposons de nouveaux protocoles cryptographiques en dimension d qui sont décrits dans [3] et qui utilisent ces inégalités. D’autre part, nous étudions les avantages et inconvénients de la cryptographie quantique pour la protection des communications avec un satellite LEO en environnement bruité dans différents scénarios et, pour chacun de ces scénarios, nous concluons sur l’intérêt d’utiliser des protocoles de Distribution Quantique de Clés

Modeling synchronized time series

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The design and implementation of Neuma, a collaborative Digital Scores Library - Requirements, architecture, and models

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