Une architecture de protection des données efficace basée sur la fragmentation et le cryptage

An efficient data protection architecture based on fragmentation and encryption

• Auteur / Autrice : Han Qiu
• Direction : Gérard Memmi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et réseaux
• Date : Soutenance le 20/10/2017
• Etablissement(s) : Paris, ENST
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Henri Maître
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Leneutre, Olivier Bettan, Frédéric Cuppens, Houda Labiod
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Jacques Quisquater, Gildas Avoine
• DOI : 10.70675/52300995zabb0z4b0fzbce8z3f7a5596bb1c

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protection de l'information (informatique)

Cryptographie

Mots clés libres

Sécurité informatique

Stockage sécurisé

GPGPU

Fragmentation

Chiffrement

Transformée en cosinus discrète, DCT

Bitmap

Computer security

Secure storage

GPGPU

Fragmentation

Encryption

Discrete Cosine Transform, DCT

Bitmap

Résumé

Une architecture logicielle de protection de données entièrement revisité basé sur le chiffrement sélectif est présentée. Tout d’abord, ce nouveau schéma est agnostique en terme de format de données (multimedia ou textuel). Deuxièmement, son implémentation repose sur une architecture parallèle utilisant un GPGPU de puissance moyenne permettant aux performances d’être comparable aux algorithmes de chiffrement utilisant l’architecture NI proposée par Intel particulièrement adaptée. Le format bitmap, en tant que format multimédia non compressé, est abordé comme un premier cas d’étude puis sera utilisé comme format pivot pour traiter tout autre format. La transformée en cosinus discrète (DCT) est la première transformation considérée pour fragmenter les données, les protéger et les stocker séparément sur des serveurs locaux et sur un cloud public. Ce travail a contribué à largement améliorer les précédents résultats publiés pour la protection sélective d’image bitmap en proposant une nouvelle architecture et en fournissant des expérimentations pratiques. L’unité de traitement graphique à usage général (GPGPU) est exploitée pour optimiser l’efficacité du calcul par rapport aux algorithmes traditionnels de chiffrement (tel que AES). Puis, un chiffrement sélectif agnostique basé sur la transformée en ondelettes discrètes sans perte (DWT) est présenté. Cette conception, avec des expérimentations pratiques sur différentes configurations matérielles, offre à la fois un fort niveau de protection et de bonnes performances en même temps que des possibilités de dispersion de stockage flexibles. Notre solution agnostique de protection de données combinant fragmentation, chiffrement et dispersion est applicable à une large gamme d’applications par un utilisateur final. Enfin, un ensemble complet d’analyses de sécurité est déployé pour s’assurer du bon niveau de protection fourni même pour les fragments les moins bien protégés.

In this thesis, a completely revisited data protection scheme based on selective encryption is presented. First, this new scheme is agnostic in term of data format, second it has a parallel architecture using GPGPU allowing performance to be at least comparable to full encryption algorithms. Bitmap, as a special uncompressed multimedia format, is addressed as a first use case. Discrete Cosine Transform (DCT) is the first transformation for splitting fragments, getting data protection, and storing data separately on local device and cloud servers. This work has largely improved the previous published ones for bitmap protection by providing new designs and practical experimentations. General purpose graphic processing unit (GPGPU) is exploited as an accelerator to guarantee the efficiency of the calculation compared with traditional full encryption algorithms. Then, an agnostic selective encryption based on lossless Discrete Wavelet Transform (DWT) is presented. This design, with practical experimentations on different hardware configurations, provides strong level of protection and good performance at the same time plus flexible storage dispersion schemes. Therefore, our agnostic data protection and transmission solution combining fragmentation, encryption, and dispersion is made available for a wide range of end-user applications. Also a complete set of security analysis are deployed to test the level of provided protection.