Cryptographie sur les courbes elliptiques et tolérance aux pannes dans les réseaux de capteurs

Elliptic curve cryptography and fault tolerance in sensor networks

• Auteur / Autrice : Yanbo Shou
• Direction : Hervé Guyennet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 10/09/2014
• Etablissement(s) : Besançon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique, Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Jury : Président / Présidente : Jean-Christophe Lapayre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Guyennet, Jean-Christophe Lapayre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelhamid Mellouk, Marc Bui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cryptographie

Réseaux de capteurs (technologie)

Mots clés libres

Réseaux de capteurs sans fil

Sécurité

Cryptographie

Courbe elliptique

Parallélisme

Tolérance aux pannes

Wireless sensor networks

Security

Cryptography

Elliptic curve

Parallelism

Fault tolerance

Résumé

L’émergence des systèmes embarqués a permis le développement des réseaux de capteurs sans fil dans de nombreux domaines différents. Cependant, la sécurité reste un problème ouvert. La vulnérabilité des nœuds est principalement liée au manque de ressources. En effet, l’unité de traitement ne dispose pas d’assez de puissance et de mémoire pour gérer des mécanismes de sécurité très complexes.La cryptographie est une solution qui est largement utilisée pour sécuriser les réseaux. Par rapport à la cryptographie symétrique, la cryptographie asymétrique nécessite des calculs plus compliqués,mais elle offre une distribution de clés plus sophistiquée et la signature numérique. Dans cette thèse, nous essayons d’optimiser la performance d’ECC (Elliptic Curve Cryptography), un cryptosystème asymétrique qui est connu pour sa robustesse et son utilisation de clé plus courte par rapport à RSA. Nous proposons d’utiliser le parallélisme pour accélérer le calcul de la multiplication scalaire, qui est reconnue comme l’opération la plus coûteuse sur les courbes elliptiques. Les résultats de tests ont montré que notre solution offre un gain intéressant malgré une augmentation de la consommation d’énergie.La deuxième partie de la contribution concerne l’application de la tolérance aux pannes dans notre architecture de parallélisation. Nous utilisons les nœuds redondants pour la détection des pannes et la restauration du calcul. Ainsi, en utilisant l’ECC et la tolérance aux pannes, nous proposons une solution de sécurité efficace et sûre pour les systèmes embarqués.

The emergence of embedded systems has enabled the development of wireless sensor networks indifferent domains. However, the security remains an open problem. The vulnerability of sensor nodesis mainly due to the lack of resources. In fact, the processing unit doesn’t have enough power ormemory to handle complex security mechanisms.Cryptography is a widely used solution to secure networks. Compared with symmetric cryptography,the asymmetric cryptography requires more complicated computations, but it offers moresophisticated key distribution schemes and digital signature.In this thesis, we try to optimize the performance of ECC. An asymmetric cryptosystem which isknown for its robustness and the use of shorter keys than RSA. We propose to use parallelismtechniques to accelerate the computation of scalar multiplications, which is recognized as the mostcomputationally expensive operation on elliptic curves. The test results have shown that our solutionprovides a significant gain despite an increase in energy consumption.The 2nd part of our contribution is the application of fault tolerance in our parallelism architecture.We use redundant nodes for fault detection and computation recovery. Thus, by using ECC and faulttolerance, we propose an efficient and reliable security solution for embedded systems.