Conception de Solutions Matérielles de Chiffrement Basées Chaos pour des Applications Vidéo Sécurisées

Lightweight Hardware Design of a Chaos-Based Stream Cipher for Secure Video Applications

• Auteur / Autrice : Guillaume Gautier
• Direction : Olivier Déforges, Safwan El Assad
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Vision
• Date : Soutenance le 09/12/2020
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : William Puech
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Déforges, Safwan El Assad, William Puech, Régis Leveugle, René Lozi, Nathalie Bochard, Wassim Hamidouche
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régis Leveugle, René Lozi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Internet des objets

Systèmes de sécurité

Cryptographie

Chiffrement (informatique)

Mots clés libres

Cryptographie basée chaos

Attaques par canaux auxilliaires

Chiffrement sélectif

Versatile video coding

Chaos-based cryptogrphy

Side-channel attacks

Versatile video coding

Selective encryption

Résumé

De par de la prolifération des objets connectés, le développement de systèmes cryptographiques sécurisés et à faibles ressources est devenu un véritable défi. De nombreux algorithmes de cryptage n’ont pas été conçus initialement pour être mis en oeuvre sur des plateformes embarquées aux ressources informatiques, de mémoire et énergétiques limitées. De plus, les méthodes d’Attaque par Canaux Auxiliaires (SCAs) sont de plus en plus efficaces, le coût de leurs applications diminue, de sorte que le besoin d’un chiffrement sécurisé, léger et orienté matériel est considérable. Dans cette thèse, après avoir évalué la sécurité d’un chiffrement par flux basé chaos, une conception avancée de ce chiffrement par flux est proposée. Une implémentation matérielle de ce nouveau chiffrement est introduite et évaluée par rapport aux SCAs. Dans une dernière partie, une méthode de cryptage sélectif pour la prochaine norme de codage vidéo Versatile Video Coding (VVC) est présentée. Elle est appliquée sur des séquences vidéos suivant les Conditions de Test Communes (CTC) du standard, en utilisant un chiffrement standardisé Advanced Encryption Standard (AES).

Due to the proliferation of connected devices, the development of secured and low-resource cryptographic systems has become a real challenge. Many encryption algorithms were not designed to be implemented on embedded platforms with limited computing, memory and energy resources. Moreover, Side-Channel Attack (SCA) are more and more efficient, the cost of their applications is decreasing so the need for a secure lightweight hardware-friendly cipher is considerable. In this thesis, after assessing the security of an exciting chaos-based stream cipher, an enhanced design of this stream cipher is proposed. Then, a hardware implementation of this new cipher is introduced and assessed against SCA. Finally, a selective encryption method for the next video coding standard Versatile Video Coding (VVC) is proposed and assessed under the Joint Video Experts Team (JVET) Common Test Conditions (CTC) sequences using Advanced Encryption Standard (AES).