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Theses Year : 2021

Design, analysis and implementation of cryptographic symmetric encryption algorithms on FPGA

Conception, analyse et implémentation d'algorithmes de chiffrement symétrique sur FPGA

Abstract

This work studies several aspects of design and implementation of symmetric cryptography. The focus was brought on two different kinds of construction, namely lightweight block ciphers and sponge functions providing authenticated encryption. For both the goal is to define solutions ensuring similar security bounds as standards algorithms while achieving good performances towards throughput and low area occupation. The first part of this thesis focuses on the state-of-the art in designing block ciphers and which parameters and construction may lead to the desired performances. We then define a new mode of operation achieving the same security margins as the mode of operation standardized by the NIST and the ANSSI while allowing application where the initialization vector cannot be sent to both correspondents. The second half is based on the study of sponge functions, from the SHA-3 competition to the NIST LWC standardization process, of both mode of operation and permutation to achieve the best performances as possible for different use cases.
Cette thèse explore différents aspects de construction d'algorithmes de chiffrement symétrique. Les travaux portent sur le design et l'implémentation d'algorithmes de chiffrement par blocs dits légers, ainsi que sur les fonctions éponges permettant de réaliser du chiffrement authentifié. Le but recherché dans les deux notions est de définir des solutions permettant de garantir des bornes de sécurité similaires à celles des algorithmes standards de la littérature cryptographique tout en obtenant des performances et un ratio débit sur surface utilisée le meilleur possible. La première partie étudie les algorithmes de chiffrement par blocs légers et les différentes techniques existantes pour développer un nouvel algorithme avec les propriétés souhaitées. Nous définissons également un nouveau mode d'opération permettant de garantir une sécurité équivalente à celle des modes d'opération standardisés par le NIST ou l'ANSSI tout en offrant la possibilité d'une application n'échangeant pas de vecteur d'initialisation. Pour finir, après une comparaison des différents modes d'opération ainsi que les permutations existantes dans la littérature, le but est de définir les meilleurs candidats possibles selon le cas d'usage.
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Origin Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03526551 , version 1 (14-01-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03526551 , version 1

Cite

Loïc Besson. Design, analysis and implementation of cryptographic symmetric encryption algorithms on FPGA. Cryptography and Security [cs.CR]. Université Paris-Saclay, 2021. English. ⟨NNT : 2021UPASG104⟩. ⟨tel-03526551⟩
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