Modeling and construction of interactive cryptographic protocols for outsourced storage - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Modeling and construction of interactive cryptographic protocols for outsourced storage

Modélisation et construction de protocoles cryptographiques interactifs pour le stockage distant

Résumé

This thesis deals with the security of the storage, the access and themaintenance of outsourced data. Indeed, outsourced storage raises newthreats for users. We focus on the three following protocols. First,Proofs of Retrievability (PoR) allows a user who rarely accesses itsdata to be sure that it is effectively stored on the server and that itdid not suffer any alterations. Second, Updatable Encryption (UE)permits the user of an encrypted database to rotate potentiallycompromised cryptographic keys with low bandwith usage. Third, PrivateInformation Retrieval (PIR) allows a user to make the way it accessesoutsourced data confidential. The goal of this thesis can be summarizein three steps. In step one, we develop modular security notions andmodels that closely match the security expectations of real-worldsolutions for the three above problems. Then, in step two, we check ifexisting security definitions are sufficient, and sometimes alsonecessary, to provide the security guarantees identified in step one.Finally, we determine if existing cryptographic schemes reach oursecurity definitions and, if not, we improve them or propose newconstructions that do. Our security statements are phrased in theConstructive Cryptography (CC) model of Maurer. The contributions madein this thesis are the following. We solve three open problems inpost-quantum UE. Indeed, we propose the first post-quantum UE schemethat is secure against chosen ciphertexts attacks. Moreover, we proposethe first post-quantum UE schemes that support an unbounded number ofkey updates. Third, our new schemes are based on three differentproblems that are not lattice-based. We do so by studying the problem ofbuilding UE in the group action framework. As for PoRs, we show that thesecurity of a PoR of Lavauzelle and Levy-dit-Vehel was overestimated. Wepropose a framework for the design of secure and efficient PoR schemesbased on Locally Correctable Codes. We use our framework to give asecure generalization of the previously mentioned PoR. Furthermore, weuse expander codes to design another PoR scheme with better parameters.We also extend CC so as to handle interactive protocols. We use ourextension to model UE and PIR. As for UE, we give the first composablemodeling of UE by circumventing an impossibility result known as thecommitment problem. We use this modeling to understand which securitynotion for UE is best suited for different real-world applications. Asfor PIR, we give a composable and unified treatment of many PIR variants.
Cette thèse porte sur la sécurité du stockage, de l'accès et de lamaintenance de données distantes. En effet, le stockage distant faitémerger de nouvelles menaces pour ses utilisateurs. Nous nousintéressons aux trois protocoles suivants. Tout d'abord, les Preuves deRécupérabilité (PoR) permettent à un utilisateur qui accède rarement àses données de vérifier qu'elles sont bien toujours stockées et intactessur le serveur. Ensuite, le Chiffrement avec Mise à Jour (UE) rendpossible la rotation de clés potentiellement compromises en utilisantpeu de bande passante. Enfin, la Récupération Privée d'Information (PIR)rend les requêtes d'un client confidentielles. Le but de cette thèsepeut être résumé en trois étapes. En premier lieu, nous développons desnotions de sécurité modulaires qui expriment les garanties de sécuritéattendues par des applications concrètes. Ensuite, nous vérifions si lesdéfinitions de sécurité existantes sont suffisantes, voire nécessaires,pour apporter nos garanties. Finalement, si les schémas cryptographiquesexistants n'atteignent pas nos nouvelles définitions, nous lesaméliorons ou proposons de nouveaux schémas qui le font. Nos définitionsde sécurité sont données dans le modèle Cryptographie Constructive deMaurer. Voici les contributions de cette thèse. Nous résolvons troisproblèmes ouverts pour l'UE post-quantique. En effet, nous proposons lepremier schéma d'UE post-quantique résistant aux attaques à chiffréschoisis. De plus, nos nouveaux schémas post-quantique sont les premiersà permettre un nombre illimité de mises à jour. Enfin, leur sécuritérepose sur trois problèmes qui ne sont pas issus des réseaux. Nous yarrivons en construisant des schémas UE avec des actions de groupe. Pourles PoRs, nous montrons qu'un schéma de Lavauzelle et Levy-dit-Veheln'est pas sûr. Nous proposons un cadre pour concevoir des PoRs efficaceset sûrs en utilisant des codes localement corrigibles. Avec notre cadre,nous donnons une généralisation sûre du schéma précédent. De plus, nousutilisons des codes expanseurs pour construire un PoR avec de meilleursparamètres. Nous étendons également CC aux protocoles interactifs. Avecnotre extension, nous donnons la première modélisation composable d'UEen évitant un résultat d'impossibilité classique. Nous utilisons notremodèle pour comprendre quelles notions de sécurité d'UE sont adaptéesaux apllications concrètes. Pour ce qui est du PIR, nous en donnons unmodèle composable et unifié.
Fichier principal
Vignette du fichier
117718_ROMEAS_2022_archivage.pdf (1.18 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03887128 , version 1 (06-12-2022)
tel-03887128 , version 2 (24-05-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03887128 , version 2

Citer

Maxime Roméas. Modeling and construction of interactive cryptographic protocols for outsourced storage. Cryptography and Security [cs.CR]. Institut Polytechnique de Paris, 2022. English. ⟨NNT : 2022IPPAX086⟩. ⟨tel-03887128v2⟩
191 Consultations
91 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More