Constructions of Advanced Cryptographic Primitives - Inria - Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique Access content directly
Theses Year : 2023

Constructions of Advanced Cryptographic Primitives

Constructions de Primitives Cryptographiques Avancées

Abstract

In this thesis, we propose efficient constructions of cryptographic primitives with advanced functionalities. We focus on primitives that enable privacy-preserving applications, such as encrypted search or electronic voting, with provable security in the random oracle model (ROM). In particular, we construct searchable symmetric encryption (SSE) and blind signature schemes. SSE allows a client to perform keyword queries on an encrypted database stored on a distant server. To obtain the result, the server often performs a large number of random memory accesses. In consequence, the memory throughput of an SSE scheme is often the main bottleneck. For our constructions, we first propose variants of classical hashing schemes that allow for allocation of weighted items. Based on these variants, we construct several SSE schemes with good memory efficiency on modern storage media. This includes Pluto, a static SSE scheme with optimal memory efficiency, and Hermes, a dynamic SSE scheme with sublogarithmic memory efficiency and forward security. Blind signatures serve as a foundational tool for privacy-preserving applications (e.g., electronic voting, privacy-authentication tokens, blockchains). We present two optimized frameworks to construct blind signatures in the ROM. We instantiate each framework in the pairing setting and obtain efficient round-optimal blind signatures under standard assumptions. The first construction is a highly optimized variant of the generic blind signature construction by Fischlin (CRYPTO’06). Our second construction is a semi-generic construction from a specific class of randomizable signature schemes that admits an all-but-one reduction.
Dans cette thèse, nous proposons des constructions efficaces de primitives cryptographiques avec des fonctionnalités avancées. Nous nous concentrons sur des primitives qui permettent des applications préservant la confidentialité, telles que la recherche sur des données chiffrées ou le vote électronique, avec une sécurité prouvable dans le modèle de l’oracle aléatoire (ROM). En particulier, nous construisons des schémas de chiffrement avec recherche (SSE) et des schémas de signature aveugle. SSE permet à un client d’effectuer des requêtes par mots-clés sur une base de données chiffrée stockée sur un serveur distant. Pour obtenir le résultat, le serveur effectue souvent un grand nombre d’accès aléatoires à la mémoire. En conséquence, le débit mémoire d’un schéma SSE est souvent le principal goulot d’étranglement. Pour nos constructions, nous proposons d’abord des variantes de schémas de hachage classiques qui permettent l’allocation d’éléments pondérés. Sur la base de ces variantes, nous construisons plusieurs schémas SSE avec une bonne efficacité mémoire sur les supports de stockage modernes. Cela inclut Pluto, un schéma SSE statique avec une efficacité mémoire optimale, et Hermes, un schéma SSE dynamique avec une efficacité mémoire sous-logarithmique et sécurité persistante. Les signatures aveugles servent d’outil fondamental pour les applications préservant la confidentialité (par exemple, le vote électronique, les jetons confidentiels d’authentification, les chaînes de blocs). Nous présentons deux cadres optimisés pour construire des signatures aveugles dans le ROM. Nous instancions chaque cadre dans le contexte des couplages et obtenons des signatures aveugles efficaces avec un nombre optimal de tours sous des hypothèses standards. La première construction est une variante hautement optimisée de la construction générique de signature aveugle de Fischlin (CRYPTO’06). Notre deuxième construction est une construction semi-générique à partir d’une classe spécifique de schémas de signature randomisables qui admet une réduction tous-sauf-un.
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tel-04279301 , version 1 (10-11-2023)

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  • HAL Id : tel-04279301 , version 1

Cite

Michael Reichle. Constructions of Advanced Cryptographic Primitives. Computer Science [cs]. Ecole normale supérieure - ENS PARIS, 2023. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04279301⟩
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