Conception d'un jeu d'instructions homomorphe universel et applications au transchiffrement avec TFHE

Avec l'émergence d'internet et le flux grossissants de communications que cela entraîne, conserver la confidentialité des données communiquées reste un enjeu majeur pour la vie privée des utilisateurs. Jusqu'à présent, la confidentialité est assurée lors du transfert, et parfois du stockage de nos données à des serveurs distants. En revanche, dès que nous souhaitons faire appel à un serveur distant pour appliquer des calculs à nos données (par exemple appliquer un filtre sur une photo), celui-ci doit les déchiffrer pour procéder aux manipulations souhaitées. Un attaquant qui aurait accès aux serveurs de tels fournisseurs de service aurait donc un accès aux données non protégées des utilisateurs.Une solution pour répondre à cette faille de sécurité est d'utiliser le chiffrement homomorphe. Ce nouveau type de chiffrement permet en effet d'effectuer des calculs directement sur les données chiffrées: plus besoin de déchiffrer pour calculer, nos données sont donc protégées de bout en bout !Cependant, aussi idyllique que paraisse cette solution, quelques freins subsistent à son déploiement. En effet, les chiffrés homomorphes sont très lourds (plusieurs milliers d'octets pour seulement quelques bits d'information) ce qui a des conséquences sur le temps d'exécution des calculs et la quantité de mémoire nécessaire à leur bon déroulement.Dans cette thèse, nous étudions un procédé appelé "transchiffrement" qui permet de réduire la borne passante utilisée pour l'envoi de données homomorphes, ce qui a pour effet secondaire d'également réduire le délai d'attente lors de l'envoi de données. En particulier, nous nous concentrons sur les chiffrements par bloc tels que l'AES.Dans un deuxième temps, nous proposons un jeu d'instruction universel pour processeur homomorphe. C'est-à-dire, nous construisons un jeu d'instruction qui fonctionne sur données chiffrées. Notre processeur permet d'effectuer n'importe quel algorithme avec des latences compétitives avec l'état de l'art.En résumé, nous proposons des améliorations du cryptosystème homomorphe TFHE en étudiant différentes méthodes de transchiffrement, différents chiffrements à bloc et en créant un jeu d'instructions universel compétitif avec l'état de l'art en terme de latence et qui permet l'évaluation de n'importe quel algorithme de façon facilité par rapport aux approches standards.