SECURITY ANALYSIS OF CRYPTOGRAPHIC PRIMITIVES AND ITS AUTOMATION

The security of communication in connected devices heavily relies on cryptographic solutions, both symmetric and asymmetric. Differential, impossible differential, and linear cryptanalysis have led to some of the most efficient key recovery attacks against symmetric block ciphers since their introduction in the 1990s. However, such a security analysis of a cryptographic primitive is often a computationally heavy and error-prone process. This work details an automated tool for converting such instances into Combinatorial Optimization Problems (COP), with a deep analysis of the performance of various solvers and techniques, and some improvements in the state of the art of the security analysis of some cryptographic primitives. Afterwards, the focus is shifted to asymmetric cryptography, and a new traceable, secure homomorphic network coding signature scheme is proposed.

La sicurezza delle comunicazioni tra dispositivi connessi a una rete fa grande affidamento su soluzioni crittografiche, sia simmetriche che asimmetriche. Le tecniche di crittoanalisi differenziale, differenziale impossibile e lineare, hanno prodotto alcuni tra gli attacchi di recupero della chiave segreta di un cifrario a blocchi più efficienti dalla loro introduzione negli anni '90. Nonostante la grande conoscenza ed efficacia di queste tecniche, però, l'analisi di sicurezza di una primitiva crittografica rimane un processo molto impegnativo computazionalmente, e soggetto a errori. Questo lavoro presenta un tool automatico per rappresentare istanze di questo tipo come problemi di Ottimizzazione Combinatoria (COP), insieme ad una analisi approfondita delle performance di diversi solutori automatici, e diverse tecniche crittoanalitiche, oltre che alcuni miglioramenti dello stato dell'arte nell'analisi di sicurezza di alcune primitive crittografiche. Successivamente, il focus della tesi si sposta sulla crittografia asimmetrica, con la proposta di uno schema innovativo di firma digitale tracciabile e sicuro, in un contesto di network coding.