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Cryptographie 2013. Pascal Boyer (LAGA). Université Paris 13 janvier-février 2013. Vous trouverez sur http://www.math.univ-paris13.fr/
Cryptographie 2013
Pascal Boyer (LAGA)
Universit´e Paris 13
janvier-f´evrier 2013Vous trouverez sur
http://www.math.univ-paris13.fr/ boyer/enseignement/images.html un polycopi´e de cours ainsi que des liens vers les trois tds. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 1 / 278Cryptographie 2013
Pascal Boyer (LAGA)
Universit´e Paris 13
janvier-f´evrier 2013Vous trouverez sur
http://www.math.univ-paris13.fr/ boyer/enseignement/images.html un polycopi´e de cours ainsi que des liens vers les trois tds. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 1 / 2781G´en´eralit´es
Historique
Pr´esentation axiomatique
2Exemples simples
Codes de permutation
Codes de substitution
Cryptanalyse
Codes polyalphab´etiques
Code de VIC
3Codes modernes
Chiffrement en chaˆınes
Codes `a confidentialit´e parfaite
Registres `a d´ecalages
Applications aux GSM et WIFI
DES et AES
4Codes `a clefs publiques
RSAEl Gamal
Menezes-Vanstone
5Fonctions de Hachage
Probl´ematique
Description de SHA-1
Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 2 / 2786Protocoles
Signature et datation
Certificats
MAC´Echange de clefs
Mots de passe
Preuve sans transfert de connaissance
Transfert inconscient
Partage de secret
Carte bleue
SSL et TLS
PGP7Rappels math´ematiques
Th´eorie de la complexit´e
Division euclidienne
Congruences
Corps finis
Petit th´eor`eme de Fermat and co.
Sur les nombres premiers
M´ethode de factorisation
Polynˆomes
Courbes elliptiques
Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 3 / 278G´en´eralit´esHistorique
Historique
Lacryptographieou science du secret est un art tr`es ancien qui se d´eveloppe parall`element `a last´eganographie.Scytale
Sparte vers -450 AJC, (principe descodes de permutation)Code de Jules C´esar
vers -50 AJC, (principe descodes de substitution,n=n+ 3) cryptanalys´e par les arabes (9e), am´elior´e (ajout de blancs, mauvaise orthographe, et qui a coˆut´e la vie `a Marie Stuart (fin 16e) Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 4 / 278G´en´eralit´esHistorique
Historique
Lacryptographieou science du secret est un art tr`es ancien qui se d´eveloppe parall`element `a last´eganographie.Scytale
Sparte vers -450 AJC, (principe descodes de permutation)Code de Jules C´esar
vers -50 AJC, (principe descodes de substitution,n=n+ 3) cryptanalys´e par les arabes (9e), am´elior´e (ajout de blancs, mauvaise orthographe, et qui a coˆut´e la vie `a Marie Stuart (fin 16e) Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 4 / 278G´en´eralit´esHistorique
Historique
Lacryptographieou science du secret est un art tr`es ancien qui se d´eveloppe parall`element `a last´eganographie.Scytale
Sparte vers -450 AJC, (principe descodes de permutation)Code de Jules C´esar
vers -50 AJC, (principe descodes de substitution,n=n+ 3) cryptanalys´e par les arabes (9e), am´elior´e (ajout de blancs, mauvaise orthographe, et qui a coˆut´e la vie `a Marie Stuart (fin 16e) Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 4 / 278G´en´eralit´esHistorique
Historique
Code de Vigen`ere 1586
Premier chiffre polyalphab´etique, invuln´erable `a l"analyse statistique avec un nombre immense de clef, il resta n´eglig´e pendant deux si`ecles lui pr´ef´erant des chiffres de substitution homophonique: l"exemple le plus remarquable estle grand chiffrede Louis XIV (17e) d´echiffr´e seulement `a la fin du 19e.Codes `a r´epertoires
Tr`es anciens, utilis´es intensivement jusqu"au d´ebut du20-i`eme si`ecle.Enigma: d´ebut XXe
Utilis´ee par l"arm´ee allemande durant la seconde guerre mondiale, d´ecrypt´ee par les polonais grˆace a une r´ep´etition r´ecurrence, puis par AlanTuring via la recherchede mots probables.
Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 5 / 278G´en´eralit´esHistorique
Historique
Code de Vigen`ere 1586
Premier chiffre polyalphab´etique, invuln´erable `a l"analyse statistique avec un nombre immense de clef, il resta n´eglig´e pendant deux si`ecles lui pr´ef´erant des chiffres de substitution homophonique: l"exemple le plus remarquable estle grand chiffrede Louis XIV (17e) d´echiffr´e seulement `a la fin du 19e.Codes `a r´epertoires
Tr`es anciens, utilis´es intensivement jusqu"au d´ebut du20-i`eme si`ecle.Enigma: d´ebut XXe
Utilis´ee par l"arm´ee allemande durant la seconde guerre mondiale, d´ecrypt´ee par les polonais grˆace a une r´ep´etition r´ecurrence, puis par AlanTuring via la recherchede mots probables.
Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 5 / 278G´en´eralit´esHistorique
Historique
Code de Vigen`ere 1586
Premier chiffre polyalphab´etique, invuln´erable `a l"analyse statistique avec un nombre immense de clef, il resta n´eglig´e pendant deux si`ecles lui pr´ef´erant des chiffres de substitution homophonique: l"exemple le plus remarquable estle grand chiffrede Louis XIV (17e) d´echiffr´e seulement `a la fin du 19e.Codes `a r´epertoires
Tr`es anciens, utilis´es intensivement jusqu"au d´ebut du20-i`eme si`ecle.Enigma: d´ebut XXe
Utilis´ee par l"arm´ee allemande durant la seconde guerre mondiale, d´ecrypt´ee par les polonais grˆace a une r´ep´etition r´ecurrence, puis par AlanTuring via la recherchede mots probables.
Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 5 / 278G´en´eralit´esHistorique
Principe de Kerckhoffs
Jusqu"au milieu du XXe si`ecle, la s´ecurit´e d"un chiffre reposait sur le secret de son fonctionnement. Le probl`eme est que d`es que ce secret est ´event´e, cf. par exemple le chiffre de VIC, il faut changer enti`erement le cryptosyst`eme ce qui est complexe et couteux.Principe de Kerckhoffs
La s´ecurit´e d"un cryptosyst`emene repose pas sur le secret du cryptosyst`eme mais seulement sur laclef du cryptosyst`eme qui est un param`etre facile `a transmettre secr`etement et `a changer, de taille r´eduite (actuellement de 64 `a 2048 bits). Loin d"affaiblir la s´ecurit´e du chiffre, la diffusion du fonctionnement d"un cryptosyst`eme analys´e par le plus grand nombre, permet, en l"´eprouvant, de valider sa s´ecurit´e ou `a d´efaut, renseigne sur l"urgenced"en changer. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 6 / 278G´en´eralit´esHistorique
Principe de Kerckhoffs
Jusqu"au milieu du XXe si`ecle, la s´ecurit´e d"un chiffre reposait sur le secret de son fonctionnement. Le probl`eme est que d`es que ce secret est ´event´e, cf. par exemple le chiffre de VIC, il faut changer enti`erement le cryptosyst`eme ce qui est complexe et couteux.Principe de Kerckhoffs
La s´ecurit´e d"un cryptosyst`emene repose pas sur le secret du cryptosyst`eme mais seulement sur laclef du cryptosyst`eme qui est un param`etre facile `a transmettre secr`etement et `a changer, de taille r´eduite (actuellement de 64 `a 2048 bits). Loin d"affaiblir la s´ecurit´e du chiffre, la diffusion du fonctionnement d"un cryptosyst`eme analys´e par le plus grand nombre, permet, en l"´eprouvant, de valider sa s´ecurit´e ou `a d´efaut, renseigne sur l"urgenced"en changer. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 6 / 278G´en´eralit´esHistorique
Principe de Kerckhoffs
Jusqu"au milieu du XXe si`ecle, la s´ecurit´e d"un chiffre reposait sur le secret de son fonctionnement. Le probl`eme est que d`es que ce secret est ´event´e, cf. par exemple le chiffre de VIC, il faut changer enti`erement le cryptosyst`eme ce qui est complexe et couteux.Principe de Kerckhoffs
La s´ecurit´e d"un cryptosyst`emene repose pas sur le secret du cryptosyst`eme mais seulement sur laclef du cryptosyst`eme qui est un param`etre facile `a transmettre secr`etement et `a changer, de taille r´eduite (actuellement de 64 `a 2048 bits). Loin d"affaiblir la s´ecurit´e du chiffre, la diffusion du fonctionnement d"un cryptosyst`eme analys´e par le plus grand nombre, permet, en l"´eprouvant, de valider sa s´ecurit´e ou `a d´efaut, renseigne sur l"urgenced"en changer. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 6 / 278G´en´eralit´esHistorique
Codes modernes
On peut distinguer deux grandes familles de codes classiques:Codes `a clefs secr`etes
dits aussisym´etriquesqui mˆelentcodes de permutationetcodes de substitution . Les exemples les plus c´el`ebres sontDES et AES. codes `a clefs publiques dits aussiasym´etriquesqui reposent sur la notion math´ematique de fonctions `a sens unique. Citons dans cette cat´egorie les codesRSA etEl Gamal
Suivant le
principe de Kerckhoffs, ces cryptosyst`emes sont connus de tous, leur s´ecurit´e reposant sur l"existence de cl´es au coeur du chiffre. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 7 / 278G´en´eralit´esHistorique
Codes modernes
On peut distinguer deux grandes familles de codes classiques:Codes `a clefs secr`etes
dits aussisym´etriquesqui mˆelentcodes de permutationetcodes de substitution . Les exemples les plus c´el`ebres sontDES et AES. codes `a clefs publiques dits aussiasym´etriquesqui reposent sur la notion math´ematique de fonctions `a sens unique. Citons dans cette cat´egorie les codesRSA etEl Gamal
Suivant leprincipe de Kerckhoffs, ces cryptosyst`emes sont connus de tous, leur s´ecurit´e reposant sur l"existence de cl´es au coeur du chiffre. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 7 / 278G´en´eralit´esHistorique
Codes modernes
On peut distinguer deux grandes familles de codes classiques:Codes `a clefs secr`etes
dits aussisym´etriquesqui mˆelentcodes de permutationetcodes de substitution . Les exemples les plus c´el`ebres sontDES et AES. codes `a clefs publiques dits aussiasym´etriquesqui reposent sur la notion math´ematique de fonctions `a sens unique. Citons dans cette cat´egorie les codesRSA etEl Gamal
Suivant le
principe de Kerckhoffs, ces cryptosyst`emes sont connus de tous, leur s´ecurit´e reposant sur l"existence de cl´es au coeur du chiffre. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 7 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueProc´edure de chiffrement/d´echiffrement
Un exp´editeurAliceveut envoyer un message `a un destinataireBoben´evitant les oreilles indiscr`ete d"
`Eve, et les attaques malveillantes deMartin.
Pour cela Alice utilise uncryptosyst`eme(unchiffre) qu"elle partage avec Bob. En g´en´eral le cryptosyst`eme d´epend d"un param`etre, la clef, qui peutˆetre publique ou secr`ete.
D´ecryptage
Pour d´ecrypter Bob dispose d"uneclef de d´ecryptage, n´ecessairement secr`ete, qui peut ˆetre ´egale ou diff´erente de la clef de cryptage et d"un algorithme de d´ecryptage. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 8 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueProc´edure de chiffrement/d´echiffrement
Un exp´editeurAliceveut envoyer un message `a un destinataireBoben´evitant les oreilles indiscr`ete d"
`Eve, et les attaques malveillantes deMartin.
Pour cela Alice utilise uncryptosyst`eme(unchiffre) qu"elle partage avec Bob. En g´en´eral le cryptosyst`eme d´epend d"un param`etre, la clef, qui peutˆetre publique ou secr`ete.
D´ecryptage
Pour d´ecrypter Bob dispose d"uneclef de d´ecryptage, n´ecessairement secr`ete, qui peut ˆetre ´egale ou diff´erente de la clef de cryptage et d"un algorithme de d´ecryptage. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 8 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueProc´edure de chiffrement/d´echiffrement
Un exp´editeurAliceveut envoyer un message `a un destinataireBoben´evitant les oreilles indiscr`ete d"
`Eve, et les attaques malveillantes deMartin.
Pour cela Alice utilise uncryptosyst`eme(unchiffre) qu"elle partage avec Bob. En g´en´eral le cryptosyst`eme d´epend d"un param`etre, la clef, qui peutˆetre publique ou secr`ete.
D´ecryptage
Pour d´ecrypter Bob dispose d"uneclef de d´ecryptage, n´ecessairement secr`ete, qui peut ˆetre ´egale ou diff´erente de la clef de cryptage et d"un algorithme de d´ecryptage. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 8 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueD´efinition d"un code
D´efinition
Un code est la donn´ee de
deux ensembles finis de blocs,lesmots en clairetlesmots cod´es d"un ensemble finil"espace des clefs Pour toutk on a une r`egle de chiffrementek qui transforme les mots en clair en mots cod´es et une r´egle de d´echiffrementdk qui transforme les mots cod´es en mots en clair telles que six on adk(ek(x)) =x.Exemple
Le code de C´esar dans lequel=est l"ensemble des mots ´ecrits `a l"aide de l"alphabet ordinaire.est un nombre entre 0 et 26. La r`egle de chiffrementekconsiste `a remplacer la lettre de rangndans l"alphabet par celle celle de rangn+kmodulo 26 Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 9 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueD´efinition d"un code
D´efinition
Un code est la donn´ee de
deux ensembles finis de blocs,lesmots en clairetlesmots cod´es d"un ensemble finil"espace des clefs Pour toutk on a une r`egle de chiffrementek qui transforme les mots en clair en mots cod´es et une r´egle de d´echiffrementdk qui transforme les mots cod´es en mots en clair telles que six on adk(ek(x)) =x.Exemple
Le code de C´esar dans lequel=est l"ensemble des mots ´ecrits `a l"aide de l"alphabet ordinaire.est un nombre entre 0 et 26. La r`egle de chiffrementekconsiste `a remplacer la lettre de rangndans l"alphabet par celle celle de rangn+kmodulo 26 Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 9 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueD´efinition d"un code
D´efinition
Un code est la donn´ee de
deux ensembles finis de blocs,lesmots en clairetlesmots cod´es d"un ensemble finil"espace des clefs Pour toutk on a une r`egle de chiffrementek qui transforme les mots en clair en mots cod´es et une r´egle de d´echiffrementdk qui transforme les mots cod´es en mots en clair telles que six on adk(ek(x)) =x.Exemple
Le code de C´esar dans lequel=est l"ensemble des mots ´ecrits `a l"aide de l"alphabet ordinaire.est un nombre entre 0 et 26. La r`egle de chiffrementekconsiste `a remplacer la lettre de rangndans l"alphabet par celle celle de rangn+kmodulo 26 Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 9 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueD´efinition d"un code
D´efinition
Un code est la donn´ee de
deux ensembles finis de blocs,lesmots en clairetlesmots cod´es d"un ensemble finil"espace des clefs Pour toutk on a une r`egle de chiffrementek qui transforme les mots en clair en mots cod´es et une r´egle de d´echiffrementdk qui transforme les mots cod´es en mots en clair telles que six on adk(ek(x)) =x.Exemple
Le code de C´esar dans lequel=est l"ensemble des mots ´ecrits `a l"aide de l"alphabet ordinaire.est un nombre entre 0 et 26. La r`egle de chiffrementekconsiste `a remplacer la lettre de rangndans l"alphabet par celle celle de rangn+kmodulo 26 Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 9 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueCl´es
code `a clef secr`ete ou code sym´etrique Si la clef de chiffrement est la mˆeme que la clef de d´echiffrement on a affaire `a un code sym´etrique. code `a clef publique ou code asym´etrique Si les clefs de chiffrement et d´echiffrement sont diff´erentes, on dit quele code est asym´etrique Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 10 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueCl´es
code `a clef secr`ete ou code sym´etrique Si la clef de chiffrement est la mˆeme que la clef de d´echiffrement on a affaire `a un code sym´etrique. code `a clef publique ou code asym´etrique Si les clefs de chiffrement et d´echiffrement sont diff´erentes, on dit quele code est asym´etrique Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 10 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueConstitution d"un code moderne
Unalgorithme de chiffrementf=fKC, d´ependant d"un param`etre K C, la cl´e de chiffrement. L"algorithme est fix´e et public, seule la cl´e change, principe de Kerkhoffs). Lavaleur de la cl´e de chiffrement,KCqui est secr`ete ou non suivant que l"on a affaire `a un code `a clef secr`ete ou `a un code`a clef publique. Unalgorithme de d´echiffrementg=gKD=f1(suppos´e connu de tous) d´ependant d"une cl´e de d´echiffrement,KD, diff´erente ou non deKC. La valeur de la cl´e de d´echiffrement,KD, qui est toujours secr`ete. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 11 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueConstitution d"un code moderne
Unalgorithme de chiffrementf=fKC, d´ependant d"un param`etre K C, la cl´e de chiffrement. L"algorithme est fix´e et public, seule la cl´e change, principe de Kerkhoffs). Lavaleur de la cl´e de chiffrement,KCqui est secr`ete ou non suivant que l"on a affaire `a un code `a clef secr`ete ou `a un code`a clef publique. Unalgorithme de d´echiffrementg=gKD=f1(suppos´e connu de tous) d´ependant d"une cl´e de d´echiffrement,KD, diff´erente ou non deKC. La valeur de la cl´e de d´echiffrement,KD, qui est toujours secr`ete. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 11 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueConstitution d"un code moderne
Unalgorithme de chiffrementf=fKC, d´ependant d"un param`etre K C, la cl´e de chiffrement. L"algorithme est fix´e et public, seule la cl´e change, principe de Kerkhoffs). Lavaleur de la cl´e de chiffrement,KCqui est secr`ete ou non suivant que l"on a affaire `a un code `a clef secr`ete ou `a un code`a clef publique. Unalgorithme de d´echiffrementg=gKD=f1(suppos´e connu de tous) d´ependant d"une cl´e de d´echiffrement,KD, diff´erente ou non deKC. La valeur de la cl´e de d´echiffrement,KD, qui est toujours secr`ete. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 11 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueConstitution d"un code moderne
Unalgorithme de chiffrementf=fKC, d´ependant d"un param`etre K C, la cl´e de chiffrement. L"algorithme est fix´e et public, seule la cl´e change, principe de Kerkhoffs). Lavaleur de la cl´e de chiffrement,KCqui est secr`ete ou non suivant que l"on a affaire `a un code `a clef secr`ete ou `a un code`a clef publique. Unalgorithme de d´echiffrementg=gKD=f1(suppos´e connu de tous) d´ependant d"une cl´e de d´echiffrement,KD, diff´erente ou non deKC. La valeur de la cl´e de d´echiffrement,KD, qui est toujours secr`ete. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 11 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueCryptanalyse
Il est tr`es important toutes les fois que l"on utilise un cryptosyst`eme d"´evaluer son degr´e de s´ecurit´e et sa r´esistance aux attaques.Cryptanalyse
La cryptanalyse est l"ensemble des techniques qui permettent`a un attaquant de d´ecrypter un message ou de retrouver la clef d"un code secret Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 12 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueLes diff´erents types d"attaques
Attaque `a texte chiffr´e connu
L"opposant ne connait que le message chiffr´ey.Attaque `a texte clair connu
L"opposant dispose d"un texte clairxet du message chiffr´e correspondant yAttaque `a texte clair choisi
L"opposant a acc`es `a une machine chiffrante. Il peut choisir un texte clair et obtenir le texte chiffr´e correspondanty.Attaque `a texte chiffr´e choisi
L"opposant a acc`es `a une machine d´echiffrante. Il peut choisir un texte chiffr´e,yet obtenir le texte clair correspondantx. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 13 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueLes diff´erents types d"attaques
Attaque `a texte chiffr´e connu
L"opposant ne connait que le message chiffr´ey.Attaque `a texte clair connu
L"opposant dispose d"un texte clairxet du message chiffr´e correspondant yAttaque `a texte clair choisi
L"opposant a acc`es `a une machine chiffrante. Il peut choisir un texte clair et obtenir le texte chiffr´e correspondanty.Attaque `a texte chiffr´e choisi
L"opposant a acc`es `a une machine d´echiffrante. Il peut choisir un texte chiffr´e,yet obtenir le texte clair correspondantx. Pascal Boyer (Universit´e Paris 13)Cryptographie 2013janvier-f´evrier 2013 13 / 278 G´en´eralit´esPr´esentation axiomatiqueLes diff´erents types d"attaques
Attaque `a texte chiffr´e connu
L"opposant ne connait que le message chiffr´ey.Attaque `a texte clair connu
L"opposant dispose d"un texte clairxet du message chiffr´e correspondant yAttaque `a texte clair choisi
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