Bourses ERC

Léo Perrin, inventeur de techniques de cryptographie « nouvelle génération »

Date:
Mis à jour le 15/04/2022
Léo Perrin, chercheur en cryptographie au centre Inria de Paris, est le récent lauréat de la bourse européenne ERC Starting Grants. Avec le projet Rescale, il va développer dans les cinq prochaines années les fondements mathématiques et algorithmiques de méthodes innovantes de cryptographie, répondant à de nouveaux enjeux de cybersécurité.
Portrait de Léo Perrin devant un tableau blanc rempli de formules scientifiques

La sécurité du web en question

Assurer la confidentialité, l’authenticité et l’intégrité de données sensibles (militaires ou bancaires par exemple) ou de données personnelles (médicales, sociales, etc.) : les techniques de cryptographie se nichent derrière les applications ou services numériques que nous utilisons quotidiennement, comme les messageries chiffrées, les outils de transaction, les badges d’accès, les QR code, etc. Elles contribuent de façon plus générale à assurer la sécurité du web et sont au cœur de la cybersécurité de systèmes informatiques d’entreprises, de collectivités ou des services de l’État.

Développer des algorithmes de cryptographie est le quotidien des chercheurs de l’équipe-projet Cosmiq du centre Inria de Paris et de Léo Perrin, jeune chargé de recherche au sein de l’équipe. Il est l’un des lauréats 2022 de la prestigieuse et sélective bourse européenne ERC Starting Grants. Attribuée à de jeunes scientifiques (deux à sept ans après l’obtention de leur thèse), cette bourse leur permet de construire une équipe de recherche autour d’un thème original. Avec le projet Rescale (acronyme de « Reinventing Symmetric Cryptography for Arithmetization over Large fiEld »), Léo Perrin va travailler dans les cinq prochaines années à peaufiner une théorie mathématique et des algorithmes de cryptographie de nouvelle génération.

Des algorithmes en constante évolution

« Les techniques de cryptographie évoluent sans cesse, en raison des progrès constants de la cryptanalyse (les techniques mises en œuvre pour tenter de déchiffrer un message codé) et de l’émergence de nouvelles technologies, comme l’ordinateur quantique qui rendrait potentiellement obsolète la sécurité de certaines méthodes de chiffrement, explique Léo Perrin. Les travaux de l’équipe Cosmiq, qui combinent des aspects fondamentaux et pratiques de la protection de l'information (cryptanalyse, conception d'algorithmes, mise en œuvre informatique), consistent à développer des méthodes alliant sécurité et performance et répondent à de nouveaux besoins en cryptographie ».

L’une des spécialités des chercheurs de l’équipe, pour la plupart spécialisés en mathématiques et en informatique, est notamment la « cryptographie légère » qui vise à implémenter des algorithmes de cryptographie en utilisant le minimum de ressources computationnelles possibles – afin de sécuriser par exemple des objets fonctionnant avec peu d’énergie disponible, tels des capteurs ou calculateurs embarqués.

Une nouvelle approche de la cryptographie

« La ‘cryptographie légère’ se fonde sur les concepts de l’informatique classique, dans laquelle les algorithmes utilisent des portes logiques et codent l’information en bits, détaille Léo Perrin. Nous obtenons dans ce domaine de bons résultats, comme en attestent certaines des performances de nos algorithmes, régulièrement poussés dans leurs retranchements à l’occasion des compétitions du NIST (durant lesquelles sont testées des méthodes de cryptographie) : un des algorithmes que j’ai contribué à concevoir y a par exemple atteint la finale… ».

Toutefois, de nouveaux besoins émergent pour des protocoles plus complexes, au cours desquels les exigences « classiques » de la cryptographie (garantir la confidentialité, l’authenticité et l’intégrité de l’information) ne viseraient plus simplement un message, mais un calcul dans son ensemble.

Verbatim

Cela peut concerner à terme l’algorithme de Parcoursup, par exemple, dont l’exécution actuelle est pour l’instant une ‘boîte noire’. Il s’agirait de certifier le résultat du calcul (l’affectation proposée), en garantissant qu’il est bien réalisé en prenant en compte l’ensemble des données nécessaires à son exécution, sans en révéler la valeur – ceci, afin de préserver l’intégrité des informations confidentielles relatives au candidat.

Une aventure scientifique individuelle et collective

Une nouvelle cryptographie s’avère alors nécessaire, dont les briques de base ne sont plus les bits informatiques, mais des objets abstraits (les « corps de Galois », des ensembles mathématiques munis de lois de calcul, comme l’addition et la multiplication, avec des propriétés particulières). L’ambition scientifique du programme Rescale ? Repenser les algorithmes de cryptographie au regard de ces nouvelles approches et proposer un cadre théorique permettant d’en démontrer les propriétés. L’objectif est aussi de partager ces résultats théoriques avec une large communauté scientifique et de développer des librairies de calcul permettant d’implémenter de façon concrète ces nouvelles méthodes.

Les moyens alloués au projet Rescale par l’ERC – un million et demi d’euros sur les cinq prochaines années – ne seront pas superflus, tant la tâche qui attend Léo Perrin est conséquente ! Le jeune chercheur, qui a compté sur le soutien de ses collègues de l’équipe Cosmiq lors du montage de son dossier de candidature à la bourse ERC, s’appuiera sur les compétences de trois doctorants et deux-post-doctorants. « Nous avons obtenu de premiers résultats assez prometteurs quant à la direction de nos recherches et le travail des prochaines années permettra d’approfondir le sujet… », indique Léo Perrin. Au-delà du succès individuel que constitue l’attribution de l’ERC Starting Grants, c’est toute une équipe que ce brillant chercheur entraîne dans son sillage, pour contribuer à inventer une cryptographie de nouvelle génération.  

 

Bio express

Léo Perrin s’oriente vers la cryptographie alors qu’il est étudiant à l'École centrale de Lyon. Hésitant entre une spécialisation en mécanique ou en mathématiques appliquées, il choisit finalement ces dernières par affinité intellectuelle avec les concepts de l’algèbre et des ensembles discrets. Il obtient également un diplôme de l‘Institut royal de technologie de Suède dans le cadre d'un accord entre ces deux écoles. Il réalise aussi en 2014 un stage de master consacré à des aspects théoriques en cryptographie, à l’université Aalto en Finlande. En 2017, il obtient un doctorat à l’université du Luxembourg, en travaillant sur des algorithmes d’attaque et de défense en cryptographie symétrique.

Ces travaux lancent sa carrière de chercheur. Après une visite de quelques mois aux universités de Bochum (Allemagne) et de Copenhague (Danemark), il effectue deux post-doctorats au sein de l’équipe Secret du centre Inria de Paris. Il invente en particulier une méthode d’analyse d’algorithmes, mettant à jour la structure cachée dans les derniers standards russes. Recruté par Inria en 2019 en tant que chargé de recherche, il investigue le développement de nouveaux algorithmes en cryptographie symétrique et travaille également sur des problèmes plus fondamentaux en mathématiques discrètes.  

L’équipe Cosmiq en quelques mots

Les recherches de l’équipe-projet Cosmiq, héritière des équipes Code et Secret, sont essentiellement consacrées à la conception et à l'analyse de la sécurité d'algorithmes cryptographiques, dans le contexte de l’informatique classique ou quantique. De nature académique, elles couvrent aussi bien des aspects théoriques (cadre et propriétés mathématiques des algorithmes) qu’appliqués (conception et implémentation d’algorithmes).

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