Design of anonymous credentials systems and data anonymization techniques

L'émergence de terminaux mobiles personnels, capables à la fois de communiquer et de se positionner, entraîne de nouveaux usages et services personnalisés. Néanmoins, ils impliquent une collecte importante de données à caractère personnel et nécessitent des solutions adaptées en termes de sécurité. Les utilisateurs n'ont pas toujours conscience des informations personnelles et sensibles qui peuvent être déduites de leurs utilisations. L'objectif principal de cette thèse est de montrer comment des mécanismes cryptographiques et des techniques d'anonymisation de données peuvent permettre de concilier à la fois le respect de la vie privée, les exigences de sécurité et l'utilité du service fourni. Dans une première partie, nous étudions les accréditations anonymes avec vérification par clé. Elles permettent de garantir l'anonymat des utilisateurs vis-à-vis du fournisseur de service : un utilisateur prouve son droit d'accès, sans révéler d'information superflue. Nous introduisons des nouvelles primitives qui offrent des propriétés distinctes et ont un intérêt à elles-seules. Nous utilisons ces constructions pour concevoir trois systèmes respectueux de la vie privée : un premier système d'accréditations anonymes avec vérification par clé, un deuxième appliqué au vote électronique et un dernier pour le paiement électronique. Chaque solution est validée par des preuves de sécurité et offre une efficacité adaptée aux utilisations pratiques. En particulier, pour deux de ces contributions, des implémentations sur carte SIM ont été réalisées. Néanmoins, certains types de services nécessitent tout de même l'utilisation ou le stockage de données à caractère personnel, par nécessité de service ou encore par obligation légale. Dans une seconde partie, nous étudions comment rendre respectueuses de la vie privée les données liées à l'usage de ces services. Nous proposons un procédé d'anonymisation pour des données de mobilité stockées, basé sur la confidentialité différentielle. Il permet de fournir des bases de données anonymes, en limitant le bruit ajouté. De telles bases de données peuvent alors être exploitées à des fins d'études scientifiques, économiques ou sociétales, par exemple.The emergence of personal mobile devices, with communication and positioning features, is leading to new use cases and personalized services. However, they imply a significant collection of personal data and therefore require appropriate security solutions. Indeed, users are not always aware of the personal and sensitive information that can be inferred from their use. The main objective of this thesis is to show how cryptographic mechanisms and data anonymization techniques can reconcile privacy, security requirements and utility of the service provided. In the first part, we study keyed-verification anonymous credentials which guarantee the anonymity of users with respect to a given service provider: a user proves that she is granted access to its services without revealing any additional information. We introduce new such primitives that offer different properties and are of independent interest. We use these constructions to design three privacy-preserving systems: a keyed-verification anonymous credentials system, a coercion-resistant electronic voting scheme and an electronic payment system. Each of these solutions is practical and proven secure. Indeed, for two of these contributions, implementations on SIM cards have been carried out. Nevertheless, some kinds of services still require using or storing personal data for compliance with a legal obligation or for the provision of the service. In the second part, we study how to preserve users' privacy in such services. To this end, we propose an anonymization process for mobility traces based on differential privacy. It allows us to provide anonymous databases by limiting the added noise. Such databases can then be exploited for scientific, economic or societal purposes, for instance