Protocoles RFID pour l'authentification sur les courbes elliptiques

par Mustapha Benssalah

Thèse de doctorat en Génie électrique et électronique - Cergy

Sous la direction de Karim Drouiche et de Mustapha Djeddou.

Le président du jury était Adel Belouchrani.

Le jury était composé de François Dunlop, Benkacem Fergani, Hocine Kimouche.

Les rapporteurs étaient Abdellah Mokrane.


  • Résumé

    Actuellement, la technologie RFID (Radio Frequency Identification) est utilisée dans plusieurs domaines d'applications allant de l'identification dans les chaines d'approvisionnement à l'authentification dans les applications les plus sensibles telles que: les titres de transport, la médicine, les systèmes de surveillance, les cartes de crédit ou encore le passeport biométrique. Cependant, la nature sans-fil des données échangées rend cette technologie vulnérable à un certain nombre d'attaques et de nouvelles menaces. Ceci, engendre deux principaux problèmes à savoir; celui lié à la sécurité des informations échangées et celui lié à l'atteinte à la vie privée du propriétaire de l'étiquette. Par conséquent, cette technologie nécessite l'emploi de mécanismes de sécurité pour lutter contre tout type d'attaque et menace, ce qui peut se donner par le service authentification. Néanmoins, il se trouve que les étiquettes RFID imposent de fortes contraintes en termes de ressources matérielles telles que le temps de calcul, l'espace de stockage et l'énergie consommée et communication, ainsi, les primitives cryptographiques classiques telles que l'AES (Advanced Encryption Standard), le RSA (Rivest, Shamir and Adleman), etc. ne peuvent plus être employées. C'est pourquoi, dans la plupart des applications RFID, que nous retrouvons sur le marché, adoptent la cryptographie légère ou ultralégère (à faible coût) qui s'avère la principale solution pour résoudre le problème de capacité limitée, mais son limitation réside dans son niveau de sécurité. Ainsi, avec les moyens de calcul que nous disposons aujourd'hui, ces systèmes deviennent de plus en plus vulnérables à un nombre important d'attaques, d'où la nécessité de chercher des primitives cryptographiques qui soient à la fois robustes et sûres envers tout type d'attaques et en conformités avec contraintes imposées par les étiquettes RFID. Par conséquent, l'étude et l'exploitation des applications RFID est d'intérêt primordial afin de mieux comprendre et maitriser les menaces et les risques de cette technologie. A travers les travaux de recherche présentés dans cette thèse, nous nous sommes inscrits dans cette compétition qui consiste à chercher des solutions permettant de résoudre les problèmes liés à la sécurité de systèmes RFID, allant de l'authentification ultralégère à celle adoptant les courbes elliptiques (ECC) pour les étiquettes actives ou encore à la génération de clés de chiffrement pour les crypto-systèmes ECC. Parmi les tâches développées au cours de ces travaux de thèse, nous avons proposé de nouveaux protocoles d'authentification RFID en utilisant les concepts des courbes elliptiques qui présentent plus d'efficacité, de sécurité et de robustesse. Dans part, nous avons cryptanalyé, développé et proposé des protocoles d'authentification légers et ultralégers convenables aux étiquettes à faible coût. Plus loin, une autre contribution importante qui rentre dans le cadre de la génération aléatoire des clés de chiffrement, nous avons proposé un nouveau générateur pseudo aléatoire (PRNG) construit à base de plusieurs courbes elliptiques auto-sélectionnées convenable aux applications de type sécurisation des systèmes embarqués, la sécurité et simulations informatiques ou plus encore pour les systèmes miniaturisés à base des ECC tels que les cartes à puces et les étiquettes RFID.

  • Titre traduit

    RFID Authentication protocols using elliptic curves cryptography


  • Résumé

    The deployment and use of radio-frequency identification (RFID) technology is growing rapidly in different aspects of our daily life. This technology is used not only in traditional applications such as access control and container identification but also in security services such as in biometric passports, medicine, RFID-embedded cards. However, the main drawback of exchanging data wirelessly is the security issue. These systems are especially vulnerable to different attacks such as, eavesdropping attack, tracking attack, active attacks. For these reasons, the security and privacy of the RFID systems are to be addressed seriously and considered as a crucial matter before deploying this technology. These security mechanisms may be given by the authentication service. However, it turns out that RFID tags impose challenging constraints in terms of storage requirements, computing power, bandwidth and computational cost, thus, it is hard for them to implement or to adapt the existing custom cryptographic primitives and protocols or modern ciphers, such as AES (Advanced Encryption standard), RSA (Rivest, Shamir and Adleman), etc., which require a huge computational workload and storage space. Hence only lightweight cryptographic primitives can be implemented. Therefore, with the development of the calculation means, these systems are becoming increasingly vulnerable to a significant number of attacks. Consequently, the need for strong and secure cryptographic primitives compliant with the tag's challenging constraints must be addressed seriously. In addition, the study and the exploitation of the RFID applications is paramount interest in order to understand and master the threats and risks of this technology. Through the research presented in this thesis, we entered in this competition which consists to find solutions and solving problems related to the RFID systems security, ranging from the use of the lightweight authentication to those adopting elliptic curves cryptography. Among the tasks developed in the thesis works, we have proposed new RFID authentication protocols using the elliptic curves concepts that present more efficiency, security and robustness. In the other hand, we have cryptanalyzed, developed and proposed efficient lightweight and ultra-lightweight authentication protocols suitable for low cost RFID tags. Further, another important contribution which comes within the framework of the random generation of encryption keys, we have proposed a new pseudo-random generator (PRNG) constructed by randomly selecting points from elliptic curves, suitable for applications such as security systems, computer physic simulations, cryptographic applications and control coding.

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