Analyse de code et processus d'évaluation des composants sécurisés contre l'injection de faute

Code analysis and evaluation process for vulnerability detection against fault injection on secure hardware

• Auteur / Autrice : Louis Dureuil
• Direction : Marie-Laure Potet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 12/10/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Verimag (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Elbaz-Vincent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Bouffard, Philippe de Choudens, Bruno Legeard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvain Guilley, Jean-Louis Lanet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Mots clés libres

Vulnérabilités

Sécurité

Modèle de faute

Analyse dynamique

Carte à puce

Injection de fautes

Vulnerabilities

Security

Fault model

Dynamic analysis

Smartcard

Fault injection

Résumé

Dans le domaine des cartes à puce, les analyses de vulnérabilité demandent d’être à la pointe de l’art en termes d’attaques et de techniques de protection. Une attaque classique est l’injection de fautes, réalisée au niveau matériel notamment par des techniques laser. Pour anticiper les impacts possibles de ce type d'attaque, certaines analyses sont menées au niveau logiciel. Il est donc fortement d’actualité de pouvoir définir des critères et proposer des outils automatiques permettant d’évaluer la robustesse d’une application à ce type d’attaque, d’autant plus que les techniques d’attaques matérielles permettent maintenant d’enchaîner plusieurs attaques (spatiales ou temporelles) au cours d’une exécution. En effet, des travaux de recherche récents évaluent l'impact des contre-mesures face à ce type d'attaque[1], ou tentent de modéliser les injections de faute au niveau C[2]. Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans cette problématique, avec néanmoins la particularité novatrice de s'intéresser au couplage des analyses statique et dynamique dans le cas des injections de fautes effectuées au niveau binaire. Un des objectifs de la thèse est d'offrir un cadre paramétrable permettant de simuler des attaques par faute telles qu'elles peuvent être réalisées par le laboratoire CESTI-LETI au niveau matériel. Il faudra donc proposer un modèle intermédiaire générique permettant de spécifier des contraintes réelles comme par exemple les différents types de mémoires (RAM, EEPROM, ROM), qui peuvent induire des fautes permanentes ou volatiles. Concilier les analyses statiques du code et l'injection de fautes dynamiques devra permettre de maîtriser la combinatoire des exécutions et de guider l'analyse à l'aide de patterns d'attaques. À ce titre, on sera amené à proposer une taxonomie des attaques et de nouvelles modélisations d'attaques. Il faudra également adapter les outils d'analyse statique aux conséquences de l'injection dynamique de fautes, qui peut modifier profondément le code en changeant l'interprétation des instructions, ce qui a un effet similaire à la génération de code à l'exécution. Ce sujet de thèse s'inscrit dans la stratégie d'innovation du CESTI-LETI et pourra aboutir à un vérificateur automatique de code utilisable par les évaluateurs du CESTI-LETI. [1] A. Séré, J-L. Lanet et J. Iguchi-Cartigny. « Evaluation of Countermeasures Against Fault Attacks on Smart Cards ». en. In : International Journal of Security and Its Applications 5.2 (2011). [2] Xavier Kauffmann-Tourkestansky. « Analyses sécuritaires de code de carte à puce sous attaques physiques simulées ». Français. THESE. Université d’Orléans, nov. 2012. url : http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00771273.

Vulnerability detections for smart cards require state of the art methods both to attack and to protect the secure device. A typical type of attack is fault injection, most notably performed by means of laser techniques. To prevent some of the consequences of this kind of attacks, several analyses are conducted at the software level. Being able to define criteria and to propose automated tools that can survey the robustness of an application to fault injection is thus nowadays a hot topic, even more so since the hardware attack techniques allow today an attacker to perform several attacks in a single software execution. Indeed, recent research works evaluate the effectiveness of counter-measures against fault injection[1], or attempt to develop models of fault injection at the C level[2]. This thesis project addresses the issue of multiple faults injection, albeit by adding the distinctive aspect of static and dynamic analysis interaction in a context of binary-level fault injection. An objective of the thesis is to achieve a configurable framework to simulate fault injections in the way they are currently performed by the CESTI-LETI laboratory on the actual hardware. To do so we will develop a generic intermediate model that will allow us to specify hardware constraints, such as the various kinds of memories (RAM, EEPROM, ROM), whose different properties can induce either permanent or volatile faults. Combining the static code analysis with dynamic fault injections should prevent the combinatory explosion of the executiions while attack patterns will guide the analysis. A taxonomy of attacks and new attack modelisations could emerge from this work. An adaption of the tools for static analysis is also required, because dynamic fault injection can deeply change the code by modifying the interpretation of the instructions, in a similar manner to dynamic compilation. This thesis project falls within the CESTI-LETI's innovation strategy, et could lead to an automated code verifier that could be used by the CESTI-LETI evaluation specialists. [1] A. Séré, J-L. Lanet et J. Iguchi-Cartigny. « Evaluation of Countermeasures Against Fault Attacks on Smart Cards ». en. In : International Journal of Security and Its Applications 5.2 (2011). [2] Xavier Kauffmann-Tourkestansky. « Analyses sécuritaires de code de carte à puce sous attaques physiques simulées ». Français. THESE. Université d’Orléans, nov. 2012. url : http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00771273.