Study of attacks on embedded devices and associated counter-measures

• Auteur / Autrice : Georges Gagnerot
• Direction : Christophe Clavier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématique informatique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Alain Fouque, Louis Goubin, Jean-Louis Lanet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-Alain Fouque, Louis Goubin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cryptographie

Algorithmes

Composants logiciels

Simulateurs

Mots clés libres

Sécurité embarquée

Résumé

Les systèmes cryptographiques embarqués sont de plus en plus employé de nos jours allant de la carte bancaire, à la SIM qui nous identifie sur le réseau téléphonique, jusqu’à nos smartphones qui contiennent de nombreuses données sensibles voir secrètes. Ces systèmes doivent résister à un grand nombre d’attaques autant physiques que logiques. Les travaux qui suivent décrivent dans un premier temps la cryptographie ainsi que les différents algorithmes classiquement utilisés. Un état de l’art sur les techniques d’attaques par canaux cachés est ensuite présenté, ces attaques sont dévastatrices car elle ne demandent pas forcément de détenir le dispositif, elles peuvent être effectuées à distance grâce à du matériel performant. Elles consistent à étudier les émissions produites par un composant pendant qu’il traite un secret afin de retrouver ce dernier par des calculs statistiques ou de simples observations comme le temps de traitement. Nous présentons ensuite les attaques par fautes qui sont un autre type d’attaque qui menacent les composants sécurisé, il s’agit cette fois d’induire un comportement différent en introduisant des modifications extérieures au composant comme l’envoie de photons ou des décharges électriques afin de le mettre dans un état non standard et d’utiliser cela pour récupérer les secrets utilisés. Puis dans une seconde partie nous proposons de nouvelles attaques et contremesures associées ainsi que de nouvelles implémentations d’algorithme pour sécuriser les calculs tout en les accélérant. Nous présentons également un simulateur d’émissions par canaux cachés ainsi qu’un simulateur de faute pour permettre d’évaluer plus rapidement et à moindre coût la sécurité des systèmes sécurisés.

Embedded cryptographic systems are more and more used nowadays, starting from our credit card, to our SIM that identifies us on the GSM networks, or to our smartphones for example that store personal or secret data. Those systems have to be resistant against different kind of attacks, physical and logical. Our work that we present thereafter first introduce cryptography with the different classic algorithms used. We proceed to present the state of the art on side channel attacks, those attacks are very dangerous since they do not always need the physical possession of the target device, and can be done remotely with the good material. They are based on the study of the emissions produced by a component while it is using the secret stored in its internal memory to retrieve the secret through statistic computations or simple observations like the time it takes to treat data. We then propose a survey on faults attacks that also threaten security product. The idea is to produce a non standard behavior by changing its environment, like sending photons or power discharge and then trying to recover the secrets. In a second part, we propose new attacks, associated counter-measures and new algorithm to secure computation while making them also quicker. We present after a simulator of side channel emissions and faults attacks that allows us to assess the security of embedded systems quicker and cheaper than standard methods.