Amélioration de la résilience de l’internet des objets contraint

Improving the resilience of the constrained Internet of Things : a moving target defense approach

• Auteur / Autrice : Renzo Efraín Navas
• Direction : Laurent Toutain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 09/12/2020
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lab-STICC_IMTA_CID_IRIS - Département Systèmes Réseaux, Cybersécurité et Droit du numérique - Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Ludovic Mé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Toutain, Cristel Pelsser, Fabrice Valois, Frédéric Cuppens, Georgios Papadopoulos, Franck Rousseau, Marco Tiloca
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cristel Pelsser, Fabrice Valois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cyberdéfense

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Internet des objets

Mots clés libres

Internet des objets

Défense par cible mouvante

Sécurité réseaux

Antibrouillage

Internet of Things

Moving target defense

Network security

Anti-jamming

Résumé

Les systèmes de l’Internet des Objets (IoT) sont de plus en plus déployés dans le monde réel, mais leur sécurité est en retard par rapport à l’état de l’art des systèmes non IoT. La Défense par Cible Mouvante (MTD) est un paradigme de cyberdéfense qui propose de randomiser les composants des systèmes, dans l’intention de faire échec aux cyberattaquants qui s’appuyaient auparavant sur la nature statique des systèmes. Les attaquants sont désormais limités par le temps. Le MTD a été mis en œuvre avec succès dans les systèmes conventionnels, mais son utilisation pour améliorer la sécurité des IoT fait encore défaut dans la littérature. Au cours de cette thèse, nous avons validé le MTD comme paradigme de cybersécurité adapté aux systèmes IoT. Nous avons identifié et synthétisé les techniques MTD existantes pour l’IoT en utilisant une méthode d’examen systématique de la littérature, et nous avons défini et utilisé quatre nouvelles mesures liées à l’entropie pour mesurer les propriétés qualitatives des techniques MTD. Ensuite, nous avons proposé un framework générique de MTD distribué qui permet l’instanciation de stratégies MTD concrètes adaptées aux contraintes de l’IoT. Enfin, nous avons avons conçu un protocole de synchronisation du temps authentifié, et instancié trois techniques MTD particulières : deux dans les couches supérieures du réseau (portant sur le saut de port et sur des interfaces RESTful d’applications) -et validé l’une d’entre elles dans du matériel réel-, et la troisième dans la couche physique pour obtenir des systèmes IoT résistants aux brouillages par des nœuds internes en utilisant des techniques d’étalement du spectre par séquence directe avec des séquences pseudo aléatoires cryptographiquement fortes.

Internet of Things (IoT) systems are increasingly being deployed in the real world, but their security lags behind the state of the art of non-IoT systems. Moving Target Defense (MTD) is a cyberdefense paradigm that proposes to randomize components of systems, with the intention of thwarting cyberattacks that previously relied in the static nature of systems. Attackers are now constrained by time. MTD has been successfully implemented in conventional systems, but its use to improve IoT security is still lacking in the literature. Over the course of this thesis, we validated MTD as a cybersecurity paradigm suitable for IoT systems. We identified and synthesized existing MTD techniques for IoT using a systematic literature review method,and defined and used four novel entropy related metrics to measure MTD techniques qualitative properties. Secondly, we proposed a generic distributed MTD framework that allows the instantiation of concrete MTD strategies suitable for the constraints of the IoT. Finally, we designed an secure time synchronization protocol, and instantiated three particular MTD techniques: two at the upper network layers (e.g. port-hopping, and application RESTful interfaces) -and validated one of them in real hardware-, and the third one at the physical layer to achieve IoT systems resilient to insider attacks/jamming by using Direct Sequence Spread-Spectrum techniques with cryptographically-strong pseudo-random sequences.