Méthodes de détection d'attaques cybernétiques par une surveillance multicouches de communication

Methods for the detection and recognition of cybernetic attacks via a multi-layer communication inspection.

• Auteur / Autrice : Andy Amoordon
• Direction : Virginie Deniau, Anthony Fleury
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microélectronique, nanoélectronique et micro-ondes
• Date : Soutenance le 13/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Électronique Ondes et Signaux pour les Transports (LEOST)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Valois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Gransart, Valeria Loscri, Aurélien Francillon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mathieu Cunche, Ali Mansour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesures de sûreté

Systèmes de communication sans fil

Systèmes de détection d'intrusion (informatique)

Cyberterrorisme

Mots clés libres

Multi-Couche de communications

Attaques par brouillage

Attaques par faux point d’accès

Cybernetic attacks

Detection and recognition

Multi-Layer communications

Wifi

Résumé

Les réseaux sans-fil sont de plus en plus utilisés. La popularité de ces réseaux est due au fait que ces réseaux permettent de créer, modifier et étendre facilement un réseau informatique. Les réseaux sans-fil sont également particulièrement nécessaires pour relier des équipements mobiles tels que des montres connectées, voitures connectées, drones. Les réseaux sans-fil sont également utilisés dans le secteur du transport et de la sécurité pour relier les trains avec le centre de contrôle ou les caméras avec le centre d'enregistrement. Toutefois, contrairement aux réseaux filaires, dans les réseaux sans-fil, les transmissions ne sont pas isolées dans des câbles, mais transmises en utilisant généralement des antennes omnidirectionnelles. Pour ces raisons, il est plus facile d'écouter et d'émettre sans autorisation sur ces réseaux - les rendent ainsi plus vulnérables à certains types d'attaques. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la détection des trois différentes attaques sur les réseaux sans-fil IEEE 802.11 (Wi-Fi). Les trois attaques sont l'attaque par faux point d'accès et deux attaques de déni de service : notamment l'attaque par déauthentication et l'attaque par brouillage. Dans la littérature scientifique, les méthodes existantes proposent de détecter ces attaques de manière isolée et en analysant uniquement un ou deux indicateurs.Nous proposons une méthode utilisant des algorithmes de classification pour créer un modèle, capable de détecter les trois attaques en analysant quatre indicateurs simultanément. Le modèle peut également détecter les attaques lorsqu'elles sont réalisées de manière indépendante ou lorsqu'elles sont cumulées entre elles. Concernant les données utilisées pour créer le modèle, sur les trois types de trames qui peuvent être émis sur un réseau Wi-Fi, nous avons considéré exclusivement, les trames de gestion et plus particulièrement les trames de beacon. Les trames de beacon sont régulièrement émises même en l'absence de trafic utilisateur, ce qui rend le modèle plus efficace. Nous avons aussi considéré des variations concernant le débit du réseau (absence de trafic, trafic léger, moyen et intense) et la puissance du signal de brouillage (puissance forte, moyenne et faible). Les résultats montrent que le modèle arrive à détecter les attaques par faux point d'accès, par déauthentication, par brouillage (faible et moyenne puissance) avec grande précision et l'attaque par brouillage de forte puissance, avec une précision satisfaisante. Nous avons pu nettement augmenter la précision de détection de cette dernière variation en prenant en compte les trames de beacon d'un deuxième point d'accès éloigné du réseau. Enfin, nous avons aussi considéré le cas particulier des transmissions Wi-Fi sur la bande 5 GHz et les faux points d'accès fantômes.

Wireless networks are nowadays indispensable components of telecommunication infrastructures. They offer flexibility, mobility and rapid expansion of telecommunication infrastructures. They are also particularly needed to connect mobile devices such as connected cars, watches and drones. Wireless networks are also used in the transport and security sector to connect trains and cameras to monitoring systems. However, in contrary to wired networks in which transmission are isolated in wires, in wireless networks, transmissions are emitted using omnidirectional antennas. This makes wireless networks more vulnerable to unauthorised listening, emission and some specific attacks. In this thesis, we have worked on the detection of three different types of attacks on IEEE 802.11 (Wi-Fi) networks. The three attacks are fake access points and two denial of service attacks namely, deauthentication and jamming attacks. In scientific literature, these three attacks are detected independently and using one or two indicators.We propose a method that uses classification algorithms to create a model that can detect the three attacks by analysing four indicators simultaneously. The model can detect the attacks when they are perpetuated independently and also when they are combined. Concerning data used to create the model, among the three different types of frames that can be transmitted on Wi-Fi networks, we have considered only management frames and more particularly, beacon frames. Beacon frames are sent at regular interval and even in the absence of user traffic. Therefore, basing the detection on the analysis of beacon frames leads to a more efficient detection. In this thesis, we have also considered variations in data rates (absence of user traffic, light, moderate and intense user traffic) and in jamming power (low, moderate and high jamming power). Results show that the model can detect fake access points, deauthentication and jamming attacks (low and moderate power) with high precision. The jamming attack with intense power is detected with satisfying precision. By considering the beacon frames of a farther second access point of the network, we have been able to increase detection precision in the latter case. Finally, we have considered special cases such as Wi-Fi transmissions in the 5 GHz band and the phantom fake access point attack.