Interférences électromagnétiques et sécurité de l'information : caractérisation, exploitation et investigation numérique

Electromagnetic interferences and Information security : characterization, exploitation and forensic analysis

• Auteur / Autrice : José Lopes Esteves
• Direction : Pierre Paradinas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 06/06/2023
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études et de recherche en informatique et communications (Paris) - Centre d'études et de recherche en informatique et communications / CEDRIC
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Conservatoire national des arts et métiers (France ; 1794-....)
• Jury : Président / Présidente : Samia Bouzefrane
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Paradinas, Samia Bouzefrane, Aurélien Francillon, Virginie Deniau, Karine Heydemann, Jean-Philippe Paramantier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurélien Francillon, Virginie Deniau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thèses et écrits académiques -- Catalogage

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Mots clés libres

Interférences électromagnétiques

Sécurité

Attaques en faute

Sécurité des capteurs

Investigation numérique

Canaux cachés

Electromagnetic interference

Information security

Fault attacks

Sensor security

Forensics

Covert channel

Résumé

Les équipements électroniques sont devenus omniprésents dans tous les secteurs de nos vies, du militaire au civil, des infrastructures critiques à nos maisons, nos pacemakers. Cette prolifération introduit de nouveaux besoins de sécurité de l’information manipulée par ces équipements. Le travail valorisé dans cette thèse s’est focalisé sur les effects des interférence électromagnétique intentionnelle (IEMI) et leur impact sur la sécurité de l’information. Des approches pour l’étude de ces effets par le prisme de la compatibilité électromagnétique (CEM) ne sont pas adaptées à des analyses en sécurité de l’information. Une méthodologies d’analyse des effets reposant sur des modèles de faute au niveau logiciel est proposée et appliquée à différentes équipements. Un avantage clé de cette approche est la possibilité de dériver des potentiels impacts pour la sécurité de l’information traitée par la cible et de concevoir des contremesures et des stratégies de détec-tion ou d’investigation numérique.L’analyse de l’exploitabilité des effets est ainsi facilitée et a donné lieu à l’identification de nouvelles façons d’exploiter les effets des IEMI dans des attaques. Une attaque originale ciblant un smartphone a été réalisée, fournissant à l’attaquant un accès distant, silencieux à un assitant vocal en exploitant la susceptibilité des étages d’entrée audio. Un nouveau modèle de menace permettant l’établissement d’un canal de communication caché par IEMI a été proposé. Un nouveau modèle de menace, appelé watermarking électromagnétique, est également exploré. Il exploite certains effets des IEMI pour implanter de l’information dans un cible distante non-coopérative.Une application pratique du watermarking électromagnétique en investigation numérique pourla lutte anti-drones est également envisagée.

Electronic devices have become ubiquitous in all sectors of our lives, from military to civilian, from critical infrastructures to our homes, our pockets, our pacemakers. This widespread comes with increasing needs for the security of the information manipulated by electronic devices. The work in this thesis was focused on the effects of intentional electromagnetic interference (IEMI) on electronic devices and their impact on information security. Approaches for studying these effects through an electromagnetic compatibility (EMC) prism are not tailored to enable information security assessments. An effect assessment methodology involving software-level fault models is proposed and applied to several electronic devices. A key benefit of this methodologyis the straightforward possibility to derive impacts on information security, as well as to design countermeasures, detection and forensics strategies.Exploitability analysis is also facilitated and, as an outcome, new ways of exploiting IEMI effects were uncovered. An original attack was designed targeting a smartphone involving IEMI to obtain a remote, stealthy, unauthorized use of voice assistants by exploiting the susceptibility of the audio front-end. A new threat model was discovered and demonstrated, consisting in an exploitation of IEMI for the establishment of covert communication channels. A new threat model was explored, electromagnetic watermarking, which exploits specific IEMI effects to introduce information into a remote non-cooperating target. A practical application was proposed to provide a forensics tracking capability in a framework of counter unmanned aerial systems (C-UAS).