Academic literature on the topic 'Protocole de canal sécurisé'

L’interconnexion de ressources privées sur une infrastructure publique, la mobilité des utilisateurs et l’émergence des nouvelles technologies (réseaux véhiculaires, réseaux de capteurs, Internet des objets, etc) ont ajouté des nouvelles exigences en terme de sécurité du coté serveur et celui du client. L’Internet des objets ou IoT (Internet of Things) semble répondre à des usages bien accueillis par le grand public. On trouve ainsi les applications de l’IoT dans tous les domaines de la vie du quotidien. Les objets Internet sont ainsi prévus en très grand nombre et ceci à une très grande échelle. La sécurité est l’élément majeur qui renforcera d’une manière certaine une acceptation encore plus grande des IoT par les citoyens et les entreprises. Par ailleurs, le déploiement à grande échelle des objets connectés, sera convoité par les attaques de tout bord. Les cyberattaques opérationnelles sur les réseaux traditionnels seront projetées vers l’internet des objets. La sécurité est ainsi critique dans ce contexte au vu les enjeux sous-jacents. Les travaux de recherche menés dans cette thèse visent à faire avancer la littérature sur l'authentification IoT en proposant trois schémas d'authentification qui répondent aux besoins des systèmes IoT en termes de sécurité et de performances, tout en prenant en compte les aspects pratiques liées au déploiement. L'OTP (One-Time Password) est une méthode d’authentification qui représente une solution prometteuse pour les environnements des objets connectés et les villes intelligentes. Ce travail de recherche étend le principe OTP et propose une méthode d’authentification légère utilisant une nouvelle approche de la génération OTP qui s’appuie sur la cryptographie à courbe elliptique (ECC) et l’isogénie pour garantir la sécurité. Les résultats de performance obtenus démontrent l’efficacité de notre approche en termes de sécurité et de performance.Nous nous appuyons sur la blockchain pour proposer deux solutions d’authentification: premièrement, une solution d’authentification simple et légère basée sur Ethereum, et deuxiemement, une approche adaptative d’authentification et d’autorisation basée sur la blockchain pour les cas d’utilisation de l’IoT. Nous avons fourni une véritable implémentation de ses approches. L’évaluation approfondie fournie montre clairement la capacité de nos systèmes à répondre aux différentes exigences de sécurité, avec un coût léger en terme de performance
The interconnection of private resources on public infrastructure, user mobility and the emergence of new technologies (vehicular networks, sensor networks, Internet of things, etc.) have added new requirements in terms of security on the server side as well as the client side. Examples include the processing time, mutual authentication, client participation in the choice of security settings and protection against traffic analysis. Internet of Things (IoT) is in widespread use and its applications cover many aspects of today's life, which results in a huge and continuously increasing number of objects distributed everywhere.Security is no doubt the element that will improve and strengthen the acceptability of IoT, especially that this large scale deployment of IoT systems will attract the appetite of the attackers. The current cyber-attacks that are operational on traditional networks will be projected towards the Internet of Things. Security is so critical in this context given the underlying stakes; in particular, authentication has a critical importance given the impact of the presence of malicious node within the IoT systems and the harm they can cause to the overall system. The research works in this thesis aim to advance the literature on IoT authentication by proposing three authentication schemes that satisfy the needs of IoT systems in terms of security and performance, while taking into consideration the practical deployment-related concerns. One-Time Password (OTP) is an authentication scheme that represents a promising solution for IoT and smart cities environments. This research work extends the OTP principle and propose a new approach to generate OTP based on Elliptic Curve Cryptography (ECC) and Isogeny to guarantee the security of such protocol. The performance results obtained demonstrate the efficiency and effectiveness of our approach in terms of security and performance.We also rely on blockchains in order to propose two authentication solutions: first, a simple and lightweight blockchain-based authentication scheme for IoT systems based on Ethereum, and second, an adaptive blockchain-based authentication and authorization approach for IoT use cases. We provided a real implementation of our proposed solutions. The extensive evaluation provided, clearly shows the ability of our schemes to meet the different security requirements with a lightweight cost in terms of performance

Le paysage du monde des téléphones mobiles a changé avec l’introduction des ordiphones (de l’anglais smartphones). En effet, depuis leur avènement, les ordiphones sont devenus incontournables dans des différents aspects de la vie quotidienne. Cela a poussé de nombreux fournisseurs de services de rendre leurs services disponibles sur mobiles. Malgré cette croissante popularité, l’adoption des ordiphones pour des applications sensibles n’a toujours pas eu un grand succès. La raison derrière cela est que beaucoup d’utilisateurs, de plus en plus concernés par la sécurité de leurs appareils, ne font pas confiance à leur ordiphone pour manipuler leurs données sensibles. Cette thèse a pour objectif de renforcer la confiance des utilisateurs en leur mobile. Nous abordons ce problème de confiance en suivant deux approches complémentaires, à savoir la sécurité prouvée et la sécurité ancrée à des dispositifs matériels. Dans la première partie, notre objectif est de montrer les limitations des technologies actuellement utilisées dans les architectures des ordiphones. À cette fin, nous étudions deux systèmes largement déployés et dont la sécurité a reçu une attention particulière dès la conception : l’entrepôt de clés d’Android, qui est le composant protégeant les clés cryptographiques stockées sur les mobiles d’Android, et la famille des protocoles sécurisés SCP (de l’anglais Secure Channel Protocol) qui est définie par le consortium GlobalPlatform. Nos analyses se basent sur le paradigme de la sécurité prouvée. Bien qu’elle soit perçue comme un outil théorique voire abstrait, nous montrons que cet outil pourrait être utilisé afin de trouver des vulnérabilités dans des systèmes industriels. Cela atteste le rôle important que joue la sécurité prouvée pour la confiance en étant capable de formellement démontrer l’absence de failles de sécurité ou éventuellement de les identifier quand elles existent. Quant à la deuxième partie, elle est consacrée aux systèmes complexes qui ne peuvent pas être formellement vérifiés de manière efficace en termes de coût. Nous commençons par examiner l’approche à double environnement d’exécution. Ensuite, nous considérons le cas où cette approche est instanciée par des dispositifs matériels particuliers, à savoir le ARM TrustZone, afin de construire un environnement d’exécution de confiance (TEE de l’anglais Trusted Execution Environment). Enfin, nous explorons deux solutions palliant quelques limitations actuelles du TEE. Premièrement, nous concevons une nouvelle architecture du TEE qui en protège les données sensibles même quand son noyau sécurisé est compromis. Cela soulage les fournisseurs des services de la contrainte qui consiste à faire pleinement confiance aux fournisseurs du TEE. Deuxièmement, nous proposons une solution dans laquelle le TEE n’est pas uniquement utilisé pour protéger l’exécution des applications sensibles, mais aussi pour garantir à des grands composants logiciels (comme le noyau d’un système d’exploitation) des propriétés de sécurité plus complexes, à savoir l’auto-protection et l’auto-remédiation
The landscape of mobile devices has been changed with the introduction of smartphones. Sincetheir advent, smartphones have become almost vital in the modern world. This has spurred many service providers to propose access to their services via mobile applications. Despite such big success, the use of smartphones for sensitive applications has not become widely popular. The reason behind this is that users, being increasingly aware about security, do not trust their smartphones to protect sensitive applications from attackers. The goal of this thesis is to strengthen users trust in their devices. We cover this trust problem with two complementary approaches: provable security and hardware primitives. In the first part, our goal is to demonstrate the limits of the existing technologies in smartphones architectures. To this end, we analyze two widely deployed systems in which careful design was applied in order to enforce their security guarantee: the Android KeyStore, which is the component shielding users cryptographic keys in Android smartphones, and the family of Secure Channel Protocols (SCPs) defined by the GlobalPlatform consortium. Our study relies on the paradigm of provable security. Despite being perceived as rather theoretical and abstract, we show that this tool can be handily used for real-world systems to find security vulnerabilities. This shows the important role that can play provable security for trust by being able to formally prove the absence of security flaws or to identify them if they exist. The second part focuses on complex systems that cannot cost-effectively be formally verified. We begin by investigating the dual-execution-environment approach. Then, we consider the case when this approach is built upon some particular hardware primitives, namely the ARM TrustZone, to construct the so-called Trusted Execution Environment (TEE). Finally, we explore two solutions addressing some of the TEE limitations. First, we propose a new TEE architecture that protects its sensitive data even when the secure kernel gets compromised. This relieves service providers of fully trusting the TEE issuer. Second, we provide a solution in which TEE is used not only for execution protection, but also to guarantee more elaborated security properties (i.e. self-protection and self-healing) to a complex software system like an OS kernel

Le premier protocole cryptographique basé sur les codes correcteurs d'erreurs a été proposé en 1978 par Robert McEliece. La cryptographie basée sur les codes est dite post-quantique car il n'existe pas à l'heure actuelle d'algorithme capable d'attaquer ce type de protocoles en temps polynomial, même en utilisant un ordinateur quantique, contrairement aux protocoles basés sur des problèmes de théorie des nombres. Toutefois, la sécurité du cryptosystème de McEliece ne repose pas uniquement sur des problèmes mathématiques. L'implantation, logicielle ou matérielle, a également un rôle très important pour sa sécurité et l'étude de celle-ci face aux attaques par canaux auxiliaires/cachés n'a débuté qu'en 2008. Des améliorations sont encore possibles. Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles attaques sur le déchiffrement du cryptosystème de McEliece, utilisé avec les codes de Goppa classiques, ainsi que des contre-mesures correspondantes. Les attaques proposées sont des analyses de temps d'exécution ou de consommation d'énergie. Les contre-mesures associées reposent sur des propriétés mathématiques et algorithmiques. Nous montrons qu'il est essentiel de sécuriser l'algorithme de déchiffrement en le considérant dans son ensemble et non pas seulement étape par étape
The first cryptographic protocol based on error-correcting codes was proposed in 1978 by Robert McEliece. Cryptography based on codes is called post-quantum because until now, no algorithm able to attack this kind of protocols in polynomial time, even using a quantum computer, has been proposed. This is in contrast with protocols based on number theory problems like factorization of large numbers, for which efficient Shor's algorithm can be used on quantum computers. Nevertheless, the McEliece cryptosystem security is based not only on mathematical problems. Implementation (in software or hardware) is also very important for its security. Study of side-channel attacks against the McEliece cryptosystem have begun in 2008. Improvements can still be done. In this thesis, we propose new attacks against decryption in the McEliece cryptosystem, used with classical Goppa codes, including corresponding countermeasures. Proposed attacks are based on evaluation of execution time of the algorithm or its power consumption analysis. Associate countermeasures are based on mathematical and algorithmic properties of the underlying algorithm. We show that it is necessary to secure the decryption algorithm by considering it as a whole and not only step by step

Les applications actuelles, des systèmes de capteurs complexes (par exemple auto quantifiée) aux applications de e-commerce, acquièrent de grandes quantités d'informations personnelles qui sont habituellement stockées sur des serveurs centraux. Cette quantité massive de données personnelles, considéré comme le nouveau pétrole, représente un important potentiel pour les applications et les entreprises. Cependant, la centralisation et le traitement de toutes les données sur un serveur unique, où elles sont exposées aux indiscrétions de son gestionnaire, posent un problème majeur en ce qui concerne la vie privée.Inversement, les architectures décentralisées aident les individus à conserver le plein de contrôle sur leurs données, toutefois leurs traitements en particulier le calcul de requêtes globales deviennent complexes.Dans cette thèse, nous visons à concilier la vie privée de l'individu et l'exploitation de ces données, qui présentent des avantages manifestes pour la communauté (comme des études statistiques) ou encore des perspectives d'affaires. Nous promouvons l'idée de sécuriser l'acquisition des données par l'utilisation de matériel sécurisé. Grâce à ces éléments matériels tangibles de confiance, sécuriser des protocoles d'interrogation distribués permet d'effectuer des calculs globaux, tels que les agrégats SQL, sans révéler d'informations sensibles à des serveurs centraux.Cette thèse étudie le sous-groupe de requêtes SQL sans jointures et montre comment sécuriser leur exécution en présence d'attaquants honnêtes-mais-curieux. Cette thèse explique également comment les protocoles d'interrogation qui en résultent peuvent être intégrés concrètement dans une architecture décentralisée. Nous démontrons que notre approche est viable et peut passer à l'échelle d'applications de la taille d'un pays par un modèle de coût et des expériences réelles sur notre prototype, SQL/AA
Current applications, from complex sensor systems (e.g. quantified self) to online e-markets acquire vast quantities of personal information which usually end-up on central servers. This massive amount of personal data, the new oil, represents an unprecedented potential for applications and business. However, centralizing and processing all one's data in a single server, where they are exposed to prying eyes, poses a major problem with regards to privacy concern.Conversely, decentralized architectures helping individuals keep full control of their data, but they complexify global treatments and queries, impeding the development of innovative services.In this thesis, we aim at reconciling individual's privacy on one side and global benefits for the community and business perspectives on the other side. It promotes the idea of pushing the security to secure hardware devices controlling the data at the place of their acquisition. Thanks to these tangible physical elements of trust, secure distributed querying protocols can reestablish the capacity to perform global computations, such as SQL aggregates, without revealing any sensitive information to central servers.This thesis studies the subset of SQL queries without external joins and shows how to secure their execution in the presence of honest-but-curious attackers. It also discusses how the resulting querying protocols can be integrated in a concrete decentralized architecture. Cost models and experiments on SQL/AA, our distributed prototype running on real tamper-resistant hardware, demonstrate that this approach can scale to nationwide applications

L'utilisation des canaux multiples améliore significativement les performances globales des réseaux de capteurs sans fil (RCSF) en permettant des transmissions parallèles sur plusieurs canaux. Cependant, la mise en place d’un protocole MAC multi-canal dans un réseau multisauts nécessite une méthode efficace d’allocation des canaux pour permettre une coordination entre les nœuds afin de partager les canaux disponibles. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la conception d’un protocole MAC multi-canal qui répond aux exigences des applications de collecte de données à haut débit dans un réseau multi-saut. Pour ce faire, nous abordons d’abord les principales façons d’utiliser plusieurs canaux pour réaliser le partage du médium. Ensuite, nous proposons un protocole MAC multi-canal, répondant aux exigences des RCSF à haut débit, qui combine les trois techniques TDMA, CSMA et FDMA. En effet, nous utilisons une nouvelle méthode d’allocation des canaux qui permet aux nœuds de choisir le canal de réception le plus convenable dans leurs voisinages jusqu’à 3-sauts d’une façon distribuée afin de minimiser les effets des interférences et des collisions. Enfin, nous évaluons par simulation les performances de notre protocole et nous le comparons à d’autres protocoles proposés dans la littérature. Les résultats obtenus montrent l’efficacité de notre proposition dans les différents scénarios étudiés
The use of multi-channel significantly improves the overall network performance of wireless sensor networks (WSNs) by allowing parallel transmissions over multiple channels. However, the design of a multi-channel MAC protocol in a multi-hop network requires an efficient channel allocation method that allows the coordination between the nodes in order to share available channels. In this thesis, we focus on the conception of a multi-channel MAC protocol that meets the requirements of high data collection applications in a multi-hop network. In order to achieve this goal, we first present the main techniques to use multiple channels to realize medium access sharing. Then, we propose a multi-channel MAC protocol that meets the requirements of high data rate WSNs, which combines three techniques TDMA, FDMA and CSMA. Indeed, we use a new channel assignment method that enables nodes to choose the most convenient channel in their 3-hop neighborhood in a distributed manner in order to minimize the effects of interferences and collisions. Finally, we evaluate by simulation the performance of our protocol and we compare it to other protocols proposed in the literature. The results show the efficiency of our proposition in the different studied scenarios

A l'origine conçus pour protéger le protocole de Découverte de Voisins (Neighbor Discovery Protocol, NDP) en IPv6, les adresses générées de manière cryptographique (Cryptographically Generated Addresses, CGA) et le protocole SEND (Secure Neighbor Discovery) doivent maintenant s'adapter au contexte de mobilité et à ses nouvelles fonctionnalités. Cette mobilité revêt de nombreuses formes : mobilité du noeud (Mobile IPv6, MIPv6), mobilité des routeurs (Network Mobility, NEMO) ou encore mobilité gérée par le réseau (Proxy Mobile IPv6). De nombreux changements doivent être opérés dans le protocole SEND : les opérations cryptographiques doivent être allégées pour les terminaux à faible capacité de calcul, les incompatibilités entre le partage d'adresse dans les protocoles de mobilité et le mécanisme de protection d'adresses de SEND doivent être corrigés, etc. Dans une première partie de cette thèse, nous présentons le protocole de Découverte de Voisins, les adresses CGA et le protocole de sécurité SEND. Nous étudions leurs limitations et, afin d'améliorer les performances, nous proposons l'utilisation de la cryptographie basée sur les courbes elliptiques (ECC). À travers une série de tests, nous mesurons l'impact de notre proposition. Par la suite, nous modifions les spécifications du protocole SEND afin de supporter de nouveaux algorithmes crytpographiques. Dans une deuxième partie, nous résolvons les incompatibilités entre le protocole SEND et les protocoles de mobilité (par ex. MIPv6) et entre le protocole SEND et les adresses anycast. Dans une dernière partie, nous présentons plusieurs contributions basées sur une utilisation dérivée des adresses CGA et du protocole SEND.

La rapide expansion du marché de l’IoT a permis de relier de plus en plus de matériels bon marché àl’Internet. Pour bon nombre de ces objets, la sécurité ne constitue pas une priorité. En raison de leursfonctionnalités avancées de détection et de manipulation, ces produits IoT mal sécurisés mettent en dangerla vie privée et la sécurité de leurs utilisateurs.Bien que l’IoT englobe des objets connectés de capacités variables, dans ces travaux, nous nous concentronssur les équipements contraints en énergie, en ressources mémoires, et à faible puissance de calcul.Ces restrictions limitent non seulement la possibilité de traitements, mais aussi la capacité à protéger lesdonnées et les utilisateurs. Afin de sécuriser l’IoT, nous identifions plusieurs éléments de bases permettantde fournir des services de sécurité sur l’ensemble d’un équipement.L’implémentation des mécanismes de sécurité au niveau matériel constitue un premier pilier pourl’IoT sécurisé. Diverses fonctions, telles que le démarrage sécurisé, l’attestation à distance et les mises àjour "over-the-air", dépendent en effet fortement de son support. Comme l’implémentation de la sécuritématérielle est souvent coûteuse et ne peut être appliquée aux systèmes existants, nous étudions l’attestationpurement logicielle. Cette méthode fournit une racine de confiance aux systèmes distants qui ne supportentpas la sécurité au niveau matériel. Dans le cadre de l’attestation à distance, l’identification de l’appareilest primordiale. Une partie de ce travail est donc consacrée à l’étude des identificateurs physiques desdispositifs et de leur fiabilité.L’IoT sécurisé repose sur un deuxième élément clé: la cryptographie. Cette dernière est abondammentutilisée par tous les autres mécanismes de sécurité et largement étudiée. Nous étudions les performancesdes algorithmes cryptographiques récents pour les dispositifs contraints.Un troisième élément central pour sécuriser l’IoT est la capacité de la pile protocolaire à sécuriser lescommunications. Nous montrons par exemple qu’il est possible d’exploiter la tolérance du BLE à la dérived’horloge pour établir un canal couvert. D’autre part, il est possible de monter une attaque de déni deservice en exploitant les phases énergivores du réseau, notamment la phase d’attache. Nous proposonsdans ces travaux un algorithme défensif qui réduit quasiment à néant les surcoûts liés à la connexion auréseau.Les architectures de sécurité constituent le dernier pilier pour la sécurité de l’IoT. Elles permettent eneffet de guider le déploiement d’un IoT sécurisé à grande échelle. Après avoir étudié la proposition de l’IETFde schéma d’authentification et d’autorisation pour l’IoT, nous proposons deux pistes d’amélioration de lasécurité.Enfin, la mise en place d’une architecture de sécurité implique le choix du protocole. Dans le contextedes réseaux contraints énergétiquement, le critère déterminant sera la consommation. Même si, àl’avenir, l’IoT utilisera principalement le paradigme d’objets sécurisés pour protéger les données, tant queces derniers ne seront pas largement supportés, de nombreux produits IoT s’appuieront sur les protocolesde sécurité traditionnels tels que TLS et DTLS. C’est pourquoi nous réalisons une étude de performance surla partie la plus critique de ces protocoles : l’établissement du secret partagé. Nous montrons que, mêmesi le "handshake" DTLS utilise moins de paquets pour établir le secret partagé, TLS obtient des meilleursrésultats dans les réseaux avec pertes
The rapid expansion of the IoT has unleashed a tidal wave of cheap Internet-connected hardware. Formany of these products, security was merely an afterthought. Due to their advanced sensing and actuatingfunctionalities, poorly-secured IoT devices endanger the privacy and safety of their users.While the IoT contains hardware with varying capabilities, in this work, we primarily focus on the constrainedIoT. The restrictions on energy, computational power, and memory limit not only the processingcapabilities of the devices but also their capacity to protect their data and users from attacks. To secure theIoT, we need several building blocks. We structure them in a bottom-up fashion where each block providessecurity services to the next one.The first cornerstone of the secure IoT relies on hardware-enforced mechanisms. Various security features,such as secure boot, remote attestation, and over-the-air updates, rely heavily on its support. Sincehardware security is often expensive and cannot be applied to legacy systems, we alternatively discusssoftware-only attestation. It provides a trust anchor to remote systems that lack hardware support. In thesetting of remote attestation, device identification is paramount. Hence, we dedicated a part of this work tothe study of physical device identifiers and their reliability.The IoT hardware also frequently provides support for the second building block: cryptography. Itis used abundantly by all the other security mechanisms, and recently much research has focussed onlightweight cryptographic algorithms. We studied the performance of the recent lightweight cryptographicalgorithms on constrained hardware.A third core element for the security of the IoT is the capacity of its networking stack to protect the communications.We demonstrate that several optimization techniques expose vulnerabilities. For example,we show how to set up a covert channel by exploiting the tolerance of the Bluetooth LE protocol towardsthe naturally occurring clock drift. It is also possible to mount a denial-of-service attack that leverages theexpensive network join phase. As a defense, we designed an algorithm that almost completely alleviates theoverhead of network joining.The last building block we consider is security architectures for the IoT. They guide the secure integrationof the IoT with the traditional Internet. We studied the IETF proposal concerning the constrainedauthentication and authorization framework, and we propose two adaptations that aim to improve its security.Finally, the deployment of the IETF architecture heavily depends on the security of the underlying communicationprotocols. In the future, the IoT will mainly use the object security paradigm to secure datain flight. However, until these protocols are widely supported, many IoT products will rely on traditionalsecurity protocols, i.e., TLS and DTLS. For this reason, we conducted a performance study of the most criticalpart of the protocols: the handshake phase. We conclude that while the DTLS handshake uses fewerpackets to establish the shared secret, TLS outperforms DTLS in lossy networks

Grâce aux progrès de miniaturisation des systèmes embarqués, les mini-drones qu'on appelle en anglais Small Unmanned Aerial Vehicle (UAVs) sont apparus et permettent de réaliser des applications civiles à moindres coûts. Pour améliorer leurs performances sur des missions complexes (par exemple, pour contourner un obstacle), il est possible de déployer une flotte de drones coopératifs afin de partager les tâches entre les drones. Ce type d'opération exige un niveau élevé de coopération entre les drones et la station de contrôle. La communication entre les drones de la flotte est donc un enjeu important dans la réalisation des opérations d'une flotte de drones. Parmi les différentes architectures de communication qui existent, le réseau ad hoc s'avère être une solution efficace et prometteuse pour l'opération d'une flotte de drones. Un réseau ad hoc de drones ou UAV Ad hoc Network (UAANET) est un système autonome constitué d'une flotte de mini-drones et d'une ou plusieurs station(s) sol. Ce réseau peut être considéré comme une sous-catégorie d'un réseau ad hoc mobile (MANET) avec des caractéristiques spécifiques (vitesse importante des nœuds, modèle de mobilité spécifique, etc.) qui peuvent engendrer des baisses de performance du protocole de routage utilisé. Par ailleurs, la nature partagée du support de transmission et l'absence d'une infrastructure fixe pour vérifier l'authenticité des nœuds et des messages posent un problème de sécurité des communications. Compte tenu du caractère critique des données de charge utile échangées (en effet, un attaquant peut capturer un drone et l'utiliser à des fins malveillantes), il est important que les messages échangés soient authentifiés et qu'ils n'ont pas été modifiés ou retardés par un attaquant. L'authentification des messages est donc un des objectifs à atteindre pour garantir la sécurité du système Unmanned Aerial System (UAS) final. Diverses solutions de sécurité ont été conçues pour les réseaux sans fil, puis ont ensuite été adaptées aux réseaux MANET. Ces solutions peuvent s'étendre à des applications pour les réseaux UAANET, c'est pourquoi nous proposons dans cette thèse une architecture de communication fiable et sécurisée pour les flottes des drones. Dans ce travail, nous avons étudié en premier lieu l'application d'un réseau ad hoc mobile pour les flottes de drones. Nous examinons en particulier le comportement des protocoles de routage ad hoc existants dans un environnement UAANET. Ces solutions sont ainsi évaluées pour permettre d'identifier le protocole adéquat pour l'échange des données. Cela nous amène dans un deuxième temps, à proposer un protocole de routage intitulé Secure UAV Ad hoc routing Protocol (SUAP) qui garantit l'authentification des messages et détecte l'attaque wormhole. Cette attaque peut être définie comme un scénario dans lequel un attaquant enregistre les paquets en un point, et les rejoue à un autre point distant. L'attaque wormhole est particulièrement dangereuse lorsqu'un protocole de routage réactif (qui utilise le nombre de sauts comme métrique d'une route) est utilisé. Pour contrer cette attaque, le protocole SUAP permet d'une part d'assurer des services de livraison de donnés (une vidéo de télésurveillance) entre un drone distant et une station sol. D'autre part, le protocole SUAP possède également des partitions de sécurisation qui se basent sur une signature et une fonction de hachage pour assurer l'authentification et l'intégrité des messages. En ce qui concerne l'attaque wormhole, une technique qui consiste à corréler le nombre de sauts et la distance relative entre deux nœuds voisins est utilisée. Ce mécanisme permet de déduire la présence ou non d'un tunnel wormhole dans le réseau. En outre, cette architecture de communication est conçue avec une méthodologie de prototypage rapide avec l'utilisation d'une méthode orientée modèle pour tenir compte du besoin de validation du système UAS final
Advances in miniaturization of embedded systems have helped to produce small Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) with highly effective capacity. In order to improve their capability in civilian complex missions (for instance, to bypass an obstruction), it is now possible to deploy UAV swarms, in which cooperative UAVs share different tasks. This type of operations needs a high level of coordination between UAVs and Ground Control Station (GCS) through a frequent exchange of information. The communication capabilities are therefore an important objective to achieve for effective UAV swarm operations. Several communication architectures can be used to allow communication between UAVs and GCS. Ad hoc network is one of them and is an effective and promising solution for multi-UAV systems. Such a network is called UAANET (UAV Ad hoc Network) and is an autonomous system made of a UAV swarm and one or several GCS (Ground Control Station). This network can also be considered as a sub category of the well-known MANET (Mobile Ad hoc network). However, it has some specific features (such as node velocity, specific mobility model) that can impact performance of routing protocols. Furthermore, the nature of the wireless medium, along with the lack of fixed infrastructure, which is necessary to verify node and message authentication, create security breaches. Specifically, given the critical characteristic of the real-time data traffic, message authentication proves to be an important step to guarantee the security of the final UAS (composed of UAV swarm). Security of routing protocols has been widely investigated in wired networks and MANETs, but as far as we are aware, there is no previous research dealing with the security features of UAANET routing protocols. Those existing solutions can be adapted to meet UAANET requirements. With that in mind, in this thesis, we propose a secure and reliable communication architecture for a UAV swarm. In this work, the creation of UAANET has first been concieved. In order to do this, we studied the impact of existing MANET routing protocols into UAANET to assess their performance and to select the best performer as the core of our proposed secure routing protocol. Accordingly, we evaluated those existing routing protocols based on a realistic mobility model and realistic UAANET environment. Based on this first study, we created a secure routing protocol for UAANET called SUAP (Secure UAV Ad hoc routing Protocol). On the one hand, SUAP ensures routing services by finding routing paths between nodes to exchange real time traffic (remote monitoring video traffic). On the other hand, SUAP ensures message authentication and provides detection to avoid wormhole attack. The SUAP routing protocol is a reactive routing protocol using public key cryptography and hash chains. In order to detect wormhole attack, a geographical leash-based algorithm is used to estimate the correlation between the packet traveled distance and the hop count value. We also contribute to the certification of the secure communication system software through a Model-Driven Development (MDD) approach. This certification is needed to validate the operation of the UAV swarm, especially in cases where it is used to exchange control and command traffic. We used Simulink and Stateflow tools and formal verification tools of Matlab Software to design SUAP routing protocol. The evaluation of the effectiveness of SUAP has been executed both through emulation and real experiment studies. Our results show that SUAP ensures authentication and integrity security services and protects against a wormhole attack. It also provides an acceptable quality of service for real-time data exchanges

Les forts besoins en matière d'économie de carburant, de réduction des coûts de maintenance et de diminution des accidents routiers, ont conduit à la conception et à la commercialisation d'une gamme de systèmes embarqués sans fil, installés dans les véhicules roulants terrestres. Or, il faudra surmonter plusieurs défis techniques pour que les divers bénéfices de ses systèmes se réalisent. Ce mémoire de thèse s'est déroulé au sein de l'entreprise Continental Automotive Systems et les laboratoires LAAS et LAPLACE de Centre National de la Recherche Scientifique. Les travaux ont porté sur le canal de propagation radiofréquence dans l'environnement du véhicule pour le système de surveillance de pression des pneumatiques (TPMS) et le système d'accès sans fil (PASE). Ils se sont répartis entre les expérimentations et des études théoriques visant à présenter des modèles efficaces de l'environnement de propagation, d'évaluer la qualité de communication et de proposer des solutions adaptées aux systèmes embarqués sans fil étudiés. Les résultats de simulation et de mesure montrent que nous pouvons bien cerner les mécanismes de propagation mis en jeu dans l'environnement véhicule, et d'adapter en conséquence les solutions protocolaires et antennaires.

Est-il possible de démontrer un théorème prouvant que l’accès aux données confidentielles d’un utilisateur d’un service Web (tel que GMail) nécessite la connaissance de son mot de passe, en supposant certaines hypothèses sur ce qu’un attaquant est incapable de faire (par exemple, casser des primitives cryptographiques ou accéder directement aux bases de données de Google), sans toutefois le restreindre au point d’exclure des attaques possibles en pratique?Il existe plusieurs facteurs spécifiques aux protocoles du Web qui rendent impossible une application directe des méthodes et outils existants issus du domaine de l’analyse des protocoles cryptographiques.Tout d’abord, les capacités d’un attaquant sur le Web vont largement au-delà de la simple manipulation des messages échangés entre le client et le serveur sur le réseau. Par exemple, il est tout à fait possible (et même fréquent en pratique) que l’utilisateur ait dans son navigateur un onglet contenant un site contrôlé par l’adversaire pendant qu’il se connecte à sa messagerie (par exemple, via une bannière publicitaire) ; cet onglet est, comme n’importe quel autre site, capable de provoquer l’envoi de requêtes arbitraires vers le serveur de GMail, bien que la politique d’isolation des pages du navigateur empêche la lecture directe de la réponse à ces requêtes. De plus, la procédure pour se connecter à GMail implique un empilement complexe de protocoles : tout d’abord, un canal chiffré, et dont le serveur est authentifié, est établi avec le protocole TLS ; puis, une session HTTP est créée en utilisant un cookie ; enfin, le navigateur exécute le code JavaScript retourné par le client, qui se charge de demander son mot de passe à l’utilisateur.Enfin, même en imaginant que la conception de ce système soit sûre, il suffit d’une erreur minime de programmation (par exemple, une simple instruction goto mal placée) pour que la sécurité de l’ensemble de l’édifice s’effondre.Le but de cette thèse est de bâtir un ensemble d’outils et de librairies permettant de programmer et d’analyser formellement de manière compositionelle la sécurité d’applicationsWeb confrontées à un modère plausible des capacités actuelles d’un attaquant sur le Web. Dans cette optique, nous étudions la conception des divers protocoles utilisés à chaque niveau de l’infrastructure du Web (TLS, X.509, HTTP, HTML, JavaScript) et évaluons leurs compositions respectives. Nous nous intéressons aussi aux implémentations existantes et en créons de nouvelles que nous prouvons correctes afin de servir de référence lors de comparaisons. Nos travaux mettent au jour un grand nombre de vulnérabilités aussi bien dans les protocoles que dans leurs implémentations, ainsi que dans les navigateurs, serveurs, et sites internet ; plusieurs de ces failles ont été reconnues d’importance critiques. Enfin, ces découvertes ont eu une influence sur les versions actuelles et futures du protocole TLS
As ever more private user data gets stored on the Web, ensuring proper protection of this data (in particular when it transits through untrusted networks, or when it is accessed by the user from her browser) becomes increasingly critical. However, in order to formally prove that, for instance, email from GMail can only be accessed by knowing the user’s password, assuming some reasonable set of assumptions about what an attacker cannot do (e.g. he cannot break AES encryption), one must precisely understand the security properties of many complex protocols and standards (including DNS, TLS, X.509, HTTP, HTML,JavaScript), and more importantly, the composite security goals of the complete Web stack.In addition to this compositional security challenge, onemust account for the powerful additional attacker capabilities that are specific to the Web, besides the usual tampering of network messages. For instance, a user may browse a malicious pages while keeping an active GMail session in a tab; this page is allowed to trigger arbitrary, implicitly authenticated requests to GMail using JavaScript (even though the isolation policy of the browser may prevent it from reading the response). An attacker may also inject himself into honest page (for instance, as a malicious advertising script, or exploiting a data sanitization flaw), get the user to click bad links, or try to impersonate other pages.Besides the attacker, the protocols and applications are themselves a lot more complex than typical examples from the protocol analysis literature. Logging into GMail already requires multiple TLS sessions and HTTP requests between (at least) three principals, representing dozens of atomic messages. Hence, ad hoc models and hand written proofs do not scale to the complexity of Web protocols, mandating the use of advanced verification automation and modeling tools.Lastly, even assuming that the design of GMail is indeed secure against such an attacker, any single programming bug may completely undermine the security of the whole system. Therefore, in addition to modeling protocols based on their specification, it is necessary to evaluate implementations in order to achieve practical security.The goal of this thesis is to develop new tools and methods that can serve as the foundation towards an extensive compositional Web security analysis framework that could be used to implement and formally verify applications against a reasonably extensive model of attacker capabilities on the Web. To this end, we investigate the design of Web protocols at various levels (TLS, HTTP, HTML, JavaScript) and evaluate their composition using a broad range of formal methods, including symbolic protocol models, type systems, model extraction, and type-based program verification. We also analyze current implementations and develop some new verified versions to run tests against. We uncover a broad range of vulnerabilities in protocols and their implementations, and propose countermeasures that we formally verify, some of which have been implemented in browsers and by various websites. For instance, the Triple Handshake attack we discovered required a protocol fix (RFC 7627), and influenced the design of the new version 1.3 of the TLS protocol