Academic literature on the topic 'Systèmes informatiques – Mesures de sûreté – Offuscation (informatique)'

La mondialisation croissante de la chaîne d'approvisionnement des semi-conducteurs, ainsi que la complexité et la diversité croissantes des flux de conception de matériel, ont entraîné une recrudescence des menaces de sécurité : risques de vol et de revente de propriété intellectuelle, de rétro-ingénierie et d'insertion de code malveillant sous la forme de chevaux de Troie pendant la fabrication et au moment de la conception ont fait l'objet d'une recherche croissante ces dernières années. Cependant, les menaces lors de la synthèse de haut niveau (HLS), où une description algorithmique est transformée en une implémentation matérielle de niveau inférieur, n'ont été envisagées que récemment, et peu de solutions ont été proposées jusqu'à présent. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur la sécurisation des conceptions lors de la synthèse comportementale à l'aide d'un outil HLS basé sur le cloud ou interne, mais non fiable. Nous introduisons une nouvelle méthode de protection au moment de la conception appelée offuscation, où le code source de haut niveau est obscurci à l'aide de techniques basées sur des clés, et désobscurci après HLS au niveau du transfert de registre. Cette méthode en deux étapes garantit une fonctionnalité de conception correcte et une faible surcharge de conception. Nous proposons trois façons d'intégrer l'offuscation transitoire dans différents mécanismes de sécurité. Tout d'abord, nous montrons comment il peut être utilisé pour empêcher le vol de propriété intellectuelle et la réutilisation illégale dans un scénario HLS basé sur le cloud. Ensuite, nous étendons ce travail au filigranes numériques, en exploitant les effets secondaires de l'offuscation transitoire sur les outils HLS pour identifier les conceptions volées. Enfin, nous montrons comment cette méthode peut également être utilisée contre les chevaux de Troie matériels, à la fois en empêchant l'insertion et en facilitant la détection
The growing globalization of the semiconductor supply chain, as well as the increasing complexity and diversity of hardware design flows, have lead to a surge in security threats: risks of intellectual property theft and reselling, reverse-engineering and malicious code insertion in the form of hardware Trojans during manufacturing and at design time have been a growing research focus in the past years. However, threats during highlevel synthesis (HLS), where an algorithmic description is transformed into a lower level hardware implementation, have only recently been considered, and few solutions have been given so far. In this thesis, we focus on how to secure designs during behavioral synthesis using either a cloud-based or an internal but untrusted HLS tool. We introduce a novel design time protection method called transient obfuscation, where the high-level source code is obfuscated using key-based techniques, and deobfuscated after HLS at register-transfer level. This two-step method ensures correct design functionality and low design overhead. We propose three ways to integrate transient obfuscation in different security mechanisms. First, we show how it can be used to prevent intellectual property theft and illegal reuse in a cloud-based HLS scenario. Then, we extend this work to watermarking, by exploiting the side-effects of transient obfuscation on HLS tools to identify stolen designs. Finally, we show how this method can also be used against hardware Trojans, both by preventing insertion and by facilitating detection

L’obfuscation de code est une technique de protection de programme qui consiste à rendre la rétro-ingénierie d’un programme plus difficile, afin de protéger des secrets, de la propriété intellectuelle, ou de compliquer la détection (malware). L’obfuscation est généralement effectuée à l’aide d’un ensemble de transformations sur le programme cible. L’obfuscation est également souvent utilisée en conjonction avec d’autres techniques de protection de programmes telles que le watermarking ou le tamperproofing. Ces transformations sont généralement intégrées dans les transformations de code appliquées pendant le processus de compilation, comme les optimisations. Cependant, appliquer des transformations d’obfuscation demande plus de préconditions sur le code et de précisions dans l’application pour offrir un compromis performance/sécurité acceptable ce qui rend les compilateurs traditionnels peu adaptés à l’obfuscation. Pour répondre à ces problèmes, cette thèse propose SCOL, un langage qui permet de décrire le processus de compilation d’un programme en prenant en compte les problématiques spécifiques à l’obfuscation. Celui-ci permet de décrire des chaînes de compilation avec un haut niveau d’abstraction, tout en permettant une précision élevée sur la composition des transformations. Le langage possède un système de types qui permet de vérifier la cohérence de la chaîne de compilation. C’est-à-dire que vérifier que la composition des transformations permet d’obtenir le niveau de protection et de couverture visé
Code obfuscation is a software protection technique that is designed to make reverse engineering a program more challenging, in order to protect secrets, intellectual property, or to complicate detection (malware). The obfuscation is generally carried out using a set of transformations on the target program. Obfuscation is also often used in conjunction with other software protection techniques, such as watermarking or tamperproofing. These transformations are usually integrated into code transformations applied during the compilation process, such as optimisations. However, the application of obfuscation transformations requires more preconditions on the code and more precision in the application to provide an acceptable performance/safety trade-off, making traditional compilers unsuitable for obfuscation. To address these problems, this thesis presents SCOL, a language that is able to describe the process of compiling a program while considering the specific problems of obfuscation. This allows you to describe compilation chains with a high level of abstraction, while allowing a high degree of accuracy on the composition of the transformations. The language has a type system which checks the correctness of the compilation chain. That means that the composition of transformations provides the targeted level of protection and coverage

L’augmentation des cyberattaques dans le monde fait de l’analyse des codes malveillants un domaine de recherche prioritaire. Ces logiciels utilisent diverses méthodes de protection, encore appelées obfuscations, visant à contourner les antivirus et à ralentir le travail d’analyse. Dans ce contexte, cette thèse apporte une solution à la construction du Graphe de Flot de Contrôle (GFC) d’un code binaire obfusqué. Nous avons développé la plateforme BOA (Basic blOck Analysis) qui effectue une analyse statique d’un code binaire protégé. Pour cela, nous avons défini une sémantique s’appuyant sur l’outil BINSEC à laquelle nous avons ajouté des continuations. Ces dernières permettent d’une part de contrôler les auto-modifications, et d’autre part de simuler le système d’exploitation pour traiter les appels et interruptions système. L’analyse statique est faite en exécutant symboliquement le code binaire et en calculant les valeurs des états du système à l’aide de solveur SMT. Ainsi, nous effectuons une analyse du flot de données afin de construire le GFC en calculant les adresses de transfert. Enfin, la gestion des boucles est réalisée en transformant un GFC en un automate à pile. BOA est capable de calculer les adresses des sauts dynamiques, de détecter les prédicats opaques, de calculer les adresses de retour sur une pile même si elles ont été falsifiées, de gérer les falsifications des gestionnaires d’interruption, reconstruire à la volée les tables d’importation, et pour finir, de gérer les auto-modifications. Nous avons validé la correction de BOA en utilisant l’obfuscateur de code Tigress. Ensuite, nous avons testé BOA sur 35 packers connus et nous avons montré que dans 30 cas, BOA était capable de reconstruire complètement ou partiellement le binaire initialement masqué. Pour finir, nous avons détecté les prédicats opaques protégeant XTunnel, un malware utilisé lors des élections américaines de 2016, et nous avons partiellement dépacké un échantillon du cheval de Troie Emotet, qui, le 14/10/2020 n’était détecté que par 7 antivirus sur les 63 que propose VirusTotal. Ce travail contribue au développement des outils d’analyse statique des codes malveillants. Contrairement aux analyses dynamiques, cette solution permet une analyse sans exécution du binaire, ce qui offre un double avantage : d’une part une approche statique est plus facile à déployer, et d’autre part le code malveillant n’étant pas exécuté, il ne peut pas prévenir son auteur
The increase in cyber-attacks around the world makes malicious code analysis a priority research area. This software uses various protection methods, also known as obfuscations, to bypass antivirus software and slow down the analysis process. In this context, this thesis provides a solution to build the Control Float Graph (CFG) of obfuscated binary code. We developed the BOA platform (Basic blOck Analysis) which performs a static analysis of a protected binary code. For this, we have defined a semantics based on the BINSEC tool to which we have added continuations. These allow on one hand to control the self-modifications, and on the other hand to simulate the operating system to handle system calls and interruptions. The static analysis is done by symbolically executing the binary code and calculating the values of the system states using SMT solvers. Thus, we perform a data flow analysis to build the CFG by calculating the transfer addresses. Finally, loop handling is performed by transforming a CFG into a pushdown automaton. BOA is able to compute dynamic jump addresses, to detect opaque predicates, to compute return addresses on a stack even if they have been falsified, to manage interrupt handler falsifications, to rebuild import tables on the fly, and finally, to manage self-modifications. We validated the BOA correction using the Tigress code obfuscator. Then, we tested BOA on 35 known packers and showed that in 30 cases, BOA was able to completely or partially rebuild the initially protected binary. Finally, we detected the opaque predicates protecting XTunnel, a malware used during the 2016 U.S. elections, and we partially unpacked a sample of the Emotet Trojan, which on 14/10/2020 was detected by only 7 antivirus programs out of the 63 offered by VirusTotal. This work contributes to the development of tools for static analysis of malicious code. In contrast to dynamic methods, this solution allows an analysis without executing the binary, which offers a double advantage: on the one hand, a static approach is easier to deploy, and on the other hand, since the malicious code is not executed, it cannot warn its author

Une forte demande existe aujourd’hui pour améliorer les techniques avancées d’obfuscation et de déobfuscation, dans le but d’éviter le vol de propriétés intellectuelles ou de perfectionner la défense face aux attaques en cybersécurité. Les travaux réalisés au cours de cette thèse portent sur la consolidation de la déobfuscation réalisée par des outils d’analyse symbolique et concrète de programmes protégés par des prédicats opaques. Ces outils s’appuient sur des outils d’analyse automatisée de programmes (moteur d’exécution symbolique dynamique) qui utilisent des solveurs de satisfiabilité modulo théorie (solveurs SMT). Nous souhaitons comprendre plus précisément certaines situations pour lesquelles l’analyse de prédicats effectuée par ces outils est mise en échec, pour ensuite pouvoir proposer des solutions pratiques évitant ces scénarios, et les tester dans des cas réels. C’est pourquoi notre travail se concentre sur la compréhension des concepts de raisonnement automatisé dans une théorie décidable et complète, afin de clarifier les mécanismes de capture de l’information. Nos premiers résultats montrent comment un jeu d’instructions machine assembleur (ISA) autorise l’apparition ou non de prédicats opaques. Nous proposons une amélioration de la détection de prédicats opaques à partir du comportement du solveur SMT. Nous proposons une redéfinition des requêtes SMT pour réduire les effets des prédicats opaques. Nous intégrons ces améliorations dans plusieurs outils automatiques tels que KLEE ou Angr, puis les testons sur différents programmes contenant des prédicats opaques
High demand exists nowadays to improve advanced obfuscation and deobfuscation techniques, with the purpose of preventing intellectual property piracy or improving defence against cyber security attacks. This thesis focuses on the improvement of the deobfuscation achieved by symbolic and concrete analysis tools of protected programs using opaque predicates. These tools rely on automated program analysis tools (dynamic symbolic execution engine) that use Satisfiability Modulo Theory solvers (SMT solvers). To understand more precisely some situations in which the predicate analysis performed by these tools fails, our aim is to be able to identify practical solutions to avoid these scenarios and test them in real cases. First results show how an Instruction Set Assembly (ISA) allows opaque predicates to appear or not. We suggest an improvement of the opaque predicates identification based on the SMT solvers behavior. We suggest a method to reshape SMT queries to reduce the effects of opaque predicates. These features are built into several automated tools such as KLEE or Angr, followed by testing them on different programs which contain opaque predicates

Le piratage informatique est apparu avec les premiers micro-ordinateurs vers 1980 et depuis n'a cessé de s'amplifier. Au début, cette pratique était essentiellement individuelle et ludique. Elle est désormais principalement constituée par les activités des personnes qui, individuellement ou en groupe, avec des motivations très diverses, piratent les ordinateurs des autres. Aujourd'hui, l'explosion des moyens de communications électroniques fait que la sécurité des données concerne sans cesse de nouvelles populations. Cette thèse examine dans un premier temps, d’un point de vue technique et sociologique, les méthodes et procédures d’attaques et de défense en matière de piratage informatique. Dans un second temps, elle expose une théorisation de ces mécanismes d’attaques et de défense, avant de proposer une nouvelle conception de la sécurité qui n’est plus seulement centrée sur des moyens techniques mais également sur la prise en compte de la dimension sociale des attaques et de défense
Hacking activities appeared around 1980 with first personal computers and since did not stop developing. At the beginning, this practice was primarily individual and playful. Now it is mainly made up by the activities of groups, with very various motivations. Today, due to the development of electronic means of communication, data security concerns a wider public. This thesis examines initially, from a technical and sociological point of view, attacks and defense mechanisms, and proposes a new concept of the security which is not only any centered on technical solutions but also takes in consideration the social dimension of the problem

De l'instant de l'attaque logicielle contre le système, jusqu'aux conséquences macro-économiques induites, nous suivrons la propagation du dommage et ses implications juridiques en matière d'obligations et de responsabilité. Cela nous donnera tout d'abord l'occasion d'aborder l'aspect répressif de la sécurité au travers de la sanction pénale de l'acte. Mais tout autant nous nous intéresserons aux relations contractuelles qui vont naître de la prévention du dommage, au travers des mesures prises par la victime, le maître du système, pour protéger ses intérêts. Nous envisagerons les recours qui s'offrent non seulement à ce dernier mais aussi aux utilisateurs du système attaqué, qui subiront parfois un préjudice du fait d'une atteinte, à leurs biens, à la qualité d'un service, ou à leur vie privée. Enfin la sécurité informatique est à nos yeux un impératif d'ordre public et ce sont les dommages potentiels à l'économie dans son ensemble qui concluront donc cette étude.

Cette thèse présente une nouvelle approche pour l’évaluation quantitative de la sécurité des systèmes informatiques. L’objectif de ces travaux est de définir et d’évaluer plusieurs mesures quantitatives. Ces mesures sont des mesures probabilistes visant à quantifier les influences de l’environnement sur un système informatique en présence de vulnérabilités. Dans un premier temps, nous avons identifié les trois facteurs ayant une influence importante sur l’état du système : 1) le cycle de vie de la vulnérabilité, 2) le comportement de la population des attaquants et 3) le comportement de l’administrateur du système. Nous avons étudié ces trois facteurs et leurs interdépendances et distingué ainsi deux scénarios principaux, basés sur la nature de la découverte de la vulnérabilité, malveillante ou non. Cette étape nous a permis d'identifier les états possibles du système en considérant le processus d’exploitation de la vulnérabilité et de définir quatre mesures relatives à l'état du système qui peut être vulnérable, exposé, compromis, corrigé ou sûr. Afin d'évaluer ces mesures, nous avons modélisé ce processus de compromission. Par la suite, nous avons caractérisé de manière quantitative les événements du cycle de vie de la vulnérabilité à partir de données réelles issues d'une base de données de vulnérabilités pour paramétrer nos modèles de manière réaliste. La simulation de ces modèles a permis d’obtenir les valeurs des mesures définies. Enfin, nous avons étudié la manière d’étendre le modèle à plusieurs vulnérabilités. Ainsi, cette approche a permis l’évaluation de mesures quantifiant les influences de différents facteurs sur la sécurité du système
This thesis presents a new approach for quantitative security evaluation for computer systems. The main objective of this work is to define and evaluate several quantitative measures. These measures are probabilistic and aim at quantifying the environment influence on the computer system security considering vulnerabilities. Initially, we identified the three factors that have a high influence on system state: 1) the vulnerability life cycle, 2) the attacker behaviour and 3) the administrator behaviour. We studied these three factors and their interdependencies and distinguished two main scenarios based on nature of vulnerability discovery, i. E. Malicious or non malicious. This step allowed us to identify the different states of the system considering the vulnerability exploitation process and to define four measures relating to the states of the system: vulnerable, exposed, compromised, patched and secure. To evaluate these measures, we modelled the process of system compromising by vulnerability exploitation. Afterwards, we characterized the vulnerability life cycle events quantitatively, using real data from a vulnerability database, in order to assign realistic values to the parameters of the models. The simulation of these models enabled to obtain the values of the four measures we had defined. Finally, we studied how to extend the modelling to consider several vulnerabilities. So, this approach allows the evaluation of measures quantifying the influences of several factors on the system security

Les mecanismes de protection les plus repandus actuellement sur les systemes d'information proposent certaines formes de barrages ne pouvant etre franchis que par des utilisateurs autorises (mots de passe) dans le cas ou ces filtres sont franchis, la plupart des systemes deviennent completement accessibles et a la merci de l'intrus. L'idee directrice de notre travail est d'apporter un complement aux mecanismes d'authentification traditionnels. Ce complement n'a aucunement la pretention d'etre infaillible, mais il permet de generer un facteur de risque dont l'effet peut etre particulierement dissuasif. Notre travail a porte sur l'etude d'une methode de conception d'un outil permettant de confirmer periodiquement l'authenticite d'un sujet agissant sur un systeme d'information donne. Ce complement d'authentification s'exerce apres le passage des mecanismes de securite traditionnels. Cette authentification doit s'effectuer de maniere transparente pour le sujet et peut s'apparenter a une verification comportementale. Le comportement du sujet controle doit correspondre dans une certaine mesure au comportement attendu. Une methode de decomposition arborescente d'un probleme de securite complexe en sous problemes a ete definie. Cette methode permet de resoudre une requete d'authentification en resolvant un certain nombre de sous requetes dont l'equivalence avec la premiere est quantifiee par une approche probabiliste. Les feuilles de l'arborescence representent des requetes fondamentales dont la complexite de resolution peut etre variable. Pour la resolution de requetes fondamentales complexes, nous proposons une strategie de choix de parametres mesurables dont la correlation entre eux est une consequence de l'authenticite du sujet etudie. Des resultats d'experiences sont exposes ensuite. Une premiere experience evoque la conception d'un systeme d'authentification dont le but est de limiter les fraudes bancaires dues a une utilisation illicite des cartes de paiement. Une deuxieme experience concerne l'etude de cas d'un utilisateur de systeme unix dont l'authenticite peut etre confirmee par l'analyse de la vitesse de frappe de son mot de passe par un perceptron, ainsi que par les commandes qu'il utilise

Le paradigme de l'informatique diffuse suppose implicitement un modèle d'interaction dynamique qui s'appuie en premier lieu sur la découverte d'applications ambiantes et d'appareils environnants. Quoique la découverte soit au cœur de tels systèmes, en particulier ceux qui s'organisent selon une architecture orientée services, le besoin de sécuriser ce composant critique et la complexité de cette tâche ont été largement sous-estimés, voire négligés jusqu'à aujourd'hui. Cette thèse s'attaque à la conception de protocoles sécurisés et d'architectures fiables pour résoudre les problèmes des techniques actuelles de découverte de service. Après avoir présenté les besoins de sécurité de ce type de protocole, nous proposons trois solutions sécurisées pour la découverte de services correspondant à des degrés divers d'organisation et d'échelle de l'infrastructure sur laquelle le mécanisme est déployé. Nous montrons tout d'abord comment le chiffrement est suffisant pour protéger des architectures décentralisées de type LAN ou WLAN en restreignant l'accès aux messages de découverte diffusés d'après une politique à base d'attributs. Nous proposons ensuite l'utilisation de politiques de découvertes comme concept essentiel à la sécurisation de la découverte de services dans les architectures centralisées qui s'appuient sur un registre comme tiers de confiance. Nous introduisons enfin une architecture pour le déploiement d'un mécanisme de découverte de services sécurisé à plus grande échelle s'appuyant sur un système d'indexation pair à pair accessible via une couche de routage anonyme. Dans une deuxième partie de la thèse, nous analysons l'efficacité des mécanismes de découverte de service sécurisée proposés par une étude de performance. Un modèle Markovien est construit afin de calculer différents paramètres de performances liées à la robustesse, la disponibilité, l'efficacité ou le coût en termes de ressources consommées lors de l'exécution d'un processus de découverte en charge normale aussi bien que soumis à une attaque de déni de service. Nous discutons finalement dans une dernière partie des problèmes de sécurité et de confiance liés à l'introduction de sensibilité contextuelle dans les mécanismes de découverte de service.

L’avènement de l’informatique pervasive permet la mise en place d’environnements intelligents et communicants offrant à l’utilisateur la possibilité de faire interagir ses équipements avec son environnement de manière aisée et transparente. La mobilité de l’utilisateur et la multiplication des dispositifs légers et autonomes accentuent et rendent plus complexes les problèmes de sécurité. En effet, la mise en place d’environnements pervasifs permet à l’utilisateur nomade de solliciter ou de communiquer avec d’autres utilisateurs, des ressources ou des services au sein d’environnements ou de domaines qui lui sont inconnus et réciproquement. Les mécanismes et les solutions existants sont inadéquats pour pallier les nouveaux challenges issus principalement des problèmes d’authentification, de contrôle d’accès et de protection de la vie privée. Dans un système aussi fortement distribué et imprédictible, l’existence d’une autorité centralisatrice n’est en effet pas possible. Il est donc nécessaire de rendre la décision d’accès plus autonome et donc répartie. Dans cette thèse, nous défendons l’idée que l’implémentation d’un système de sécurité basé sur la confiance constitue une solution particulièrement adaptée aux environnements pervasifs. Notre travail à conduit à l’élaboration d’une architecture générique de sécurité prenant en charge l’utilisateur depuis l’identification jusqu’à l’attribution de droits d’accès dans des milieux inconnus. Nommée «Chameleon», celle-ci prend en charge les problèmes issus de l’authentification et du contrôle d’accès dans les environnements mobiles et ubiquitaires. La mise en place de notre approche a nécessité l’implémentation d’un nouveau format de certification « X316 » adaptable au contexte de l’utilisateur, ainsi que la définition d’un modèle de confiance inter-organisations (T2D) dont le but est d’étendre le champ d’accès des utilisateurs mobiles aux ressources environnantes
While the trust is easy to set up between the known participants of a communication, the evaluation of trust becomes a challenge when confronted with unknown environment. It is more likely to happen that the collaboration in the mobile environment will occur between totally unknown parties. An approach to handle this situation has long been to establish some third parties that certify the identities, roles and/or rights of both participants in a collaboration. In a completely decentralized environment, this option is not sufficient. To decide upon accesses one prefer to rely only on what is presented to him by the other party and by the trust it can establish, directly by knowing the other party or indirectly, and vice-versa. Hence a mobile user must for example present a set of certificates known in advance and the visited site may use these certificates to determine the trust he can have in this user and thus potentially allow an adapted access. In this schema the mobile user must know in advance where she wants to go and what she should present as identifications. This is difficult to achieve in a global environment. Moreover, the user likes to be able to have an evaluation of the site she is visiting to allow limited access to her resources. And finally, an user does not want to bother about the management of her security at fine grain while preserving her privacy. Ideally, the process should be automatized. Our work was lead to define the Chameleon architecture. Thus the nomadic users can behave as chameleons by taking the "colors" of their environments enriching their nomadic accesses. It relies on a new T2D trust model which is characterized by support for the disposition of trust. Each nomadic user is identified by a new morph certification model called X316. The X316 allows to carry out the trust evaluation together with the roles of the participants while allowing to hide some of its elements, preserving the privacy of its users