Littérature scientifique sur le sujet « Automatisation de la détection d'attaques »

Dans le contexte international actuel, l’éventualité d’une exposition aux rayonnements ionisants dans le cadre d’un acte malveillant sur une centrale nucléaire ou même une frappe nucléaire n’est pas négligeable. Au sein de l’Institut de recherche biomédicale des armées, le laboratoire de dosimétrie biologique des irradiations a pour mission de maintenir un niveau d’expertise en dosimétrie biologique et de développer des projets de recherche visant à améliorer le diagnostic d’une exposition aux rayonnements ionisants. La dosimétrie biologique est la technique de référence pour estimer, à partir d’un prélèvement sanguin, la dose à laquelle la personne a été exposée. Les projets de recherche développés par le laboratoire ont pour objectif d’affiner cette estimation de dose mais également de diminuer le délai de rendu des résultats de dosimétrie biologique. L’intelligence artificielle en permettant une automatisation de la détection des aberrations chromosomiques induites par les rayonnements ionisants est un atout non négligeable. D’autre part, la configuration de l’exposition est à considérer, car en théâtre d’opération, reconstituer la configuration d’irradiation pour chaque individu peut se révéler complexe, or il est important de le prendre en compte pour la prise en charge médicale. D’autre part, il est aussi à envisager qu’en plus d’une irradiation l’individu peut être blessé. Cette blessure a une influence à la fois sur les biomarqueurs d’irradiation, mais également sur la capacité de l’individu à se remettre de ces expositions concomitantes. Enfin, l’impact du statut de vulnérabilité ou de stress post-traumatique avant l’exposition aux rayonnements ionisants est également un facteur à considérer qui constitue un projet de recherche du laboratoire.

Aujourd’hui, un nouveau pas est franchi dans l’industrialisation de la thermographie infrarouge par induction ! Automatisation, robotisation, sanction automatique, intelligence artificielle peuvent être associées à cette méthode de contrôle pour réaliser un contrôle 4.0. Les derniers développements réalisés par le CETIM ont abouti à la mise en place d’ilots de contrôle automatisé ou robotisé en production avec une détection automatique des défauts de surface. Un temps de cycle de quelques secondes, un fonctionnement 24h/24, des centaines de milliers de pièces contrôlées, voici les principaux atouts de ces machines industrielles qui permettent de détecter les défauts de surface et d’assurer une sanction sans l’intervention d’un opérateur grâce à un traitement d’images adapté. Le CETIM a démontré depuis plusieurs années que la thermographie infrarouge avec une excitation par induction permet de mettre en évidence des défauts de surface débouchants ou sous-jacents sur produits métalliques, magnétiques ou non (replis de forge, tapures de trempe, criques de rectification, défauts de soudage…). L’absence de produits chimiques et l’automatisation possible du contrôle et de la sanction rendent cette méthode particulièrement intéressante pour tout contrôle en production en alternative au contrôle par ressuage et par magnétoscopie. Elle est particulièrement bien adaptée pour les pièces forgées, la boulonnerie, les pièces soudées, les engrenages…

La complexité croissante des cyberattaques, caractérisée par une diversification des techniques d'attaque, une expansion des surfaces d'attaque et une interconnexion croissante d'applications avec Internet, rend impérative la gestion du trafic réseau en milieu professionnel. Les entreprises de tous types collectent et analysent les flux réseau et les journaux de logs pour assurer la sécurité des données échangées et prévenir la compromission des systèmes d'information. Cependant, les techniques de collecte et de traitement des données du trafic réseau varient d'un jeu de données à l'autre, et les approches statiques de détection d'attaque présentent des limites d'efficacité et précision, de temps d'exécution et de scalabilité. Cette thèse propose des approches dynamiques de détection de cyberattaques liées au trafic réseau, en utilisant une ingénierie d'attributs basée sur les différentes phases de communication d'un flux réseau, couplée aux réseaux de neurones à convolution (1D-CNN) et leur feature detector. Cette double extraction permet ainsi une meilleure classification des flux réseau, une réduction du nombre d'attributs et des temps d'exécution des modèles donc une détection efficace des attaques. Les entreprises sont également confrontées à des cybermenaces qui évoluent constamment, et les attaques "zero-day", exploitant des vulnérabilités encore inconnues, deviennent de plus en plus fréquentes. La détection de ces attaques zero-day implique une veille technologique constante et une analyse minutieuse, mais coûteuse en temps, de l'exploitation de ces failles. Les solutions proposées garantissent pour la plupart la détection de certaines techniques d'attaque. Ainsi, nous proposons un framework de détection de ces attaques qui traite toute la chaîne d'attaque, de la phase de collecte des données à l'identification de tout type de zero-day, même dans un environnement en constante évolution. Enfin, face à l'obsolescence des jeux de données et techniques de génération de données existants pour la détection d'intrusion et à la nature figée, non évolutive, et non exhaustive des scénarios d'attaques récents, l'étude d'un générateur de données de synthèse adapté tout en garantissant la confidentialité des données est abordée. Les solutions proposées dans cette thèse optimisent la détection des techniques d'attaque connues et zero-day sur les flux réseau, améliorent la précision des modèles, tout en garantissant la confidentialité et la haute disponibilité des données et modèles avec une attention particulière sur l'applicabilité des solutions dans un réseau d'entreprise
The increasing complexity of cyberattacks, characterized by a diversification of attack techniques, an expansion of attack surfaces, and growing interconnectivity of applications with the Internet, makes network traffic management in a professional environment imperative. Companies of all types collect and analyze network flows and logs to ensure the security of exchanged data and prevent the compromise of information systems. However, techniques for collecting and processing network traffic data vary from one dataset to another, and static attack detection approaches have limitations in terms of efficiency and precision, execution time, and scalability. This thesis proposes dynamic approaches for detecting cyberattacks related to network traffic, using feature engineering based on the different communication phases of a network flow, coupled with convolutional neural networks (1D-CNN) and their feature detector. This double extraction allows for better classification of network flows, a reduction in the number of attributes and model execution times, and thus effective attack detection. Companies also face constantly evolving cyber threats, and "zero-day" attacks that exploit previously unknown vulnerabilities are becoming increasingly frequent. Detecting these zero-day attacks requires constant technological monitoring and thorough but time-consuming analysis of the exploitation of these vulnerabilities. The proposed solutions guarantee the detection of certain attack techniques. Therefore, we propose a detection framework for these attacks that covers the entire attack chain, from the data collection phase to the identification of any type of zero-day, even in a constantly evolving environment. Finally, given the obsolescence of existing datasets and data generation techniques for intrusion detection, and the fixed, non-evolving, and non-exhaustive nature of recent attack scenarios, the study of an adapted synthetic data generator while ensuring data confidentiality is addressed. The solutions proposed in this thesis optimize the detection of known and zero-day attack techniques on network flows, improve the accuracy of models, while ensuring the confidentiality and high availability of data and models, with particular attention to the applicability of the solutions in a company network

Le nombre de systèmes informatiques augmente de jour en jour et beaucoup d'entités malveillantes tentent d'abuser de leurs vulnérabilités. Il existe un fléau qui fait rage depuis quelques années et qui cause beaucoup de difficultés aux experts en sécurité informatique : les armées de robots (botnets). Des armées d'ordinateurs infectés sont constituées pour ensuite être louées et utilisées à des fins peu enviables. La société fait face à un problème : il est très difficile d'arrêter ces armées et encore plus de trouver leurs coordonnateurs. L'objectif de ce travail de recherche est de développer des outils destinés à identifier ces entités et aider à démanteler ces réseaux. Plus précisément, ce projet porte sur la conception d'une plateforme distribuée permettant de faire un pré-traitement des données collectées sur divers réseaux et de les distribuer dans un système d'analyse. Cette plateforme sera en libre source, facilement adaptable et flexible. De plus, elle devra être en mesure de traiter une grande quantité de données dans un court laps de temps. Ce système se distinguera étant donné qu'il sera distribué sur plusieurs réseaux sous un modèle client-serveur et collaborera dans le but de trouver les coordonnateurs de ces armées de robots.

Les anomalies réseaux, et en particulier les attaques par déni de service distribuées, restent une menace considérable pour les acteurs de l'Internet. La détection de ces anomalies requiert des outils adaptés, capables non seulement d'opérer une détection correcte, mais aussi de répondre aux nombreuses contraintes liées à un fonctionnement dans un contexte industriel. Entre autres, la capacité d'un détecteur à opérer de manière autonome, ainsi qu'à fonctionner sur du trafic échantillonné sont des critères importants. Au contraire des approches supervisées ou par signatures, la détection non-supervisée des attaques ne requiert aucune forme de connaissance préalable sur les propriétés du trafic ou des anomalies. Cette approche repose sur une caractérisation autonome du trafic en production, et ne nécessite l'intervention de l'administrateur qu'à postériori, lorsqu’une déviation du trafic habituel est détectée. Le problème avec de telle approches reste que construire une telle caractérisation est algorithmiquement complexe, et peut donc nécessiter des ressources de calculs conséquentes. Cette exigence, notamment lorsque la détection doit fonctionner sur des équipements réseaux aux charges fonctionnelles déjà lourdes, est dissuasive quant à l'adoption de telles approches. Ce constat nous amène à proposer un nouvel algorithme de détection non-supervisé plus économe en ressources de calcul, visant en priorité les attaques par déni de service distribuées. Sa détection repose sur la création à intervalles réguliers d'instantanés du trafic, et produit des résultats simples à interpréter, aidant le diagnostic de l'administrateur. Nous évaluons les performances de notre algorithme sur deux jeux de données pour vérifier à la fois sa capacité à détecter correctement les anomalies sans lever de faux-positifs et sa capacité à fonctionner en temps réel avec des ressources de calcul limitées, ainsi que sur du trafic échantillonné. Les résultats obtenus sont comparés à ceux de deux autres détecteurs, FastNetMon et UNADA
Network anomalies, and specifically distributed denial of services attacks, are still an important threat to the Internet stakeholders. Detecting such anomalies requires dedicated tools, not only able to perform an accurate detection but also to meet the several constraints due to an industrial operation. Such constraints include, amongst others, the ability to run autonomously or to operate on sampled traffic. Unlike supervised or signature-based approaches, unsupervised detection do not require any kind of knowledge database on the monitored traffic. Such approaches rely on an autonomous characterization of the traffic in production. They require the intervention of the network administrator a posteriori, when it detects a deviation from the usual shape of the traffic. The main problem with unsupervised detection relies on the fact that building such characterization is complex, which might require significant amounts of computing resources. This requirement might be deterrent, especially when the detection should run on network devices that already have a significant workload. As a consequence, we propose a new unsupervised detection algorithm that aims at reducing the computing power required to run the detection. Its detection focuses on distributed denial of service attacks. Its processing is based upon the creation, at a regular interval, of traffic snapshots, which helps the diagnosis of detected anomalies. We evaluate the performances of the detector over two datasets to check its ability to accurately detect anomalies and to operate, in real time, with limited computing power resources. We also evaluate its performances over sampled traffic. The results we obtained are compared with those obtained with FastNetMon and UNADA

Les systèmes embarqués traitent et manipulent de plus en plus de données sensibles. La sécurité de ces systèmes est une préoccupation de premier ordre pour ceux qui les conçoivent. Les attaques en fautes visent à perturber l'exécution des programmes à travers la manipulation de grandeurs physiques dans l'environnement du système. Des contre-mesures logicielles sont déployées pour faire face à cette menace. Différentes analyses sont actuellement utilisées pour évaluer l'efficacité des contre-mesures une fois déployées mais elles sont peu ou pas automatisées, coûteuses et limitées quant à la couverture des comportements possibles et aux types de fautes analysables. Nous proposons une méthode d'analyse de robustesse de code binaire combinant des méthodes formelles et de l'exécution symbolique. L'analyse au niveau du code binaire permet non seulement de se placer après la compilation, qui peut altérer les contre-mesures, mais aussi de prendre en compte des éléments du code binaire invisibles à plus haut niveau. Les méthodes formelles, capables d'exhaustivité, permettent à l'analyse de considérer toutes les configurations des paramètres d'entrée. L'analyse est toutefois réalisée vis-à-vis d'un contexte symbolique, extrait par exécution symbolique, ce qui la circonscrit à des paramètres d'entrée réalistes et limite ainsi les faux positifs. Nous avons implémenté cette méthode dans un outil, nommé \texttt{RobustB}, automatisé depuis le code source. Nous proposons trois métriques permettant de synthétiser les résultats de l'analyse et d'aider le concepteur de contre-mesures à évaluer la sensibilité globale du code ainsi qu'au niveau de chaque instruction
Embedded systems are processing and handling more and more sensitive data. The security of these systems is now a prime concern for those who designs them. Fault attacks are indented to disrupt the execution of programs through the manipulation of physical quantities in the system environment and enable an attacker to bypass security mechanisms or achieve privilege escalation. Software counter-measures are deployed to address this threat. Various analyses are now being used to assess the efficiency of the counter-measures once deployed but they are little or not automated, costly and limited in terms of code coverage of the possible behaviour and of faults types that can be analysed. We propose a method to analyse the robustness of binary code combining formal methods and symbolic execution. Performing the analysis at the binary positions the analysis after compilation which can affect the counter-measures and allows it to take into account information which is only visible at the binary level and which can be exploited to perform an attack. Formal methods are capable of exhaustiveness and thus allow the analysis to consider all possible configurations of inputs. The proposed analysis is nevertheless carried out with respect to a symbolic context, extracted by symbolic execution, which confines it to a realistic set of inputs and thus limits false positives. We have implemented this method in a tool called \texttt{RobustB}. It is automated from the source code. We propose three metrics synthesising the analysis results and helping the designer of counter-measures to assess the sensitivity of the code as a whole and at the granularity of an instruction

La principale contribution de ce travail est de proposer une nouvelle logique, inspirée de la logique temporelle linéaire, qui permet d'améliorer les techniques standard de détection d'intrusions utilisant l'approche par scénarios, avec la possibilité de détecter des variantes d'attaques connues. La logique suggées pourrait trouver une trace de paquets qui correspondent, même partiellement avec une distance calculée, avec la formule qui décrit l'attaque. La deuxième partie consistera à décrire son implémentation et de montrer la contribution pour augmenter la performance et l'expressivité des règles des systèmes de détection d'intrusions et plus précisément, du système Snort.

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

L'un des défis majeurs du monde de ces dernières décennies a été l'augmentation continue de la population des personnes âgées dans les pays développés. D’où la nécessité de fournir des soins de qualité à une population en croissance rapide, tout en réduisant les coûts des soins de santé. Dans ce contexte, de nombreux travaux de recherche portent sur l’utilisation des réseaux de capteurs sans fil dans les systèmes WBAN (Wireless Body Area Network), pour faciliter et améliorer la qualité du soin et de surveillance médicale à distance. Ces réseaux WBAN soulèvent de nouveaux défis technologiques en termes de sécurité et de protection contre les anomalies et les attaques. Le mode de communication sans fil utilisé entre ces capteurs et l’unité de traitement accentue ces vulnérabilités. En effet les vulnérabilités dans un système WBAN se décomposent en deux parties principales. La première partie se compose des attaques possibles sur le réseau des capteurs médicaux et sur le médium de communications sans fils entre ces capteurs et l’unité de traitement. La deuxième partie se compose des attaques possibles sur les communications à haut débit entre le système WBAN et le serveur médical. L’objectif de cette thèse est de répondre en partie aux problèmes de détection des attaques dans un système WBAN de surveillance médicale à distance. Pour atteindre cet objectif, nous avons proposé un algorithme pour détecter les attaques de brouillage radio (jamming attack) qui visent le médium de communications sans fils entre les capteurs et l’unité de traitement. Ainsi nous avons proposé une méthode de mesure de divergence pour détecter les attaques de type flooding qui visent les communications à haut débit entre le système WBAN et le serveur médical
One of the major challenges of the world in recent decades is the continued increase in the elderly population in developed countries. Hence the need to provide quality care to a rapidly growing population while reducing the costs of health care is becoming a strategic challenge. In this context, many researches focus on the use of wireless sensor networks in WBAN (Wireless Body Area Network) systems to facilitate and improve the quality of medical care and remote monitoring. These WBAN systems pose new technological challenges in terms of security and protection against faults and attacks. The wireless communication mode used between the sensors and the collection node accentuates these vulnerabilities. Indeed vulnerabilities in a WBAN system are divided into two main parts. The first part consists of the possible attacks on the network of medical sensors and on the wireless communications medium between the sensors and the processing unit. The second part consists of possible attacks on high-speed communications between the WBAN system and the medical server. The objective of this thesis is to meet some of the problems of detecting attacks in a WBAN system for remote medical monitoring. To achieve this goal, we propose an algorithm to detect the jamming attacks targeting the wireless communications medium between the sensors and the processing unit. In addition we propose a method of measuring divergence to detect the flooding attacks targeting the high-speed communications between the WBAN system and the medical server

L'un des défis majeurs du monde de ces dernières décennies a été l'augmentation continue de la population des personnes âgées dans les pays développés. D’où la nécessité de fournir des soins de qualité à une population en croissance rapide, tout en réduisant les coûts des soins de santé. Dans ce contexte, de nombreux travaux de recherche portent sur l’utilisation des réseaux de capteurs sans fil dans les systèmes WBAN (Wireless Body Area Network), pour faciliter et améliorer la qualité du soin et de surveillance médicale à distance. Ces réseaux WBAN soulèvent de nouveaux défis technologiques en termes de sécurité et de protection contre les anomalies et les attaques. Le mode de communication sans fil utilisé entre ces capteurs et l’unité de traitement accentue ces vulnérabilités. En effet les vulnérabilités dans un système WBAN se décomposent en deux parties principales. La première partie se compose des attaques possibles sur le réseau des capteurs médicaux et sur le médium de communications sans fils entre ces capteurs et l’unité de traitement. La deuxième partie se compose des attaques possibles sur les communications à haut débit entre le système WBAN et le serveur médical. L’objectif de cette thèse est de répondre en partie aux problèmes de détection des attaques dans un système WBAN de surveillance médicale à distance. Pour atteindre cet objectif, nous avons proposé un algorithme pour détecter les attaques de brouillage radio (jamming attack) qui visent le médium de communications sans fils entre les capteurs et l’unité de traitement. Ainsi nous avons proposé une méthode de mesure de divergence pour détecter les attaques de type flooding qui visent les communications à haut débit entre le système WBAN et le serveur médical
One of the major challenges of the world in recent decades is the continued increase in the elderly population in developed countries. Hence the need to provide quality care to a rapidly growing population while reducing the costs of health care is becoming a strategic challenge. In this context, many researches focus on the use of wireless sensor networks in WBAN (Wireless Body Area Network) systems to facilitate and improve the quality of medical care and remote monitoring. These WBAN systems pose new technological challenges in terms of security and protection against faults and attacks. The wireless communication mode used between the sensors and the collection node accentuates these vulnerabilities. Indeed vulnerabilities in a WBAN system are divided into two main parts. The first part consists of the possible attacks on the network of medical sensors and on the wireless communications medium between the sensors and the processing unit. The second part consists of possible attacks on high-speed communications between the WBAN system and the medical server. The objective of this thesis is to meet some of the problems of detecting attacks in a WBAN system for remote medical monitoring. To achieve this goal, we propose an algorithm to detect the jamming attacks targeting the wireless communications medium between the sensors and the processing unit. In addition we propose a method of measuring divergence to detect the flooding attacks targeting the high-speed communications between the WBAN system and the medical server

Les systèmes informatiques ont évolué rapidement ces dernières années, ces évolutions touchant toutes les couches des systèmes informatiques, du logiciel (systèmes d'exploitation et logiciels utilisateur) au matériel (microarchitecture et technologie des puces). Si ce développement a permis d'accroître les fonctionnalités et les performances, il a également augmenté la complexité des systèmes (rendant plus difficile la compréhension globale du système), et par la-même augmenté la surface d'attaque pour les pirates. Si les attaques ont toujours ciblé les vulnérabilités logicielles, au cours des deux dernières décennies, les attaques exploitant les vulnérabilités matérielles des systèmes informatiques sont devenues suffisamment graves pour ne plus être ignorées. En 2018, par exemple, la divulgation des attaques Spectre et Meltdown a mis sur le devant de la scène les problèmes que peuvent poser certaines optimisations faites dans la microarchitecture des systèmes. Malheureusement, la détection et la protection contre ces attaques se révèlent particulièrement complexes, et posent donc aujourd'hui de nombreux défis : (1) le niveau élevé de complexité et de variabilité de la microarchitecture implique une grande difficulté à identifier les sources de vulnérabilité; (2) les contremesures impliquant une modification de la microarchitecture peuvent impacter significativement les performances globales du système complet; et (3) les contremesures doivent pouvoir s'adapter à l'évolution des attaques. Pour donner des éléments de réponse, cette thèse s'est intéressée à l'utilisation des informations qui sont disponibles au niveau de la microarchitecture pour construire des méthodes de détection efficaces.Ces travaux ont en particulier abouti à la construction d'un framework permettant la détection d'attaques qui laissent des empreintes au niveau de la couche microarchitecturale. Ce framework propose : (1) d'utiliser les informations microarchitecturales pour la détection des attaques, couvrant efficacement les attaques visant les vulnérabilités microarchitecturales; (2) de proposer une méthodologie pour aider les concepteurs dans le choix des informations pertinentes à extraire de la microarchitecture; (3) d'utiliser des connexions dédiées pour la transmission de ces informations microarchitecturales afin de garantir une haute bande passante; et (4) d'utiliser du matériel reconfigurable en conjonction avec du logiciel pour implémenter la logique de détection des attaques. Cette combinaison de logiciel et matériel reconfigurable (constituant le module de détection) permet à la fois de réduire l'impact sur les performances grâce à de l'accélération matérielle, et de mettre à jour la logique de détection afin de s'adapter à l'évolution des menaces par la reconfiguration au cours du cycle de vie du système. Nous présentons en détails les changements requis au niveau de la microarchitecture et du système d'exploitation, la méthodologie pour sélectionner les informations microarchitecturales appropriées, l'intégration de ce framework dans un système informatique spécifique, ainsi que la description du fonctionnement du système final pendant son cycle de vie. Cette thèse décrit pour finir deux cas d'étude menés sur un prototype (basé sur un coeur RISC-V) sur un FPGA, et montre comment des logiques relativement simples implantées dans le module de détection nous ont permis de détecter des attaques de classes différentes (attaque visant les caches et attaques de type ROP) sur un système complet exécutant un système d'exploitation, via l'exploitation d'informations provenant de la microarchitecture
In recent years, computer systems have evolved quickly. This evolution concerns different layers of the system, both software (operating systems and user programs) and hardware (microarchitecture design and chip technology). While this evolution allows to enrich the functionalities and improve the performance, it has also increased the complexity of the systems. It is difficult, if not impossible, to fully understand a particular modern computer system, and a greater complexity also stands for a larger attack surface for hackers. While most of the attacks target software vulnerabilities, over the past two decades, attacks exploiting hardware vulnerabilities have emerged and demonstrated their serious impact. For example, in 2018, the Spectre and Meltdown attacks have been disclosed, that exploited vulnerabilities in the microarchitecture layer to allow powerful arbitrary reads, and highlighted the security issues that can arise from certain optimizations of system microarchitecture. Detecting and preventing such attacks is not intuitive and there are many challenges to deal with: (1) the great difficulty in identifying sources of vulnerability implied by the high level of complexity and variability of different microarchitectures; (2) the significant impact of countermeasures on overall performance and on modifications to the system's hardware microarchitecture generally not desired; and (3) the necessity to design countermeasures able to adapt to the evolution of the attack after deployment of the system. To face these challenges, this thesis focuses on the use of information available at the microarchitecture level to build efficient attack detection methods.In particular, we describe a framework allowing the dynamic detection of attacks that leave fingerprints at the system's microarchitecture layer. This framework proposes: (1) the use microarchitectural information for attack detection, which can effectively cover attacks targeting microarchitectural vulnerabilities; (2) a methodology that assists designers in selecting relevant microarchitectural information to extract; (3) the use of dedicated connections for the transmission of information extracted, in order to ensure high transmission bandwidth and prevent data loss; and (4) the use of reconfigurable hardware in conjunction with software to implement attack detection logic. This combination (composing to the so-called detection module) reduces the performance overhead through hardware acceleration, and allows updating detection logic during the system lifetime with reconfiguration in order to adapt to the evolution of attacks. We present in detail the proposed architecture and modification needed on the operating system, the methodology for selecting appropriate microarchitectural information and for integrating this framework into a specific computer system, and we describe how the final system integrating our detection module is able to detect attacks and adapt to attack evolution. This thesis also provides two use-case studies implemented on a prototype (based on a RISC-V core with a Linux operating system) on an FPGA. It shows that, thanks to the analysis of microarchitectural information, relatively simple logic implemented in the detection module is sufficient to detect different classes of attacks (cache side-channel attack and ROP attack)

Avec leur rôle important dans la protection des réseaux, les Systèmes de Détection d'Intrusion (IDS) doivent être capables d'adapter leurs modes de fonctionnement à toutes les innovations technologiques. L'IDS doit gérer une grande masse d'information et traiter un trafic réseau à une cadence très élevée à cause des vitesses de transfert et de la diversité des services offerts. Il doit aussi traiter un grand nombre d'attaques qui ne cesse d'augmenter. Par conséquent, améliorer les performances des IDS devient une tâche critique pour les concepteurs des mécanismes de protection. Dans notre thèse, nous nous focalisons sur les problèmes liés aux paramètres quantitatifs de l'utilisation des l'IDS. Nous proposons une approche pour la classification des signatures d'attaques en fonction de leurs sous-chaînes communes. Cette approche permet de réduire le nombre des signatures traitées et par conséquent réduire le temps d'exécution. Nous traitons aussi le problème de la masse de données analysée par l'IDS, nous proposons une architecture de détection basée sur la classification des connexions réseau. L'architecture proposée permet de décider de la nature d'une connexion : suspecte ou non. Dans le premier cas, la connexion doit être analysée par le système de détection d'intrusion. Sinon, si elle n'est pas suspecte nous pouvons décider de ne pas l'analyser par l'IDS.