Rozprawy doktorskie: „Désassemblage par canaux auxiliaires”

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Maillard, Julien. "Désassemblage par canaux auxiliaires sur processeurs complexes : De la caractérisation microarchitecturale aux modèles probabilistes". Electronic Thesis or Diss., Limoges, 2024. http://www.theses.fr/2024LIMO0104.

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Streszczenie:

Le désassemblage par canaux auxiliaires (SCBD) est une famille d’attaques par canaux auxiliaires (SCA) dont le but est de retrouver de l’information à propos du code exécuté par un processeur via l’observation de canaux physiques comme la consommation électrique ou le rayonnement électromagnétique. Alors que les SCA classiques ciblent majoritairement des clés cryptographiques, le SCBD vise à récupérer du code assembleur difficile à extraire par d’autres moyens. Un exemple typique est le bootloader, qui est le premier programme exécuté au démarrage d’un dispositif électronique. La découverte d’une vulnérabilité dans un bootloader peut mener à la compromission totale du dispositif qui l’exécute. Le SCBD a été montré faisable sur de petits microcontrôleurs possédant une microarchitecture simple et un jeu d’instructions réduit. Cependant, l’essor des System-on-Chips (SoCs) complexes dans les smartphones, l’automobile ou l’avionique, rend nécessaire l’évaluation du risque posé par le SCBD sur ces plateformes. Par conséquent, dans cette thèse, nous nous intéressons à la faisabilité du SCBD sur les SoCs. Dans un premier temps, nous investiguons l’impact de la complexité microarchitecturale des SoCs sur les techniques de SCBD existantes. Nous montrons que ces dernières ont des difficultés à fournir des prédictions fiables sur des phénomènes de petite échelle, laissant une grande quantité d’incertitude à l’attaquant. Néanmoins, les phénomènes manipulant plus de ressources, comme les accès à la mémoire DRAM, peuvent être plus facilement distingués. Cette observation nous conduit à proposer trois nouvelles attaques hybrides, à l’intersection entre les attaques physiques et les attaques de microarchitecture. Dans un second temps, nous traitons l’incertitude inhérente au SCBD sur SoC en développant un outil générique et flexible. Cet outil permet de réaliser des attaques à base de modèles probabilistes (SASCA). Il se base sur un algorithme de propagation de croyances (BP) qui opère sur un modèle de graphe appelé factor graph. Cet outil nous permet d’opérer à des attaques sur les fonctions de hachage SHA-2 et SHA-3, ce qui, dans certains cas d’usage, mène à un moyen détourné de réaliser du SCBD. Enfin, nous introduisons un modèle probabiliste de désassemblage par canaux auxiliaires (SASCBD), qui permet d’agréger les prédictions imparfaites issues d’un SCBD classique. En plus d’exploiter efficacement la structure du jeu d’instruction, ce modèle permet d’incorporer de la connaissance bien plus riche, comme par exemple les propriétés du code assembleur à l’échelle d’un programme entier
Side-Channel Based Disassembly (SCBD) is a category of Side-Channel Analysis (SCA) that aims at recovering information on the code executed by a processor through the observation of physical side-channels such as power consumption or electromagnetic radiations. While traditional SCA often targets cryptographic keys, SCBD focuses on retrieving assembly code that can hardly be extracted via other means. A typical example is bootloader code, which is the first program executed by a processor at a device startup. Finding vulnerabilities in bootloader code could allow an attacker to compromise the entire device. SCBD has been shown feasible on microcontrollers with simple microachitectural complexity and small Instruction Sets Architecture (ISA). However, as System-on-Chips (SoCs) become ubiquitous in various systems such as smartphones, automotive or avionics, the threat posed by SCBD on these devices needs to be evaluated. In this thesis, we investigate the feasibility of SCBD on SoCs. We first study the impact of the microachitectural complexity of SoC’s processors on existing SCBD techniques. This brings us to the observation that the latter struggle to provide accurate predictions on small-scale phenomena, leaving a high amount of uncertainty from an attacker’s perspective. However, coarse-grained events, such as accesses to the main memory, can be accurately distinguished. We exploit this property to mount three new hybrid attacks, at the intersection of physical and microarchitectural attack. In the second part of this thesis, we deal with the uncertainty inherent to SCBD on SoCs by developing a generic and flexible Soft-Analytical Side-Channel Attack (SASCA) framework. This tool leverages factor graphs and the Belief Propagation (BP) algorithm to efficiently handle probabilistic information. This framework allows us to derive an attack on hash functions from the SHA-2 and SHA-3 families, which could lead to a twisted way to perform SCBD. Finally, we introduce the concept of Soft-Analytical Side-Channel Based Disassembly (SASCBD), which leverages the aforementioned framework to efficiently aggregate imperfect predictions from SCBD. This new approach efficiently exploits the structure of ISA and supports the addition of rich knowledge, such as behaviors at the scale of full programs

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Goyet, Christopher. "Cryptanalyse algébrique par canaux auxiliaires". Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066329.

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La cryptanalyse algébrique consiste à modéliser une primitive cryptographique par un système d'équations polynomiales dont la résolution permet de retrouver la clef secrète. L’objectif de cette thèse est d'évaluer comment une information extérieure permet d’accélérer significativement la résolution. Nous supposons que l'information extérieure est obtenue par canal auxiliaire, c'est-à-dire par des mesures physiques, ou bien suite à un comportement anormal provoqué par des attaques actives du type injection de fautes, ou bien encore à cause de la présence d'un logiciel malveillant. Appliqués à la cryptographie asymétrique, ces travaux ont conduit àla publication d’une nouvelle attaque contre les schémas de signature de type DSA. Inspiré par la factorisation implicite de May et Ritzenhofen, cette attaque suppose que les clefs éphémères utilisées pour construire es signatures de plusieurs messages donnés partagent un certain nombre de bits en commundont les valeurs sont inconnues. En ce qui concerne les chiffrements par blocs, nous présentons une étude théorique des"Algebraic Side Channel Attacks" (ASCA) qui explique l'efficacité de ces attaques et qui permet de proposer des conditions théoriques de résistance. Nous utilisons principalement des techniques de résolution par base de Gröbner plutôt que par solveur SAT quand cela est possible. Nous montrons ainsi que la complexité d'une résolution par base de Gröbner dépend d’une nouvelle notion d’immunité algébrique et de la distribution des informations de fuite. Enfin, nous étendons les ASCA en considérant différents modèles de fuite et étudions l'influence de ces modèles sur l'efficacité de l'étape de résolution
Algebraic Side Channel Attacks (ASCA) are a new kind of attack presented at CHES2009 by Renauld and Standaert. They showed thatside-channel information leads to effective algebraic attacks, butthese results are mostly experiments strongly based on a SAT-solver. In this talk, we will present a theoretical study which explains andcharacterizes the algebraic phase of these attacks. We study a moregeneral algebraic attack based on Grobner basis methods. We show thatthe complexity of the Grobner basis computations in these attacksdepends on a new notion of algebraic immunity that we define, and onthe distribution of the leakage information of the cryptosystem. Weillustrate this analysis by two examples of attacks on block-ciphersAES and PRESENT with usual leakage models: the Hamming weight and theHamming distance models. Finally, a new criterion for effectivealgebraic side channel attacks is defined. This easily computablecriterion unifies both SAT and Grobner attacks. This criterion alsorestricts the choice of resisting S-Box against ASCA. At CHES 2009, Renauld, Standaert and Veyrat- Charvillon introduced a new kind of attack called algebraic side-channel attacks (ASCA). They showed that side-channel information leads to effective algebraic attacks. These results are mostly experiments since strongly based on the use of a SAT solver. This article presents a theoretical study to explain and to characterize the algebraic phase of these attacks. We study more general algebraic attacks based on Gröbner meth- ods. We show that the complexity of the Gröbner basis com- putations in these attacks depends on a new notion of alge- braic immunity defined in this paper, and on the distribution of the leakage information of the cryptosystem. We also study two examples of common leakage models: the Hamming weight and the Hamming distance models. For instance, the study in the case of the Hamming weight model gives that the probability of obtaining at least 64 (resp. 130) linear relations is about 50% for the substitution layer of PRESENT (resp. AES). Moreover if the S-boxes are replaced by functions maximizing the new algebraic immunity criterion then the algebraic attacks (Gröbner and SAT) are intractable. From this theoretical study, we also deduce an invariant which can be easily computed from a given S-box and provides a suffi- cient condition of weakness under an ASCA. This new invari- ant does not require any sophisticated algebraic techniques to be defined and computed. Thus, for cryptographic engi- neers without an advanced knowledge in algebra (e. G. Gröb- ner basis techniques), this invariant may represent an inter- esting tool for rejecting weak S-boxes. We describe a lattice attack on DSA-like signature schemes under the assumption that implicit infor- mation on the ephemeral keys is known. Inspired by the implicit oracle of May and Ritzenhofen presented in the context of RSA (PKC2009), we assume that the ephemeral keys share a certain amount of bits without knowing the value of the shared bits. This work also extends results of Leadbitter, Page and Smart (CHES2004) which use a very similar type of partial information leakage. By eliminating the shared blocks of bits between the ephemeral keys, we provide lattices of small dimension (e. G. Equal to the number of signatures) and thus obtain an efficient attack. More precisely, by using the LLL algorithm, the complexity of the attack is polynomial. We show that this method can work when ephemeral keys share certain amount of MSBs and/or LSBs, as well as contiguous blocks of shared bits in the middle. Under the Gaussian heuristic assumption, theoretical bounds on the number of shared bits in function of the number of signed messages are proven. Experimental results show that we are often able to go a few bits beyond the theoretical bound. For instance, if only 2 shared LSBs on each ephemeral keys of 200 signed messages (with no knowledge about the secret key) then the attack reveals the secret key. The success rate of this attack is about 90% when only 1 LSB is shared on each ephemeral keys associated with about 400 signed messages

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Dugardin, Margaux. "Amélioration d'attaques par canaux auxiliaires sur la cryptographie asymétrique". Thesis, Paris, ENST, 2017. http://www.theses.fr/2017ENST0035/document.

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Depuis les années 90, les attaques par canaux auxiliaires ont remis en cause le niveau de sécurité des algorithmes cryptographiques sur des composants embarqués. En effet, tout composant électronique produit des émanations physiques, telles que le rayonnement électromagnétique, la consommation de courant ou encore le temps d’exécution du calcul. Or il se trouve que ces émanations portent de l’information sur l’évolution de l’état interne. On parle donc de canal auxiliaire, car celui-ci permet à un attaquant avisé de retrouver des secrets cachés dans le composant par l’analyse de la « fuite » involontaire. Cette thèse présente d’une part deux nouvelles attaques ciblant la multiplication modulaire permettant d’attaquer des algorithmes cryptographiques protégés et d’autre part une démonstration formelle du niveau de sécurité d’une contre-mesure. La première attaque vise la multiplication scalaire sur les courbes elliptiques implémentée de façon régulière avec un masquage du scalaire. Cette attaque utilise une unique acquisition sur le composant visé et quelques acquisitions sur un composant similaire pour retrouver le scalaire entier. Une fuite horizontale durant la multiplication de grands nombres a été découverte et permet la détection et la correction d’erreurs afin de retrouver tous les bits du scalaire. La seconde attaque exploite une fuite due à la soustraction conditionnelle finale dans la multiplication modulaire de Montgomery. Une étude statistique de ces soustractions permet de remonter à l’enchaînement des multiplications ce qui met en échec un algorithme régulier dont les données d’entrée sont inconnues et masquées. Pour finir, nous avons prouvé formellement le niveau de sécurité de la contre-mesure contre les attaques par fautes du premier ordre nommée extension modulaire appliquée aux courbes elliptiques
: Since the 1990s, side channel attacks have challenged the security level of cryptographic algorithms on embedded devices. Indeed, each electronic component produces physical emanations, such as the electromagnetic radiation, the power consumption or the execution time. Besides, these emanations reveal some information on the internal state of the computation. A wise attacker can retrieve secret data in the embedded device using the analyzes of the involuntary “leakage”, that is side channel attacks. This thesis focuses on the security evaluation of asymmetric cryptographic algorithm such as RSA and ECC. In these algorithms, the main leakages are observed on the modular multiplication. This thesis presents two attacks targeting the modular multiplication in protected algorithms, and a formal demonstration of security level of a countermeasure named modular extension. A first attack is against scalar multiplication on elliptic curve implemented with a regular algorithm and scalar blinding. This attack uses a unique acquisition on the targeted device and few acquisitionson another similar device to retrieve the whole scalar. A horizontal leakage during the modular multiplication over large numbers allows to detect and correct easily an error bit in the scalar. A second attack exploits the final subtraction at the end of Montgomery modular multiplication. By studying the dependency of consecutive multiplications, we can exploit the information of presence or absence of final subtraction in order to defeat two protections : regular algorithm and blinding input values. Finally, we prove formally the security level of modular extension against first order fault attacks applied on elliptic curves cryptography

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Dugardin, Margaux. "Amélioration d'attaques par canaux auxiliaires sur la cryptographie asymétrique". Electronic Thesis or Diss., Paris, ENST, 2017. http://www.theses.fr/2017ENST0035.

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Depuis les années 90, les attaques par canaux auxiliaires ont remis en cause le niveau de sécurité des algorithmes cryptographiques sur des composants embarqués. En effet, tout composant électronique produit des émanations physiques, telles que le rayonnement électromagnétique, la consommation de courant ou encore le temps d’exécution du calcul. Or il se trouve que ces émanations portent de l’information sur l’évolution de l’état interne. On parle donc de canal auxiliaire, car celui-ci permet à un attaquant avisé de retrouver des secrets cachés dans le composant par l’analyse de la « fuite » involontaire. Cette thèse présente d’une part deux nouvelles attaques ciblant la multiplication modulaire permettant d’attaquer des algorithmes cryptographiques protégés et d’autre part une démonstration formelle du niveau de sécurité d’une contre-mesure. La première attaque vise la multiplication scalaire sur les courbes elliptiques implémentée de façon régulière avec un masquage du scalaire. Cette attaque utilise une unique acquisition sur le composant visé et quelques acquisitions sur un composant similaire pour retrouver le scalaire entier. Une fuite horizontale durant la multiplication de grands nombres a été découverte et permet la détection et la correction d’erreurs afin de retrouver tous les bits du scalaire. La seconde attaque exploite une fuite due à la soustraction conditionnelle finale dans la multiplication modulaire de Montgomery. Une étude statistique de ces soustractions permet de remonter à l’enchaînement des multiplications ce qui met en échec un algorithme régulier dont les données d’entrée sont inconnues et masquées. Pour finir, nous avons prouvé formellement le niveau de sécurité de la contre-mesure contre les attaques par fautes du premier ordre nommée extension modulaire appliquée aux courbes elliptiques
: Since the 1990s, side channel attacks have challenged the security level of cryptographic algorithms on embedded devices. Indeed, each electronic component produces physical emanations, such as the electromagnetic radiation, the power consumption or the execution time. Besides, these emanations reveal some information on the internal state of the computation. A wise attacker can retrieve secret data in the embedded device using the analyzes of the involuntary “leakage”, that is side channel attacks. This thesis focuses on the security evaluation of asymmetric cryptographic algorithm such as RSA and ECC. In these algorithms, the main leakages are observed on the modular multiplication. This thesis presents two attacks targeting the modular multiplication in protected algorithms, and a formal demonstration of security level of a countermeasure named modular extension. A first attack is against scalar multiplication on elliptic curve implemented with a regular algorithm and scalar blinding. This attack uses a unique acquisition on the targeted device and few acquisitionson another similar device to retrieve the whole scalar. A horizontal leakage during the modular multiplication over large numbers allows to detect and correct easily an error bit in the scalar. A second attack exploits the final subtraction at the end of Montgomery modular multiplication. By studying the dependency of consecutive multiplications, we can exploit the information of presence or absence of final subtraction in order to defeat two protections : regular algorithm and blinding input values. Finally, we prove formally the security level of modular extension against first order fault attacks applied on elliptic curves cryptography

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Martinelli, Jean. "Protection d'algorithmes de chiffrement par blocs contre les attaques par canaux auxiliaires d'ordre supérieur". Versailles-St Quentin en Yvelines, 2011. http://www.theses.fr/2011VERS0043.

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Traditionnellement, un algorithme cryptographique est évalué à l’aune de sa résistance aux attaques dîtes « logiques ». Lorsque cet algorithme est implanté au sein d’un dispositif matériel, les fuites physiques observables pendant son fonctionnement peuvent également être utilisées par un attaquant pour monter des attaques dîtes « par canaux cachés ». Au sein de cette classe d’attaque, l’analyse différentielle de consommation ou DPA (Differential Power Analysis) est la technique la plus largement étudiée. A l’ordre 1, les attaques DPA sont désormais bien maîtrisées, et des contre-mesures prouvées sûres et relativement efficaces permettent de s’en prémunir. Certains résultats existent également à l’ordre 2 mais pas à l’ordre 3. L’objectif de la thèse est de proposer un cadre pour la DPA d’ordre k lorsque k>1. Pour ce faire, nous avons développé plusieurs méthodes de masquages en alternative aux méthodes classiques. Celles-ci sont susceptible d’offrir un meilleur ratio complexité-sécurité dans certains scénarios. Ces méthodes mettent en œuvre différentes opérations mathématiques comme le produit dans un corps fini ou le produit matriciel, ainsi que des outils cryptographiques tels le partage du secret et le calcul multi-parties. Nous avons évalué la sécurité de ces schémas de masquage suivant une méthodologie mêlant analyse théorique et résultats pratiques. Enfin nous proposons une étude de l’impact de la taille des mots manipulés par un algorithme cryptographique sur sa résistance aux attaques par canaux cachés en fonction du schéma de masquage implémenté
Traditionally, a cryptographic algorithm is estimated through its resistance to "logical" attacks. When this algorithm is implanted within a material device, physical leakage can be observed during the computation and can be analyzed by an attacker in order to mount "side channel" attacks. The most studied side channel attack is the differential power analysis (DPA). First order DPA is now well known and can be prevented by securely proven countermeasures. In 2008, some results are known for second order, but none for third order. The goal of this thesis is to propose a frame for k-th order DPA where k>1. We developed several masking schemes as alternatives to the classical ones in order to propose a better complexity-security ratio. These schemes make use of various mathematical operations such as field multiplication or matrix product and cryptographic tools as secret sharing and multi-party computation. We estimated the security of the proposed schemes following a methodology using both theoretical analysis and practical results. At last we proposed an evaluation of the action of the word size of a cryptographic algorithm upon its resistance against side channel attacks, with respect to the masking scheme implemented

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Fernandes, Medeiros Stéphane. "Attaques par canaux auxiliaires: nouvelles attaques, contre-mesures et mises en oeuvre". Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2015. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/209096.

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Les attaques par canaux auxiliaires sont apparues dans la deuxième moitié des années 1990. Ces attaques exploitent différentes informations qu’il est possible de collecter lors de l’exécution d’un algorithme sur un appareil cryptographique. Il est ainsi possible, entre autres, de mesurer la consommation d’énergie d’un appareil cryptographique, ou encore d’observer le temps d’exécution d’un certain algorithme sur un appareil. C’est à ces deux sources d’in- formation que nous nous intéressons dans ce travail. Après une présentation des concepts utiles à la lecture du travail et de l’état de l’art des attaques et des contre-mesures du domaine, nous abordons les résultats de nos recherches effectuées lors de ce travail de thèse. Nous présentons d’abord nos contributions aux attaques par mesure de consommation d’énergie :(1) une approche com- binant apprentissage semi-supervisé et attaques par templates pour retrouver le poids de Hamming des différents bytes d’une clé de chiffrement et (2) une approche utilisant des techniques d’apprentissage automatique pour attaquer une implantation protégée d’AES. Ensuite, nous abordons les contre-mesures investiguées durant nos recherches qui se résument (1) en la possibilité de rendre l’ordre des instructions d’AES le plus aléatoire possible en jouant sur la relation de dépendance entre celles-ci ainsi qu’en (2) l’étude de l’application partielle (sur un sous-ensemble de données) de certaines contre-mesures, afin de protéger les données sensibles d’un algorithme. Enfin, nous terminons ce travail par l’emploi de la programmation orientée aspects comme manière d’implanter des contre-mesures pour les attaques temporelles (sur RSA) et pour les attaques par mesures de consommation d’énergie (sur AES).
Doctorat en Sciences
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Barthe, Lyonel. "Stratégies pour sécuriser les processeurs embarqués contre les attaques par canaux auxiliaires". Thesis, Montpellier 2, 2012. http://www.theses.fr/2012MON20046/document.

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Les attaques par canaux auxiliaires telles que l'analyse différentielle de la consommation de courant (DPA) et l'analyse différentielle des émissions électromagnétiques (DEMA) constituent une menace sérieuse pour la sécurité des systèmes embarqués. L'objet de cette thèse est d'étudier les vulnérabilités des implantations logicielles des algorithmes cryptographiques face à ces attaques pour concevoir un processeur d'un nouveau type. Pour cela, nous commençons par identifier les différents éléments des processeurs embarqués qui peuvent être exploités pour obtenir des informations secrètes. Puis, nous introduisons des stratégies qui privilégient un équilibre entre performance et sécurité pour protéger de telles architectures au niveau transfert de registres (RTL). Nous présentons également la conception et l'implantation d'un processeur sécurisé, le SecretBlaze-SCR. Enfin, nous évaluons l'efficacité des solutions proposées contre les analyses électromagnétiques globales et locales à partir de résultats expérimentaux issus d'un prototype du SecretBlaze-SCR réalisé sur FPGA. A travers cette étude de cas, nous montrons qu'une combinaison appropriée de contre-mesures permet d'accroître significativement la résistance aux analyses par canaux auxiliaires des processeurs tout en préservant des performances satisfaisantes pour les systèmes embarqués
Side-channel attacks such as differential power analysis (DPA) and differential electromagnetic analysis (DEMA) pose a serious threat to the security of embedded systems. The aim of this thesis is to study the side-channel vulnerabilities of software cryptographic implementations in order to create a new class of processor. For that purpose, we start by identifying the different elements of embedded processors that can be exploited to reveal the secret information. Then, we introduce several strategies that seek a balance between performance and security to protect such architectures at the register transfer level (RTL). We also present the design and implementation details of a secure processor, the SecretBlaze-SCR. Finally, we evaluate the effectiveness of the proposed solutions against global and local electromagnetic analyses from experimental results obtained with a FPGA-based SecretBlaze-SCR. Through this case study, we show that a suitable combination of countermeasures significantly increases the side-channel resistance of processors while maintaining satisfactory performance for embedded systems

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Vaquié, Bruno. "Contributions à la sécurité des circuits intégrés face aux attaques par canaux auxiliaires". Thesis, Montpellier 2, 2012. http://www.theses.fr/2012MON20133/document.

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Les attaques par canaux cachés telles que les attaques par analyse de la consommation sont une menace pour la sécurité des circuits intégrés. Elles exploitent les fuites physiques émises par les circuits lors des calculs cryptographiques pour récupérer les informations secrètes qu'ils contiennent. De nombreuses contremesures, notamment matérielles, ont donc été proposées par la communauté dans le but de protéger les crypto-systèmes contre ce type d'attaques. Malgré leur efficacité, leur inconvénient majeur est leur surcoût important en surface, vitesse et consommation. Cette thèse a pour objectif de proposer des contremesures avec un faible coût au niveau matériel visant à réduire ces fuites et offrant un bon compromis entre sécurité et surcoûts. Pour cela, nous identifions tout d'abord les principales sources de fuites d'un crypto-système intégrant une architecture matérielle itérative d'un algorithme symétrique. Puis nous proposons plusieurs contremesures, à faible coût matériel, qui visent à réduire ces fuites. Enfin, nous évaluerons la robustesse de nos solutions face aux attaques par canaux cachés
Side channel attacks such as power analysis attacks are a threat to the security of integrated circuits.They exploit the physical leakage of circuits during the cryptographic computations to retrieve the secret informations they contain. Many countermeasures, including hardware, have been proposed by the community in order to protect cryptosystems against such attacks. Despite their effectiveness, their major drawback is their significant additional cost in area, speed and consumption. This thesis aims at proposing low cost countermeasures able to reduce the leaks and offering a good compromise between security and costs. First we identify the main sources of leakage of a cryptographic system that integrates an iterative hardware architecture of a symetric algorithm. Then we propose several low cost countermeasures, which aim at reducing this leakage. Finally, we evaluate the robustness of our solutions against side channel attacks

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Dosso, Fangan Yssouf. "Contribution de l'arithmétique des ordinateurs aux implémentations résistantes aux attaques par canaux auxiliaires". Electronic Thesis or Diss., Toulon, 2020. http://www.theses.fr/2020TOUL0007.

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Cette thèse porte sur deux éléments actuellement incontournables de la cryptographie à clé publique, qui sont l’arithmétique modulaire avec de grands entiers et la multiplication scalaire sur les courbes elliptiques (ECSM). Pour le premier, nous nous intéressons au système de représentation modulaire adapté (AMNS), qui fut introduit par Bajard et al. en 2004. C’est un système de représentation de restes modulaires dans lequel les éléments sont des polynômes. Nous montrons d’une part que ce système permet d’effectuer l’arithmétique modulaire de façon efficace et d’autre part comment l’utiliser pour la randomisation de cette arithmétique afin de protéger l’implémentation des protocoles cryptographiques contre certaines attaques par canaux auxiliaires. Pour l’ECSM, nous abordons l’utilisation des chaînes d’additions euclidiennes (EAC) pour tirer parti de la formule d’addition de points efficace proposée par Méloni en 2007. L’objectif est d’une part de généraliser au cas d’un point de base quelconque l’utilisation des EAC pour effectuer la multiplication scalaire ; cela, grâce aux courbes munies d’un endomorphisme efficace. D’autre part, nous proposons un algorithme pour effectuer la multiplication scalaire avec les EAC, qui permet la détection de fautes qui seraient commises par un attaquant que nous détaillons
This thesis focuses on two currently unavoidable elements of public key cryptography, namely modular arithmetic over large integers and elliptic curve scalar multiplication (ECSM). For the first one, we are interested in the Adapted Modular Number System (AMNS), which was introduced by Bajard et al. in 2004. In this system of representation, the elements are polynomials. We show that this system allows to perform modular arithmetic efficiently. We also explain how AMNS can be used to randomize modular arithmetic, in order to protect cryptographic protocols implementations against some side channel attacks. For the ECSM, we discuss the use of Euclidean Addition Chains (EAC) in order to take advantage of the efficient point addition formula proposed by Meloni in 2007. The goal is to first generalize to any base point the use of EAC for ECSM; this is achieved through curves with one efficient endomorphism. Secondly, we propose an algorithm for scalar multiplication using EAC, which allows error detection that would be done by an attacker we detail

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Leplus, Gaëtan. "Processeur résistant et résilient aux attaques de fautes et aux attaques par canaux auxiliaires". Electronic Thesis or Diss., Saint-Etienne, 2023. http://www.theses.fr/2023STET0059.

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Dans le paysage technologique actuel, l'internet des objets (IoT) a émergé comme un élément omniprésent, engendrant néanmoins des défis majeurs en matière de sécurité. Les attaques par injection de fautes et par canaux auxiliaires sont particulièrement préoccupantes. Les processeurs, étant les pierres angulaires des systèmes informatiques, sont cruciaux pour la sécurisation de l'IoT.Cette thèse se focalise sur la sécurisation du pipeline des processeurs pour contrer ces menaces. L'importance de cette recherche est mise en évidence par la nécessité d'élaborer des mécanismes de sécurité robustes au niveau du processeur, le noyau de tout calcul et contrôle. Plusieurs contre-mesures sont proposées.Pour sécuriser le chemin de données, une méthode de tag d'intégrité est proposée. Compatible avec les techniques de masquage traditionnelles, cette méthode vise à garantir l'intégrité des données tout au long du pipeline du processus, et ce, avec un surcoût réduit.Pour le chemin d'instructions, un mécanisme de masquage de l'instruction en cours est proposé, où un masque est généré en fonction de l'instruction précédente. Cette technique innovante permet une sécurisation efficace des instructions avec un surcoût très faible.Quant au procédé de désynchronisation, il introduit une méthode robuste permettant d'insérer des instructions factices de manière plus efficace que les techniques actuelles.Ces contre-mesures, en ciblant les composantes clés du processeur, contribuent à une amélioration notable de la sécurité des systèmes IoT. Elles s'attaquent aux racines des vulnérabilités, offrant ainsi un niveau de protection renforcé contre une gamme variée d'attaques
In today's technological landscape, the Internet of Things (IoT) has emerged as a ubiquitous element, yet it brings major security challenges. Fault injection and side-channel attacks are of particular concern, targeting systemic weaknesses and compromising data integrity and confidentiality. Processors, as the cornerstones of computing systems, are crucial in securing the IoT.This thesis focuses on securing the processor pipeline to counter these threats. The significance of this research is highlighted by the need to develop robust security mechanisms at the processor level, the core of all computation and control. Several countermeasures are proposed to enhance the resilience of different parts of the processor against attacks.To secure the data path, an integrity tagging method is proposed. Compatible with traditional masking techniques, this method aims to ensure data integrity throughout the processing pipeline, with minimal overhead.For the instruction path, a mechanism for masking the current instruction is proposed, where a mask is generated based on the previous instruction. This innovative technique enables effective instruction security with very low overhead.Regarding the desynchronization process, it introduces a robust method for inserting dummy instructions more efficiently than current techniques.These countermeasures, by targeting key components of the processor, contribute to a notable improvement in the security of IoT systems. They address the roots of vulnerabilities, thus providing enhanced protection against a wide range of attacks

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Geib, Sandrine. "Mécanismes de régulation des canaux calcium sensibles au potentiel par les sous-unités auxiliaires béta". Aix-Marseille 2, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX20661.

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Thillard, Adrian. "Contre-mesures aux attaques par canaux cachés et calcul multi-parti sécurisé". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEE053/document.

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Les cryptosystèmes sont présents dans de nombreux appareils utilisés dans la vie courante, tels que les cartes à puces, ordiphones, ou passeports. La sécurité de ces appareils est menacée par les attaques par canaux auxiliaires, où un attaquant observe leur comportement physique pour obtenir de l’information sur les secrets manipulés. L’évaluation de la résilience de ces produits contre de telles attaques est obligatoire afin de s’assurer la robustesse de la cryptographie embarquée. Dans cette thèse, nous exhibons une méthodologie pour évaluer efficacement le taux de succès d’attaques par canaux auxiliaires, sans avoirbesoin de les réaliser en pratique. En particulier, nous étendons les résultats obtenus par Rivain en 2009, et nous exhibons des formules permettant de calculer précisément le taux de succès d’attaques d’ordre supérieur. Cette approche permet une estimation rapide de la probabilité de succès de telles attaques. Puis, nous étudions pour la première fois depuis le papier séminal de Ishai, Sahai et Wagner en 2003 le problème de la quantité d’aléa nécessaire dans la réalisation sécurisée d’une multiplication de deux bits. Nous fournissons des constructions explicites pour des ordres pratiques de masquage, et prouvons leur sécurité et optimalité. Finalement, nous proposons un protocole permettant le calcul sécurisé d’un veto parmi un nombre de joueurs arbitrairement grand, tout en maintenant un nombre constant de bits aléatoires. Notre construction permet également la multiplication sécurisée de n’importe quel nombre d’éléments d’un corps fini
Cryptosystems are present in a lot of everyday life devices, such as smart cards, smartphones, set-topboxes or passports. The security of these devices is threatened by side-channel attacks, where an attacker observes their physical behavior to learn information about the manipulated secrets. The evaluation of the resilience of products against such attacks is mandatory to ensure the robustness of the embedded cryptography. In this thesis, we exhibit a methodology to efficiently evaluate the success rate of side-channel attacks, without the need to actually perform them. In particular, we build upon a paper written by Rivainin 2009, and exhibit explicit formulaes allowing to accurately compute the success rate of high-order side-channel attacks. We compare this theoretical approach against practical experiments. This approach allows for a quick assessment of the probability of success of any attack based on an additive distinguisher. We then tackle the issue of countermeasures against side- channel attacks. To the best of our knowledge, we study for the first time since the seminal paper of Ishai, Sahai and Wagner in 2003 the issue of the amount of randomness in those countermeasures. We improve the state of the art constructions and show several constructions and bounds on the number of random bits needed to securely perform the multiplication of two bits. We provide specific constructions for practical orders of masking, and prove their security and optimality. Finally, we propose a protocolallowing for the private computation of a secure veto among an arbitrary large number of players, while using a constant number of random bits. Our construction also allows for the secure multiplication of any number of elements of a finite field

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Goy, Guillaume. "Contribution à la sécurisation des implémentations cryptographiques basées sur les codes correcteurs d'erreurs face aux attaques par canaux auxiliaires". Electronic Thesis or Diss., Limoges, 2024. http://www.theses.fr/2024LIMO0036.

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Les attaques par canaux auxiliaires sont des attaques pouvant nuire à la sécurité de schémas cryptographiques parmi lesquels les schémas post-quantiques, résistantes aux attaques connues des ordinateurs quantique, dont la cryptographie basée sur les codes correcteurs d'erreurs fait partie. Afin de se protéger au mieux contre ces attaques, il est nécessaire d'identifier les vulnérabilités présentes dans les implémentations afin de les protéger. Dans cette thèse, nous présentons trois attaques contre le schéma Hamming Quasi-Cyclic (HQC), candidat au concours du NIST pour la standardisation de schémas post-quantiques, ainsi que des contre-mesures permettant de se protéger contre ces attaques. La structure concaténée du code publique de HQC, c’est-à-dire avec deux codes imbriqués, offre plusieurs vecteurs d’attaques. Dans un premier temps, nous présentons une attaque par chiffrés choisis, visant le code externe de HQC, dans le but de retrouver la clef secrète du schéma. L’analyse du comportement physique de transformée rapide d’Hadamard, utilisée dans le décodage des codes de Reed-Muller, nous permet de retrouver la clef secrète en moins de 20 000 mesures physiques du décodage. Ensuite, nous avons construit une attaque théorique contre le code interne afin de retrouver la clef partagée à l’issue du protocole. Cette attaque vise les codes de Reed-Solomon et plus particulièrement les fuites physiques pendant l’exécution de la multiplication dans un corps de Galois. L’analyse de ces fuites, combiné avec une attaque de type CPA (Correlation Power Analysis) nous a permis de montrer que la sécurité de clef partagée de HQC pouvait être réduite de 2^128 à 2^96 opérations avec l’analyse d’une unique mesure physique. Enfin, nous avons utilisé des outils issus de la théorie de la propagation de croyance afin d’améliorer la précédente attaque et de pouvoir la réaliser en pratique. Cette nouvelle approche permet de retrouver en pratique la clef partagée de HQC, en quelques minutes et pour tous les niveaux de sécurité. Ces travaux nous ont aussi permis de montrer que des contre-mesures connues de l’état de l’art ne sont pas efficaces. Pour contrer ces attaques, nous proposons des contre-mesures au niveau de l’implémentation des opérations sensibles basées soit sur du masquage, soit sur un mélange des données manipulées
Side-channel attacks are a threat for cryptographic security, including post-quantum cryptography (PQC) such as code-based cryptography. In order to twarth these attacks, it is necessary to identify vulnerabilities in implementations. In this thesis, we present three attacks against Hamming Quasi-Cyclic (HQC) scheme, a candidate in the NIST PQC standardization contest for the standardization of post-quantum schemes, along with countermeasures to protect against these attacks. The concatenated code structure of the publickly known HQC’s gives several targets for side-channel attacks. Firstly, we introduce a chosen ciphertext attack targeting HQC outer code, aiming at recovering the secret key. The physical behavior of the fast Hadamard transform (FHT), used during the Reed-Muller decoding step, allows to retrieve the secret key with less than 20,000 physical measurements of the decoding process. Next, we developed a theoretical attack against the inner code to recover the shared key at the end of the protocol. This attack targets the Reed-Solomon code and more specifically the physical leaks during the execution of a Galois field multiplication. These leaks, combined with a Correlation Power Analysis (CPA) strategy, allows us to show that the security of HQC shared key could be reduced from 2^128 to 2^96 operations with the knowledge of a single physical measurement. Finally, we used Belief Propagation tools to improve our attack and make it practically executable. This new approach allows us to practically recover HQC shared key within minutes for all security levels. These efforts also demonstrated that known state-of-the-art countermeasures are not effective against our attack. In order to twarth these attacks, we present maksing and shuffling countermeasures for the implementation of sensitive operations which manipulate secret data

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Masgana, Delphine. "Injection de fautes et de logiciels sur les implémentations cryptographiques". Paris 7, 2012. http://www.theses.fr/2012PA077215.

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La cryptographie est le plus souvent contenue dans des cartes à puces ou des composants sécurisés, tels des coffres-forts. Ces cryptosystèmes embarqués sont démontrés sûrs de manière théorique. Par contre, ils interfèrent avec leur environnement proche et lointain. Ainsi les perturbations actives, appelées analyses en fautes, et les écoutes passives, dénommées analyses en canaux auxiliaires, se révèlent être de réelles menaces sur les implémentations logicielles et matérielles. Cette thèse considère l'injection de fautes et de logiciels sur les protocoles cryptographiques. Les analyses en fautes et en canaux auxiliaires fournissent des informations supplémentaires sur les implémentations matérielles et logicielles. Les états intermédiaires des calculs cryptographiques, les clefs secrètes ou privées ou les algorithmes propriétaires sont des cibles potentielles de ces analyses. Dans cette thèse, une analyse statistique issue de l'analyse en fautes sur la retenue d'une opération des schémas de Schnorr donne accès à la clef privée de signature ou de chiffrement asymétrique. Puis, une injection de code pour surveiller le cache mémoire d'un ordinateur lors d'un chiffrement par flot RC4 permet de retrouver la table de permutation secrète grâce à une analyse en temps sur les lignes de caches. Puis, deux analyses différentielles sur les tours internes de l'AES permettent d'obtenir la clef secrète pour les trois variantes de l'AES. Enfin, une nouvelle conséquence du modèle de faute qui passe outre une instruction permet de prendre le contrôle d'un hôte embarqué. Ces analyses ont démontré l'importance de protéger les implémentations cryptographiques par des contre-mesures adaptées face aux analyses en fautes et en canaux auxiliaires
The cryptography is very widespread inside smartcards or secure devices. These embedded cryptoSystems are proved theoretically secure. Nevertheless, they infère in far or near environment. So active perturbations, named fault analysis, or passive eavesdropping, called side-channel analysis, constitute real threats against hardware and software implementations. This thesis dealts with fault and software injections on cryptographie protocols. The fault analysis and side-channnel analysis give some more information on hardware and software implementations. The internai state of cryptographic computations, secret or private keys or private algorithms are all potential targets of this kind of analysis. In this thesis, a statistical analysis based on fault attack on the carry of Schnorr scheme operations gives access to private key in asymmetric signature or ciphering. Then, code injection in order to monitor memory cache of computer allows one to retrieve secret permutation table for stream cipher RC4, due to timing analysis on cache lines. Then, two differential analysis on internai rounds of AES enable to obtain secret key for the three different AES variants. Finally, a new consequence of fault model, which bypasses one instruction, allows one to take over a host. It is proved that it is important to protect cryptographic implémentations with proper countermeasures against fault analysis and side-channel analysis

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Jauvart, Damien. "Sécurisation des algorithmes de couplages contre les attaques physiques". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLV059/document.

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Cette thèse est consacrée à l’étude de la sécurité physique des algorithmesde couplage. Les algorithmes de couplage sont depuis une quinzaine d’années utilisésà des fins cryptographiques. D’une part, les systèmes d’information évoluent, et denouveaux besoins de sécurité apparaissent. Les couplages permettent des protocolesinnovants, tels que le chiffrement basé sur l’identité, les attributs et l’échange tripartien un tour. D’autre part, l’implémentation des algorithmes de couplages est devenueefficace, elle permet ainsi d’intégrer des solutions cryptographiques à base de couplagedans les systèmes embarqués.La problématique de l’implémentation sécurisée des couplages dans les systèmesembarqués va être étudiée ici. En effet, l’implémentation d’algorithmes dédiés à lacryptographie sur les systèmes embarqués soulève une problématique : la sécurité del’implémentation des couplages face aux attaques physiques. Les attaques par canauxauxiliaires, dites passives, contre les algorithmes de couplages sont connues depuisbientôt une dizaine d’années. Nous proposons des études pour valider l’efficacité desattaques en pratique et avec des atouts théoriques. De notre connaissance, il y a uneseule attaque pratique dans la littérature, nous l’optimisons d’un facteur dix en termesde nombres de traces. Nous proposons aussi une attaque horizontale, qui nous permetd’attaquer le couplage twisted Ate en une seule trace.Par ailleurs, les contre-mesures n’ont été que peu étudiées. Nous complétons cettepartie manquante de la littérature. Nous proposons de nouveaux modèles d’attaquessur la contre-mesure de randomisation des coordonnées. L’attaque en collision proposéepermet ainsi de donner une réévaluation de la contre-mesure ciblée. Ainsi nousproposons la combinaison de contre-mesures qui, à moindres coûts, protégerait de cesattaques
This thesis focuses on the resistance of Pairing implementations againstside channel attacks. Pairings have been studied as a cryptographic tool for the pastfifteen years and have been of a growing interest lately. On one hand, Pairings allowthe implementation of innovative protocols such as identity based encryption, attributebased encryption or one round tripartite exchange to address the evolving needs ofinformation systems. On the other hand, the implementation of the pairings algorithmshave become more efficient, allowing their integration into embedded systems.Like for most cryptographic algorithms, side channel attack schemes have beenproposed against Pairing implementations. However most of the schemes describedin the literature so far have had very little validation in practice. In this thesis, westudy the practical feasibility of such attacks by proposing a technique for optimizingcorrelation power analysis on long precision numbers. We hence improve by a factorof 10 the number of side-channel leakage traces needed to recover a 256-bit secret keycompared to what is, to our best knowledge, one of the rare practical implementationsof side channel attacks published. We also propose a horizontal attack, which allow usto attack the twisted Ate pairing using a single trace.In the same way, countermeasures have been proposed to thwart side channel attacks,without any theoretical or practical validation of the efficiency of such countermeasures.We here focus on one of those countermeasures based on coordinatesrandomization and show how a collision attack can be implemented against this countermeasure.As a result, we describe how this countermeasure would have to be implementedto efficiently protect Pairing implementations against side channel attacks.The latter studies raise serious questions about the validation of countermeasures whenintegrated into complex cryptographic schemes like Pairings

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Takarabt, Sofiane. "Évaluation pré-silicium de circuits sécurisés face aux attaques par canal auxiliaire". Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2021. http://www.theses.fr/2021IPPAT015.

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Les systèmes embarqués sont constamment menacés par diverses attaques, notamment les attaques side-channel. Pour garantir un certain niveau de sécurité, les implémentations cryptographiques doivent valider des tests d’évaluation recommandés par les standards de certifications, et ainsi répondre aux besoins du marché. Pour cette raison, il est nécessaire d’implémenter des contremesures fiables pour contrer ce type d’attaques. Néanmoins, une fois ces contremesures implémentées, les tests de vérification et de validation peuvent s’avérer très coûteux en temps et en argent. Ainsi, minimiser le nombre d’allers-retours, entre l’étape de conception et l’étape d’évaluation est primordial. Nous allons explorer une classe très large d’attaques existantes (passives et actives), et proposer des méthodes d’évaluations au niveau pré-silicium, permettant d’un côté, de détecter les différents types de fuites qu’un attaquant donné pourrait exploiter, et de l’autre, exposer des techniques de protection permettant de contrer ces attaques, tout en respectant l’aspect performance et taille en silicium. Nous nous basons dans nos analyses sur des méthodes formelles et empiriques, pour tracer l’impact de chaque vulnérabilité sur les différents niveaux d’abstraction du circuit, et ainsi proposer des contremesures optimales
Embedded systems are constantly threatened by various attacks, including side-channel attacks. To guarantee a certain level of security, cryptographic implementations must validate evaluation tests recommended by the certification standards, and thus meet the market needs. For this reason, it is necessary to implement reliable countermeasures to counter this type of attacks. However, once these countermeasures are implemented, verification and validation tests can be very costly in terms of time and money. Thus, optimizing the lifecycle of the circuit, between the design stage and the evaluation stage is paramount. We will explore a very broad class of existing attacks (passive and active), and propose methods of pre-silicon level assessments, allowing on the one hand, to detect the different types of leakages that a given attacker can exploit, and on the other hand, expose different techniques to counter these attacks, while respecting the performance and area aspect. In our analyses, we apply formal and empirical methods to track the impact of each vulnerability on the different abstraction levels of the circuit, and thus propose optimal countermeasures

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Le, Thanh-Ha. "Analyses et mesures avancées du rayonnement électromagnétique d'un circuit intégré". Grenoble INPG, 2007. http://www.theses.fr/2007INPG0097.

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L'objectif principal de la thèse est de proposer des solutions permettant d'améliorer l'efficacité des attaques par observation de signaux électromagnétiques pour découvrir la clé de chiffrement d'une carte à puce. Nous analysons deux méthodes: la DifferentiaI Power Analysis (DP A) et la Correlation Power Analysis (CP A). Les attaques DP A et CP A sont basées sur un modèle de consommation. Cependant, à cause de la complexité du circuit, le fait d'avoir un modèle rigoureux n'est pas réaliste. Nous avons proposé une nouvelle méthode, la Partitioning Power Analysis (PP A), qui permet d'améliorer la performance d'une attaque sans avoir un modèle de consommation précis. Les attaques par observation des signaux électromagnétiques, comme leur nom l'indique, dépendent étroitement des signaux acquis. La performance des attaques peut être nettement réduite si le bruit est trop fort ou si les signaux ne sont pas bien alignés. Nous avons proposé des solutions basées sur des techniques avancées de traitement du signal pour réduire le bruit et les effets engendrés par le désalignement des signaux. Les solutions que nous avons !développées améliorent l'efficacité des attaques
Analyze two methods: DifferentiaI Power Analysis (DP A) and the Correlation Power Analysis (CP A). The attacks DPA and CPA are based on a power consumption mode!. However, because of the complexity of the circuit, the fact of having a rigorous model is not realistic. We proposed a new method, Partitioning Power Analysis (PP A), which makes it possible to improve the performance of an attack without a precis consumption mode!. Side channel attacks depend closely on the quality of measured signaIs. The performance of an attack can be definitely reduced if the noise level is too high or if the signaIs are not weIl aligned. We proposed solutions based on signal processing techniques to reduce the noise and the effects generated by the signal misalignment. These solutions make it possible to improve the attack effectiveness

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Wurcker, Antoine. "Etude de la sécurité d’algorithmes de cryptographie embarquée vis-à-vis des attaques par analyse de la consommation de courant". Thesis, Limoges, 2015. http://www.theses.fr/2015LIMO0068/document.

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La cryptographie prend une place de plus en plus importante dans la vie des sociétés depuis que ses utilisateurs se rendent compte de son importance pour sécuriser divers aspects de la vie, depuis les moyens de paiement, de communication et de sauvegarde des éléments de la vie privée des citoyens, jusqu'à la sécurité nationale des pays et de leurs armées. Depuis une vingtaine d'années on sait que les algorithmes de cryptographie ne doivent pas seulement être sûrs mathématiquement parlant, mais que leurs implémentations dans un dispositif les rendent vulnérables à d'autres menaces par des voies d'informations alternatives : les canaux auxiliaires. Que ce soit la consommation électrique, le temps ou les émissions électromagnétiques, ... ces biais ont été évalués et depuis leur découverte les recherches de nouvelles attaques et protections se succèdent afin de garantir la sécurité des algorithmes. La présente thèse s'inscrit dans ce processus et présente plusieurs travaux de recherche traitant d'attaques et de contre-mesures dans le domaine de l'exploitation de canaux auxiliaires et d'injections de fautes. Une première partie présente des contributions classiques où l'on cherche à retrouver une clef cryptographique lorsque la seconde s’attelle à un domaine moins étudié pour l'instant consistant à retrouver les spécifications d'un algorithme tenu secret
Cryptography is taking an ever more important part in the life of societies since the users are realising the importance to secure the different aspects of life from citizens means of payment, communication and records of private life to the national securities and armies. During the last twenty years we learned that to mathematically secure cryptography algorithms is not enough because of the vulnerabilities brought by their implementations in a device through an alternative means to get information: side channels. Whether it is from power consumption, time or electromagnetic emissions ... those biases have been evaluated and, since their discovery, the researches of new attacks follow new countermeasures in order to guarantee security of algorithms. This thesis is part of this process and shows several research works about attacks and countermeasures in the fields of side channel and fault injections analysis. The first part is about classic contributions where an attacker wants to recover a secret key when the second part deals with the less studied field of secret specifications recovery

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Almeida, Braga Daniel de. "Cryptography in the wild : the security of cryptographic implementations". Thesis, Rennes 1, 2022. http://www.theses.fr/2022REN1S067.

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Les attaques par canaux auxiliaire sont redoutables face aux implémentations cryptographiques. Malgré les attaques passées, et la prolifération d'outils de vérification, ces attaques affectent encore de nombreuses implémentations. Dans ce manuscrit, nous abordons deux aspects de cette problématique, centrés autour de l'attaque et de la défense. Nous avons dévoilé plusieurs attaques par canaux auxiliaires microarchitecturaux sur des implémentations de protocoles PAKE. En particulier, nous avons exposé des attaques sur Dragonfly, utilisé dans la nouvelle norme Wi-Fi WPA3, et SRP, déployé dans de nombreux logiciel tels que ProtonMail ou Apple HomeKit. Nous avons également exploré le manque d'utilisation par les développeurs d'outil permettant de détecter de telles attaques. Nous avons questionné des personnes impliqués dans différents projets cryptographiques afin d'identifier l'origine de ce manque. De leur réponses, nous avons émis des recommandations. Enfin, dans l'optique de mettre fin à la spirale d'attaques-correction sur les implémentations de Dragonfly, nous avons fournis une implémentation formellement vérifiée de la couche cryptographique du protocole, dont l'exécution est indépendante des secrets
Side-channel attacks are daunting for cryptographic implementations. Despite past attacks, and the proliferation of verification tools, these attacks still affect many implementations. In this manuscript, we address two aspects of this problem, centered around attack and defense. We unveil several microarchitectural side-channel attacks on implementations of PAKE protocols. In particular, we exposed attacks on Dragonfly, used in the new Wi-Fi standard WPA3, and SRP, deployed in many software such as ProtonMail or Apple HomeKit. We also explored the lack of use by developers of tools to detect such attacks. We questioned developers from various cryptographic projects to identify the origin of this lack. From their answers, we issued recommendations. Finally, in order to stop the spiral of attack-patch on Dragonfly implementations, we provide a formally verified implementation of the cryptographic layer of the protocol, whose execution is secret-independent

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Tehrani, Etienne. "Cryptographic primitives adapted to connected car requirements". Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2022. https://theses.hal.science/tel-03788940.

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La communication est une des fonctions clés des véhicules à venir, ce qui impose de la protéger. La cryptographie est une façon évidente d’en assurer la sécurité, spécifiquement, la cryptographie légère qui est mieux adaptée aux contraintes de ressources. Il est également essentiel de prendre en compte la résilience aux attaques par canaux auxiliaires sur des systèmes embarqués. Les objectifs principaux de cette thèse sont d’étudier la possibilité d’implémenter une large variété d’algorithmes de chiffrement légers ainsi que leur protection. Une solution idéale est d’utiliser une implémentation agile, capable d’exécuter différents algorithmes, tout en utilisant un minimum de ressources et en garantissant la sécurité contre les attaques par canaux auxiliaires. Notre principale solution est une extension du jeu d’instruction du RISC-V permettant l’exécution de multiples algorithmes tout en satisfaisant les contraintes d’agilité. Nous avons étudié de nombreux algorithmes de chiffrement et avons proposé plusieurs approches. La première est totalement matériel et la seconde et basée sur un processeur dédié afin d’implémenter ces algorithmes de chiffrement légers ainsi que leur protection dans un environnement avec de fortes contraintes de ressources
Communications are one of the key functions in future vehicles and require protection. Cryptography is an obvious answer to secure communications, specifically we studied lightweight cryptography to fit the constrained resources of the environment. A second emerging problem, specific to embedded systems, is resilience to side-channel attacks.The main objectives of the thesis are to study the feasibility of implementing a wide variety of symmetric lightweight encryption algorithms and their protection. An optimal solution is to have an agile implementation, able to quickly execute different lightweight encryption algorithms, using few resources and guaranteeing protection against physical attacks. Our main architecture starts from a modification of the instruction set of a RISC-V processor to satisfy the agility property of lightweight cryptography algorithms. We have studied many encryption algorithms and have proposed a first approach with a fully hardware architecture and a second approach with a dedicated processor in order to efficiently implement Lightweight Cryptography and their protection in a constrained embedded system

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Goudarzi, Dahmun. "Secure implementation of block ciphers against physical attacks". Electronic Thesis or Diss., Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEE082.

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Depuis leur introduction à la fin des années 1990, les attaques par canaux auxiliaires sont considérées comme une menace majeure contre les implémentations cryptographiques. Parmi les stratégies de protection existantes, une des plus utilisées est le masquage d’ordre supérieur. Elle consiste à séparer chaque variable interne du calcul cryptographique en plusieurs variables aléatoires. Néanmoins, l’utilisation de cette protection entraîne des pertes d’efficacité considérables, la rendant souvent impraticable pour des produits industriels. Cette thèse a pour objectif de réduire l’écart entre les solutions théoriques, prouvées sûres, et les implémentations efficaces déployables sur des systèmes embarqués. Plus particulièrement, nous nous intéressons à la protection de chiffrement par bloc tel que l’AES, dont l’enjeu principal revient à protéger les boîtes-s avec un surcoût minimal. Nous essayons d’abord de trouver des représentations mathématiques optimales pour l’évaluation des boîtes-s en minimisant le nombre de multiplications (un paramètre déterminant pour l’efficacité du masquage, mais aussi pour le chiffrement homomorphe). Pour cela, nous définissons une méthode générique pour décomposer n’importe quelle fonction sur un corps fini avec une complexité multiplicative faible. Ces représentations peuvent alors être évaluées efficacement avec du masquage d’ordre supérieur. La flexibilité de la méthode de décomposition permet également de l’ajuster facilement selon les nécessités du développeur. Nous proposons ensuite une méthode formelle pour déterminer la sécurité d’un circuit évaluant des schémas de masquages. Cette technique permet notamment de déterminer de manière exacte si une attaque est possible sur un circuit protégé ou non. Par rapport aux autres outils existants, son temps de réponse n’explose pas en la taille du circuit, ce qui permet d’obtenir une preuve de sécurité quelque soit l’ordre de masquage employé. De plus, elle permet de diminuer de manière stricte l’emploi d’outils coûteux en aléas, requis pour renforcer la sécurité des opérations de masquages. Enfin, nous présentons des résultats d’implémentation en proposant des optimisations tant sur le plan algorithmique que sur celui de la programmation. Nous utilisons notamment une stratégie d’implémentation bitslice pour évaluer les boîtes-s en parallèle. Cette stratégie nous permet d’atteindre des records de rapidité pour des implémentations d’ordres élevés. Les différents codes sont développés et optimisés en assembleur ARM, un des langages les plus répandus dans les systèmes embarqués tels que les cartes à puces et les téléphones mobiles. Ces implémentations sont, en outre, disponibles en ligne pour une utilisation publique
Since their introduction at the end of the 1990s, side-channel attacks are considered to be a major threat against cryptographic implementations. Higher-order masking is considered to be one the most popular existing protection strategies. It consists in separating each internal variable in the cryptographic computation into several random variables. However, the use of this type of protection entails a considerable efficiency loss, making it unusable for industrial solutions. The goal of this thesis is to reduce the gap between theoretical solutions, proven secure, and efficient implementations that can be deployed on embedded systems. More precisely, I am analysing the protection of block ciphers such as the AES encryption scheme, where the main issue is to protect the s-boxes with minimal overhead in costs. I have tried, first, to find optimal mathematical representations in order to evaluate the s-boxes while minimizing the number of multiplications (a decisive parameter for masking schemes, but also for homomorphic encryption). For this purpose, I have defined a generic method to decompose any function on any finite field with a low multiplicative complexity. These representations can, then, be efficiently evaluated with higher-order masking. The flexibility of the decomposition technique allows also easy adjusting to the developer’s needs. Secondly, I have proposed a formal method for measuring the security of circuits evaluating masking schemes. This technique allows to define with exact precision whether an attack on a protected circuit is feasible or not. Unlike other tools, its response time is not exponential in the circuit size, making it possible to obtain a security proof regardless of the masking order used. Furthermore, this method can strictly reduce the use of costly tools in randomness required for reinforcing the security of masking operations. Finally, we present the implementation results with optimizations both on algorithmic and programming fronts. We particularly employ a bitslice implementation strategy for evaluating the s-boxes in parallel. This strategy leads to speed record for implementations protected at high order. The different codes are developed and optimized under ARM assembly, one of the most popular programming language in embedded systems such as smart cards and mobile phones. These implementations are also available online for public use

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Belaïd, Sonia. "Security of cryptosystems against power-analysis attacks". Thesis, Paris, Ecole normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSU0032/document.

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Les attaques par canaux auxiliaires sont les attaques les plus efficaces contre les systèmes cryptographiques. Alors que les attaques classiques n’exploitent que les entrées et sorties des algorithmes cryptographiques, les attaques par canaux auxiliaires utilisent également les fuites physiques du composant sous-jacent. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux attaques par canaux auxiliaires qui exploitent la consommation de courant des composants pour retrouver les clefs secrètes. Ces attaques sont désignées par le terme attaques par analyse de courant. La majorité des attaques par analyse de courant existantes repose sur l’observation de variables dépendant uniquement de quelques bits de secret avec la stratégie diviser-pour-régner. Dans cette thèse, nous exhibons de nouvelles attaques qui exploitent l’observation de variables intermédiaires largement dépendantes de grands secrets. Notamment, nous montrons qu’en observant uniquement la fuite physique du résultat d’une multiplication de Galois entre une clef secrète de 128 bits et plusieurs messages connus, nous pouvons en déduire un système d’équations avec erreurs puis retrouver cette clef secrète. En parallèle, nous nous intéressons aux deux contre-mesures algorithmiques les plus répandues contre ces attaques par analyse de courant : les fonctions intrinsèquement résistantes aux fuites physiques et les schémas de masquage. Dans un premier temps, nous définissons un schéma de chiffrement résistant aux fuites physiques qui repose sur un rafraîchissement régulier de la clef secrète. Nous prouvons la sécurité de ce schéma dans le modèle de cryptographie résistante aux fuites (en anglais, leakage-resilient cryptography). Dans un second temps, nous construisons, à l’aide des méthodes formelles, un outil permettant de vérifier automatiquement la sécurité d’implémentations masquées. Nous exhibons également de nouvelles propriétés de sécurité, ainsi que des propriétés de composition qui nous permettent de générer une implémentation masquée à n’importe quel ordre à partir d’une implémentation non protégée. Finalement, nous présentons une étude de comparaison entre ces deux contre-mesures algorithmiques dans le but d’aider les experts industriels à déterminer la meilleure protection à intégrer dans leurs produits en fonction de leurs contraintes en termes de sécurité et de performances
Side-channel attacks are the most efficient attacks against cryptosystems. While the classical blackbox attacks only exploit the inputs and outputs of cryptographic algorithms, side-channel attacks also get use of the physical leakage released by the underlying device during algorithms executions. In this thesis, we focus on one kind of side-channel attacks which exploits the power consumption of the underlying device to recover the algorithms secret keys. They are gathered under the term power-analysis attacks. Most of the existing power-analysis attacks rely on the observations of variables which only depend on a few secret bits using a divide-and-conquer strategy. In this thesis, we exhibit new kinds of attacks which exploit the observation of intermediate variables highly dependent on huge secrets. In particular, we show how to recover a 128-bit key by only recording the leakage of the Galois multiplication’s results between several known messages and this secret key. We also study two commonly used algorithmic countermeasures against side-channel attacks: leakage resilience and masking. On the one hand, we define a leakage-resilient encryption scheme based on a regular update of the secret key and we prove its security. On the other hand, we build, using formal methods, a tool to automatically verify the security of masked algorithms. We also exhibit new security and compositional properties which can be used to generate masked algorithms at any security order from their unprotected versions. Finally, we propose a comparison between these two countermeasures in order to help industrial experts to determine the best protection to integrate in their products, according to their constraints in terms of security and performances

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Dehbaoui, Amine. "Analyse Sécuritaire des Émanations Électromagnétiques des Circuits Intégrés". Thesis, Montpellier 2, 2011. http://www.theses.fr/2011MON20020.

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Le développement de la société de l'information et de la monnaie virtuelle, a soulevé de nouveaux problèmes aux communautés de la sécurité et du circuit intégré, faisant devenir la cryptologie un outil incontournable permettant de répondre aux exigences sécuritaires telles que l'identification, l'authentification ou la confidentialité. L'intégration des primitives cryptographiques dans différents dispositifs électroniques est largement répandue aujourd'hui dans le domaine des communications, des services financiers, des services gouvernementaux ou de la PayTV. Au premier rang de ces dispositifs, figure la carte à puce. D'après un rapport publié en août 2010, IMS Research prévoit que le marché de la carte à puce atteindra les 5.8 milliards d'unités vendues en fin d'année. La grande majorité est utilisée dans les télécommunications (carte SIM) et les services bancaires. La carte à puce incorpore un circuit intégré qui peut être, soit un processeur dédié aux calculs cryptographiques, soit seulement de la mémoire non-volatile ou les deux. Ces circuits intégrés manipulent et contiennent donc des secrets comme les clefs secrètes ou privées utilisées par les algorithmes de cryptographie symétriques ou asymétriques. Ces clefs doivent donc, rester absolument confidentielles et intègres afin de garantir la chaîne de sécurité. Par conséquent la robustesse des cartes à puces aux attaques cryptographiques est cruciale. En effet, les attaques sur les circuits intégrés sont aujourd'hui très performantes. Elles peuvent être classées selon trois grandes familles : invasives, semi-invasives et non-invasives. 1- Les attaques invasives sont des attaques menées en général par des experts et requièrent du matériel spécifique. 2- Les attaques semi-invasives, famille d'attaques récemment introduite par l'équipe de Ross Anderson, dont le principe est de décapsuler le package contenant le circuit, afin de se positionner le plus proche possible de la surface, sans pour autant en détériorer les fonctionnalités. 3- Les attaques non-invasives ne nécessitent aucune préparation préalable du dispositif soumis aux attaques. Elles consistent à espionner les phénomènes physiques engendrés par la manipulation des données et notamment les clefs secrètes. Les attaques non-invasives peuvent être considérées comme les plus dangereuses, dans la mesure où ce type d'attaque peut être réalisé sans contact avec le circuit. En effet, pendant l'utilisation d'appareils électroniques, les circuits qui les composent sont soumis à des variations de courant et de tension. Ces variations génèrent des ondes électromagnétiques qui se propagent dans le voisinage du circuit. Ces émanations présentent une corrélation avec des informations censées être stockées dans la puce de façon sécurisée (exemple: la clef secrète d'une carte bancaire utilisée pour l'authentification). Plusieurs attaques dites par canaux auxiliaires, et basées sur ces fuites électromagnétiques ont été publiées par la communauté scientifique ces dernières années. Cette thèse a pour objectifs: (a) comprendre les différentes sources des émanations électromagnétiques des circuits intégrés, et de proposer un flot d'attaque électromagnétique localisée et en champ proche afin de tester la robustesse d'un circuit cryptographique contre les attaques et analyses utilisant le canal électromagnétique, et (b) proposer des contre-mesures afin de contrecarrer ces attaques par analyse de champ électromagnétique. Afin d'atteindre ces objectifs, nous présentons, dans un premier temps, une technique efficace nommée WGMSI (Weighted Global Magnitude Squared Incoherence) pour localiser les positions, au-dessus du circuit cryptographique, qui génèrent les émanations électromagnétiques les plus dépendantes des données secrètes. Dans un deuxième temps la WGMSI est utilisée aussi pour améliorer la stabilité et la convergence des différentes attaques électromagnétiques proposées dans la littérature. La suite de la thèse décrit les différentes contre-mesures aux attaques par canaux auxiliaires. En effet, face à ces techniques d'attaques évoluées, il est primordial, de rendre les fonctions cryptographiques implantées dans les circuits intégrés pour la sécurité (confidentialité, authentification, intégrité ... ), inattaquables en un temps raisonnable et ceci même en manipulant des sous-clefs dans des chiffrements par blocs. Pour cela, on se focalisera principalement aux contre-mesures basées sur des logiques différentielles et dynamiques. Ces contre-mesures sont dites par conception, puisqu'elles se situent au niveau des portes logiques qui sont considérées comme les éléments de base pour la conception d'un circuit intégré. Ceci permet une certaine indépendance des algorithmes cryptographiques vis à vis de l'architecture ou de la technologie considérées. Parmi les différentes logiques différentielles et dynamiques, on s'intéressera plus spécifiquement à la logique STTL (Secure Triple Track logic) qui peut être considérée comme une amélioration de la logique double rail, dans la mesure où un troisième rail est ajouté afin de contrecarrer la faiblesse principale de la logique double rail, à savoir l'évaluation anticipée. Enfin, nous présenterons un flot d'implémentation sur FPGA de la logique STTL prouvée robuste aux attaques par analyse de courant, et nous implémenterons un prototype de DES STTL afin de tester sa robustesse aux attaques électromagnétiques localisées en champ proche
The integration of cryptographic primitives in different electronic devices is widely used today incommunications, financial services, government services or PayTV.Foremost among these devices include the smart card. According to a report published in August 2010, IMS Research forecasts that the smart card market will reach 5.8 billion units sold in this year. The vast majority is used in telecommunications (SIM) and banking.The smart card incorporates an integrated circuit which can be a dedicated processor for cryptographic calculations. Therefore, these integrated circuits contain secrets such as secret or private keys used by the symmetric or asymmetric cryptographic algorithms. These keys must remain absolutely confidential to ensure the safety chain.Therefore the robustness of smart cards against attacks is crucial. These attacks can be classifiedinto three main categories: invasive, semi-invasive and non-invasive.Non-invasive attacks can be considered the most dangerous, since this kind of attack can be achieved without any contact with the circuit.Indeed, while using electronic circuits that compose them are subjected to variations in current and voltage. These variations generate an electromagnetic radiation propagating in the vicinity of the circuit.These radiations are correlated with secret information (eg a secret key used for authentication). Several attacks based on these leakages were published by the scientific community.This thesis aims to: (a) understand the different sources of electromagnetic emanations of integrated circuits, and propose a localized near field attack to test the robustness of a cryptographic circuit and (b) propose counter-measures to these attacks

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Di, Battista Jérôme. "Étude des techniques d'analyse de défaillance et de leur utilisation dans le cadre de l’évaluation de la sécurité des composants de traitement de l’information". Thesis, Montpellier 2, 2011. http://www.theses.fr/2011MON20011/document.

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Les travaux présentés concernent l'exploration des techniques de localisation utilisées en analyse de défaillance dans le but de les appliquer au domaine de la sécurité numérique des circuits et systèmes intégrés. Ces travaux contribuent, d'une part à étendre le champ d'application des techniques d'analyses de vulnérabilités, et d'autre part à apporter des éléments de réponses sur la faiblesse des implémentations cryptographiques sur circuits de type FPGA. Cette thèse s'inscrit donc dans une démarche à la fois de prévention mais aussi de veille technologique en matière d'attaque en apportant un complément d'information sur la faiblesse des implémentations matérielles de systèmes sécurisés. Dans le cadre de l'évaluation des composants de traitement de l'information par les laboratoires agréés (CESTI), l'analyse de vulnérabilité, et plus spécifiquement la cryptanalyse matérielle, a pour but d'éprouver la sécurité des systèmes d'information (composants cryptographiques, carte bancaire, systèmes de cryptage, etc..) dans le but de tester leur résistance face aux attaques connues. En parallèle, dans le cadre de l'analyse de défaillance des circuits utilisés dans le domaine spatial, la localisation de défauts consiste à collecter et analyser les données d'un circuit défaillant afin d'identifier la source du défaut à l'aide de puissants outils. La combinaison de ces deux activités nous a permis dans un premier temps, d'exploiter la lumière émise par un circuit comme un signal de fuite de type « side-channel » par le biais d'une méthode d'attaque semi-invasive par canal auxiliaire, Differential Light Emission Analysis (DLEA). Cette attaque, basée sur un traitement statistique des courbes d'émission de lumière, a permis d'extraire les sous-clés utilisées par un algorithme DES implanté sur circuit FPGA. Dans un second temps, nous avons proposé une seconde technique basée sur la stimulation laser consistant à exploiter l'effet photoélectrique afin d'améliorer les attaques par canaux auxiliaires « classiques ». Pour cela, une attaque DPA améliorée par stimulation laser a été mise en place. Ainsi nous avons démontré que le balayage du faisceau laser sur certains éléments du cryptosystème (algorithme DES implanté sur FPGA) augmente sa signature DPA permettant ainsi de diminuer sensiblement le nombre de courbes de consommation nécessaires pour extraire les sous-clés utilisées par l'algorithme
The purpose of failure analysis is to locate the source of a defect in order to characterize it, using different techniques (laser stimulation, light emission, electromagnetic emission...). Moreover, the aim of vulnerability analysis, and particularly side-channel analysis, is to observe and collect various leakages information of an integrated circuit (power consumption, electromagnetic emission ...) in order to extract sensitive data. Although these two activities appear to be distincted, they have in common the observation and extraction of information about a circuit behavior. The purpose of this thesis is to explain how and why these activities should be combined. Firstly it is shown that the leakage due to the light emitted during normal operation of a CMOS circuit can be used to set up an attack based on the DPA/DEMA technique. Then a second method based on laser stimulation is presented, improving the “traditional” attacks by injecting a photocurrent, which results in a punctual increase of the power consumption of a circuit. These techniques are demonstrated on an FPGA device

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Marion, Damien. "Multidimensionality of the models and the data in the side-channel domain". Thesis, Paris, ENST, 2018. http://www.theses.fr/2018ENST0056/document.

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Depuis la publication en 1999 du papier fondateur de Paul C. Kocher, Joshua Jaffe et Benjamin Jun, intitulé "Differential Power Analysis", les attaques par canaux auxiliaires se sont révélées être un moyen d’attaque performant contre les algorithmes cryptographiques. En effet, il s’est avéré que l’utilisation d’information extraite de canaux auxiliaires comme le temps d’exécution, la consommation de courant ou les émanations électromagnétiques, pouvait être utilisée pour retrouver des clés secrètes. C’est dans ce contexte que cette thèse propose, dans un premier temps, de traiter le problème de la réduction de dimension. En effet, en vingt ans, la complexité ainsi que la taille des données extraites des canaux auxiliaires n’a cessé de croître. C’est pourquoi la réduction de dimension de ces données permet de réduire le temps et d’augmenter l’efficacité des attaques. Les méthodes de réduction de dimension proposées le sont pour des modèles de fuites complexe et de dimension quelconques. Dans un second temps, une méthode d’évaluation d’algorithmes logiciels est proposée. Celle-ci repose sur l’analyse de l’ensemble des données manipulées lors de l’exécution du logiciel évalué. La méthode proposée est composée de plusieurs fonctionnalités permettant d’accélérer et d’augmenter l’efficacité de l’analyse, notamment dans le contexte d’évaluation d’implémentation de cryptographie en boîte blanche
Since the publication in 1999 of the seminal paper of Paul C. Kocher, Joshua Jaffe and Benjamin Jun, entitled "Differential Power Analysis", the side-channel attacks have been proved to be efficient ways to attack cryptographic algorithms. Indeed, it has been revealed that the usage of information extracted from the side-channels such as the execution time, the power consumption or the electromagnetic emanations could be used to recover secret keys. In this context, we propose first, to treat the problem of dimensionality reduction. Indeed, since twenty years, the complexity and the size of the data extracted from the side-channels do not stop to grow. That is why the reduction of these data decreases the time and increases the efficiency of these attacks. The dimension reduction is proposed for complex leakage models and any dimension. Second, a software leakage assessment methodology is proposed ; it is based on the analysis of all the manipulated data during the execution of the software. The proposed methodology provides features that speed-up and increase the efficiency of the analysis, especially in the case of white box cryptography

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Bukasa, Sébanjila Kevin. "Analyse de vulnérabilité des systèmes embarqués face aux attaques physiques". Thesis, Rennes 1, 2019. http://www.theses.fr/2019REN1S042/document.

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Au cours de cette thèse, nous nous sommes concentrés sur la sécurité des appareils mobiles. Pour cela, nous avons exploré les attaques physiques par perturbation (injection de fautes) ainsi que par observation, toutes deux basées sur les émissions électromagnétiques. Nous avons sélectionné deux types de cibles représentant deux catégories d'appareils mobiles. D'une part les microcontrôleurs qui équipent les appareils de type IoT. Et d'autre part les System-on-Chip (SoC) que l'on retrouve sur les smartphones. Nous nous sommes concentrés sur les puces conçue par ARM. Au travers d'attaques physiques nous avons voulu montrer qu'il était possible d'affecter la microarchitecture sur laquelle repose tout le fonctionnement de ces systèmes. Toutes les protections pouvant être mises en place par la suite au niveau logiciel, sont basées sur la microarchitecture et deviennent donc inopérantes lorsque l'on s'attaque à celle-ci. Pour les appareils de type IoT, nous avons mis en évidence la possibilité d'obtenir des informations ou un contrôle total de l'appareil à l'aide d'une injection de faute. Les injections de fautes sont dans ce cas les déclencheurs d'attaques logicielles et permettent d'outrepasser des protections logicielles. Pour les appareils de type smartphone, nous avons dans un premier temps été capable d'extraire des informations contenue à l'intérieur d'un SoC, à l'aide d'une écoute électromagnétique et de la caractérisation du comportement de celui-ci. Dans un deuxième temps, nous avons pu montrer qu'en cas de faute des comportements aléatoire peuvent se produire, tout en caractérisant ces comportements. Démontrant ainsi que sur des systèmes plus complexes, il est tout de même possible d'avoir recours à des attaques physiques. Enfin nous avons proposé des pistes d'améliorations en lien avec nos différentes constatations au cours de ces travaux
During this thesis, we focused on the security of mobile devices. To do this, we explored physical attacks by perturbation (fault injections) as well as by observation, both based on electromagnetic emissions. We selected two types of targets representing two categories of mobile devices. On the one hand, the microcontrollers that equip IoT devices. And on the other hand the System-on-Chip (SoC) that can be found on smartphones. We focused on the chips designed by ARM. Through physical attacks we wanted to show that it was possible to affect the microarchitecture on which the entire functioning of these systems is based. All the protections that can be implemented later at the software level are based on the microarchitecture and therefore become ineffective when it is attacked. For IoT devices, we have highlighted the possibility of obtaining information or total control of the device by means of a fault injection. In this case, fault injections are used as software attack triggers. They also allow software protection to be bypassed. For smartphone devices, we were initially able to extract information contained within a SoC, using electromagnetic listening and characterization of its behavior. In a second step, we were able to show that in the event of a fault, random behaviours can occur, we characterized and proposed explanations for these behaviours. Demonstrating and on systems more advanced than IoT, it is still possible to use physical attacks. Finally, we proposed possible improvements in relation to our various findings during this work

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Landry, Simon. "Étude de la résistance des algorithmes cryptographiques symétriques face à la cryptanalyse moderne". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS287.

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L’objectif de cette thèse est de proposer de nouvelles pistes de recherche dans l’état de l’art afin de sécuriser les algorithmes cryptographiques au sein d’un circuit électronique. Notre axe d’étude principal s’articule autour de la contre-mesure des implémentations à seuil, résistante contre les attaques par observations en présence de glitches. Ces derniers phénomènes apparaissent dans un circuit électronique de manière aléatoire et sont à l’origine de nombreuses attaques en cryptanalyse. Nous étudions l’application des implémentations à seuil sur la cryptographie symétrique. Dans un premier temps, nous contribuons à la littérature cryptographique par la conception de nouvelles implémentations à seuil applicables sur un grand nombre d’algorithmes symétriques. Les travaux réalisés sont appuyés par des preuves mathématiques formelles et permettent de contrer les attaques physiques par observations en présence de glitches. Par ailleurs, nos recherches ont également débouché à la proposition de deux brevets au sein de l’entreprise STMicroelectronics, participant ainsi au processus d’innovation industriel. Dans un second temps, nous nous intéressons à l’étude de l’algorithme symétrique SM4 et sa résistance face à la cryptanalyse actuelle. Les travaux obtenus permettent de centraliser les différentes implémentations du SM4 sécurisées contre les attaques par observations proposées dans l’état de l’art et d’offrir une visibilité sur les performances de ces constructions. Nous contribuons également à la recherche académique par la première proposition d’une implémentation à seuil du SM4, mathématiquement résistante contre les attaques par observations en présence de glitches
The goal of this thesis is to contribute to the state-of-the-art by proposing new areas of research in order to secure cryptographic algorithms within an embedded device.Our main focal axis is organized around the countermeasure called threshold implementations which is known to be resistant against side-channel analysis attacks in the presence of glitches.These latter phenomenon occur randomly within an electronic circuit and lead to numerous attacks in cryptanalysis. We study the application of threshold implementations on symmetric-key cryptography.In a first phase, we participate to the cryptographic litterature by designing new threshold implementations easily applicable on a large variety of symmetric-key algorithms. Our countermeasures are provable mathematically secured against side-channel analysis attacks in the presence of glitches. In comparison with the recent publications of the state-of-the-art, we adress new issues and we assure similar or better performances. Therefore, our research has resulted in two patents within STMicroelectronics, thereby contributing to the industrial innovation process.In a second phase, we are interested in the study of the symmetric-key algorithm SM4 and its resistance against side-channel analysis attacks. The works obtained allow to centralize the proposed SM4 countermeasures against side-channel analysis attacks of the state-of-the-art and offer a visibility on the software performances of these constructions. We finally introduce the first threshold implementation of the SM4 algorithm. Our construction is provably mathematically resistant against side-channel analysis attacks in the presence of glitches

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Houssein, Meraneh Awaleh. "Enhancing the security of industrial cyber-physical systems trough side-channel leakage". Electronic Thesis or Diss., Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, 2024. http://www.theses.fr/2024IMTA0402.

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Les systèmes cyber-physiques industriels (ICPS) se sont développées dans le processus industriels, facilitant l’automatisation et le contrôle opérationnel grâce à des dispositifs physiques, des capteurs et actionneurs limités en ressources, des logiciels numériques et une connectivité réseau. Malgré leur efficacité à améliorer les niveaux d’efficacité et d’automatisme, ils restent vulnérables aux attaques cyber-physique pouvant causer des dommages significatifs. Cette thèse vise à renforcer la sécurité des ICPS en exploitant les fuites physiques d’informations (e.g., le son, électro-magnétique, etc.). Elle se concentre sur deux aspects principaux : premièrement la thèse propose des méthodes efficaces pour détecter et atténuer les anomalies de ICPS en utilisant les fuites physiques d’information, assurant la sécurité et le bon fonctionnement de ces systèmes. L’étude introduit une nouvelle approche de détection d’anomalie basé sur le son, nommé SADIS, pour une détection rapide et précise des anomalies de ICPS. Deuxièmement, la thèse évalue la résistance de la cryptographie légère et intègre implémentée dans les composantes à ressources limitées des systèmes industriels contre les attaques par canaux auxiliaires. Nous proposons une attaque théorique sur les registres à décalage à rétroaction linéaire (LFSR) de l’algorithme Elephant, un finaliste de la compétition de cryptographie légère et intègre du NIST. En exploitant la dépendance à la clé sécrète, nous démontrons comment l’analyse par canaux auxiliaires peuvent compromettre la sécurité d’Elephant. Nous explorons des ajustements possibles à l’algorithme Elephant comme contre-mesures à de telles attaques
Industrial cyber-physical systems(ICPSs) have increased in industrial processes.These systems facilitate automation and operational control through physical devices, resource constrained sensors and actuators, digital software, and network connectivity. Although ICPSs have proven effective in improving efficiency levels, they are susceptible to cyber-attacks that could cause significant harm. This thesis aims to enhance the security of ICPS by using side-channel leakage. This research focuses on two key aspects. Firstly, this thesis provides effective and efficient methods to detect and mitigate anomalies in ICPS by using side-channel leakage, ensuring these systems' security and proper functioning. The study proposes a new real-time sound-based anomaly detection approach called SADIS for early and accurate detection of anomalies in ICPS. The SADIS approach addresses the limitations faced by existing methods in detecting anomalies in ICPS, including high detection time, low detection accuracy, and poor robustness to noisy data. SADIS is robust against background noise and transferable to various industrial environments, making it suitable for widespread deployment. Secondly, the thesis studies the resistance of lightweight cryptography algorithms commonly implemented in resource-constrained components of industrial systems, including sensors, actuators, and RFID devices, against side-channel analysis. We propose a theoretical attack on the Elephant algorithm's linear feedback shift registers (LFSR), a finalist in the NIST lightweight cryptography competition. By exploiting the dependence on the secret key, we demonstrate how side-channel analysis can compromise the security of Elephant. We explore possible tweaking to the Elephant algorithm as counter measures against such attacks

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Camurati, Giovanni. "Security Threats Emerging from the Interaction Between Digital Activity and Radio Transceiver". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS279.

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Les ordiphones et les objets connectés utilisent des radio pour communiquer avec d’autres appareils électroniques. Ces radio sont placées à côté du processeur et des autres composants numériques. Par exemple, dans les ordiphones un processeur, une mémoire et plusieurs émetteurs-récepteurs radio se trouvent sur la même plateforme. Les systèmes embarquées, plus simples, utilisent souvent des puces à signaux mixtes contenant à la fois un microcontrôleur et un émetteur-récepteur. La proximité physique entre les blocs numériques, qui produisent un bruit électromagnétique très fort, et les émetteurs-récepteurs radio, qui sont sensibles à ce bruit, peut causer des problèmes de fonctionnement et de performance. En effet, il existe de nombreux chemins de couplage entre les composants sur le même système. Dans cette thèse, nous explorons les problèmes de sécurité qui naissent de l’interaction entre composants numériques et systèmes radio, et nous proposons deux nouvelles attaques. Avec Screaming Channels, nous démontrons que les émetteurs radio sur des puces à signaux mixtes peuvent diffuser des informations sur l'activité numérique de l'appareil. Cela permet de mener des attaques par canaux auxiliaires à grande distance. Avec Noise-SDR, nous montrons qu'il est possible de générer des signaux radio arbitraires à partir du bruit électromagnétique déclenché par un logiciel sans privilèges, pour interagir avec des récepteurs radio, éventuellement sur la même plateforme
Modern connected devices need both computing and communication capabilities. For example, smartphones carry a multi-core processor, memory, and several radio transceivers on the same platform. Simpler embedded systems often use a mixed-signal chip that contains both a microcontroller and a transceiver. The physical proximity between digital blocks, which are strong sources of electromagnetic noise, and radio transceivers, which are sensitive to such noise, can cause functional and performance problems. Indeed, there exist many noise coupling paths between components on the same platform or silicon die. In this thesis we explore the security issues that arise from the interaction between digital and radio blocks, and we propose two novel attacks. With Screaming Channels, we demonstrate that radio transmitters on mixed-signal chips might broadcast some information about the digital activity of the device, making side channel attacks possible from a large distance. With Noise-SDR, we show that attackers can shape arbitrary radio signals from the electromagnetic noise triggered by software execution, to interact with radio receivers, possibly on the same platform

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Marion, Damien. "Multidimensionality of the models and the data in the side-channel domain". Electronic Thesis or Diss., Paris, ENST, 2018. http://www.theses.fr/2018ENST0056.

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Depuis la publication en 1999 du papier fondateur de Paul C. Kocher, Joshua Jaffe et Benjamin Jun, intitulé "Differential Power Analysis", les attaques par canaux auxiliaires se sont révélées être un moyen d’attaque performant contre les algorithmes cryptographiques. En effet, il s’est avéré que l’utilisation d’information extraite de canaux auxiliaires comme le temps d’exécution, la consommation de courant ou les émanations électromagnétiques, pouvait être utilisée pour retrouver des clés secrètes. C’est dans ce contexte que cette thèse propose, dans un premier temps, de traiter le problème de la réduction de dimension. En effet, en vingt ans, la complexité ainsi que la taille des données extraites des canaux auxiliaires n’a cessé de croître. C’est pourquoi la réduction de dimension de ces données permet de réduire le temps et d’augmenter l’efficacité des attaques. Les méthodes de réduction de dimension proposées le sont pour des modèles de fuites complexe et de dimension quelconques. Dans un second temps, une méthode d’évaluation d’algorithmes logiciels est proposée. Celle-ci repose sur l’analyse de l’ensemble des données manipulées lors de l’exécution du logiciel évalué. La méthode proposée est composée de plusieurs fonctionnalités permettant d’accélérer et d’augmenter l’efficacité de l’analyse, notamment dans le contexte d’évaluation d’implémentation de cryptographie en boîte blanche
Since the publication in 1999 of the seminal paper of Paul C. Kocher, Joshua Jaffe and Benjamin Jun, entitled "Differential Power Analysis", the side-channel attacks have been proved to be efficient ways to attack cryptographic algorithms. Indeed, it has been revealed that the usage of information extracted from the side-channels such as the execution time, the power consumption or the electromagnetic emanations could be used to recover secret keys. In this context, we propose first, to treat the problem of dimensionality reduction. Indeed, since twenty years, the complexity and the size of the data extracted from the side-channels do not stop to grow. That is why the reduction of these data decreases the time and increases the efficiency of these attacks. The dimension reduction is proposed for complex leakage models and any dimension. Second, a software leakage assessment methodology is proposed ; it is based on the analysis of all the manipulated data during the execution of the software. The proposed methodology provides features that speed-up and increase the efficiency of the analysis, especially in the case of white box cryptography

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Houssain, Hilal. "Algorithmes cryptographiques à base de courbes elliptiques résistant aux attaques par analyse de consommation". Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00832795.

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Les systèmes de cryptographie à base de courbe elliptique (ECC) ont été adoptés comme des systèmes standardisés de cryptographie à clé publique (PKC) par l'IEEE, ANSI, NIST, SEC et WTLS. En comparaison avec la PKC traditionnelle, comme RSA et ElGamal, l'ECC offre le même niveau de sécurité avec des clés de plus petites tailles. Cela signifie des calculs plus rapides et une consommation d'énergie plus faible ainsi que des économies de mémoire et de bande passante. Par conséquent, ECC est devenue une technologie indispensable, plus populaire et considérée comme particulièrement adaptée à l'implémentation sur les dispositifs à ressources restreintes tels que les réseaux de capteurs sans fil (WSN). Le problème majeur avec les noeuds de capteurs chez les WSN, dès qu'il s'agit d'opérations cryptographiques, est les limitations de leurs ressources en termes de puissance, d'espace et de temps de réponse, ce qui limite la capacité du capteur à gérer les calculs supplémentaires nécessaires aux opérations cryptographiques. En outre, les mises en oeuvre actuelles de l'ECC sur WSN sont particulièrement vulnérables aux attaques par canaux auxiliaires (SCA), en particulier aux attaques par analyse de consommation (PAA), en raison de l'absence de la sécurité physique par blindage, leur déploiement dans les régions éloignées et le fait qu'elles soient laissées sans surveillance. Ainsi, les concepteurs de crypto-processeurs ECC sur WSN s'efforcent d'introduire des algorithmes et des architectures qui ne sont pas seulement résistants PAA, mais également efficaces sans aucun supplément en termes de temps, puissance et espace. Cette thèse présente plusieurs contributions dans le domaine des cryptoprocesseurs ECC conscientisés aux PAA, pour les dispositifs à ressources limitées comme le WSN. Premièrement, nous proposons deux architectures robustes et efficaces pour les ECC conscientisées au PAA. Ces architectures sont basées sur des algorithmes innovants qui assurent le fonctionnement de base des ECC et qui prévoient une sécurisation de l'ECC contre les PAA simples (SPA) sur les dispositifs à ressources limitées tels que les WSN. Deuxièmement, nous proposons deux architectures additionnelles qui prévoient une sécurisation des ECC contre les PAA différentiels (DPA). Troisièmement, un total de huit architectures qui incluent, en plus des quatre architectures citées ci-dessus pour SPA et DPA, deux autres architectures dérivées de l'architecture DPA conscientisée, ainsi que deux architectures PAA conscientisées. Les huit architectures proposées sont synthétisées en utilisant la technologie des réseaux de portes programmables in situ (FPGA). Quatrièmement, les huit architectures sont analysées et évaluées, et leurs performances comparées. En plus, une comparaison plus avancée effectuée sur le niveau de la complexité du coût (temps, puissance, et espace), fournit un cadre pour les concepteurs d'architecture pour sélectionner la conception la plus appropriée. Nos résultats montrent un avantage significatif de nos architectures proposées par rapport à la complexité du coût, en comparaison à d'autres solutions proposées récemment dans le domaine de la recherche.

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Korkikian, Roman. "Side-channel and fault analysis in the presence of countermeasures : tools, theory, and practice". Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEE052/document.

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Dans cette thèse nous développons et améliorons des attaques de systèmes cryptographiques. Un nouvel algorithme de décomposition de signal appelé transformation de Hilbert-Huang a été adapté pour améliorer l’efficacité des attaques parcanaux auxiliaires. Cette technique permet de contrecarrer certaines contre-mesures telles que la permutation d’opérations ou l’ajout de bruit à la consommation de courant. La seconde contribution de ce travail est l’application de certaines distributions statistiques de poids de Hamming à l’attaque d’algorithmes de chiffrement par bloc tels que AES, DES ou LED. Ces distributions sont distinctes pour chaque valeur de sous-clef permettent donc de les utiliser comme modèles intrinsèques. Les poids de Hamming peuvent être découverts par des analyses de canaux auxiliaires sans que les clairs ni les chiffrés ne soient accessibles. Cette thèse montre que certaines contremesures peuvent parfois faciliter des attaques. Les contre-mesures contagieuses proposées pour RSA protègent contre les attaques par faute mais ce faisant et moyennant des calculs additionnels facilitent la découverte de la clef. Finalement, des contre-mesures à faible complexité calculatoire sont proposées. Elles sont basées sur le masquage antagoniste, c’est-à-dire, l’exécution d’une opération d’équilibrage sur des données sensibles pour masquer la consommation de courant
The goal of the thesis is to develop and improve methods for defeating protected cryptosystems. A new signal decompositionalgorithm, called Hilbert Huang Transform, was adapted to increase the efficiency of side-channel attacks. This technique attempts to overcome hiding countermeasures, such as operation shuffling or the adding of noise to the power consumption. The second contribution of this work is the application of specific Hamming weight distributions of block cipher algorithms, including AES, DES, and LED. These distributions are distinct for each subkey value, thus they serve as intrinsic templates. Hamming weight data can be revealed by side-channel and fault attacks without plaintext and ciphertext. Therefore these distributions can be applied against implementations where plaintext and ciphertext are inaccessible. This thesis shows that some countermeasures serve for attacks. Certain infective RSA countermeasures should protect against single fault injection. However, additional computations facilitate key discovery. Finally, several lightweight countermeasures are proposed. The proposed countermeasures are based on the antagonist masking, which is an operation occurring when targeting data processing, to intelligently mask the overall power consumption

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Cheriere, Agathe. "Side-channel resistance of cryptographic primitives based on error-correcting codes". Electronic Thesis or Diss., Université de Rennes (2023-....), 2023. http://www.theses.fr/2023URENS092.

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Depuis une trentaine d’années, nous avons connaissance d’attaques ciblant des implantations de cryptosystèmes, exploitant des informations physiques telles que temps d’exécution. Il est donc naturel de se demander quelles menaces représentent ces attaques pour les implantations de schémas post-quantiques qui seront déployées dans l’industrie. Dans cette thèse, nous nous intéressons plus particulièrement à la résistance des algorithmes cryptographiques à base de codes correcteurs d’erreurs, vis à vis des attaques par canaux auxiliaires. Nous nous sommes focalisés sur deux schémas, ROLLO et BIKE, candidats au second tour de la standardisation post-quantique du NIST. Nous montrons à travers nos travaux que leur implantation en temps constant est notamment vulnérable aux attaques par analyse de consommation de courant. Pour mettre en évidence ces vulnérabilités, nous utilisons des techniques tels que l’apprentissage automatique et l’algèbre linéaire. De plus, pour les deux schémas, une seule trace de la consommation de courant est nécessaire pour remonter à la clé privée. Suite à la mise en évidence de ces vulnérabilités, nous proposons des stratégies de contre-mesures visant à prévenir ces attaques tout en maintenant le temps constant
For about three decades, we have been aware of attacks targeting implementations of cryptosystems, exploiting physical information such as execution time. Naturally, questions arise about the threats these attacks pose to the upcoming industry deployments of post-quantum schemes. In this thesis, we focus on the resistance of error-correcting code-based cryptographic algorithms against side-channel attacks. We specifically studied two schemes, ROLLO and BIKE, which were candidates for the second round of post-quantum standardization organized by NIST. Through our research, we demonstrate that their constant-time implementation is notably vulnerable to attacks using power consumption analysis. To demonstrate these vulnerabilities, we employ techniques such as machine learning and linear algebra. Furthermore, for both scheme, the attack requires a single trace of power consumption to recover the private key. Following the identification of these vulnerabilities, we propose countermeasure strategies to prevent these attacks while maintaining constant-time operation. For about three decades, we have been aware of attacks targeting implementations of cryptosystems, exploiting physical information such as execution time. Naturally, questions arise about the threats these attacks pose to the upcoming industry deployments of post-quantum schemes. In this thesis, we focus on the resistance of error-correcting code-based cryptographic algorithms against side-channel attacks. We specifically studied two schemes, ROLLO and BIKE, which were candidates for the second round of post-quantum standardization organized by NIST. Through our research, we demonstrate that their constant-time implementation is notably vulnerable to attacks using power consumption analysis. To demonstrate these vulnerabilities, we employ techniques such as machine learning and linear algebra. Furthermore, for both scheme, the attack requires a single trace of power consumption to recover the private key. Following the identification of these vulnerabilities, we propose countermeasure strategies to prevent these attacks while maintaining constant-time operation

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Lomne, Victor. "Power and Electro-Magnetic Side-Channel Attacks : threats and countermeasures". Thesis, Montpellier 2, 2010. http://www.theses.fr/2010MON20220.

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En cryptographie classique, un algorithme de chiffrement est considéré comme une boîte noire, et un attaquant n'a accès qu'aux textes clairs et chiffrés. Mais un circuit cryptographique émet aussi des informations sensibles lors d'une opération cryptographique, comme sa consommation de courant ou ses émissions électro-magnétiques. Par conséquent, différentes techniques, appelées attaques par canaux auxiliaires, permettent d'exploiter ces fuites d'informations physiques pour casser des algorithmes cryptographiques avec une complexité très faible en comparaison avec les méthodes de la cryptanalyse classique. Dans ce travail, les attaques par canaux auxiliaires basées sur la consommation de courant ou les émissions électro-magnétiques sont d'abord étudiées d'un point de vue algorithmique, et différentes améliorations sont proposées. Ensuite, une attention particulière est consacrée à l'exploitation du canal auxiliaire électro-magnétique, et un flot de simulation des radiations magnétiques des circuits intégrés est proposé et validé sur deux microcontrôleurs. Finalement, certaines contremesures permettant de protéger les algorithmes de chiffrement contre ces menaces, basées sur des styles de logique équilibrées, sont présentées et évaluées
In cryptography, a cipher is considered as a black-box, and an attacker has only access to plaintexts and ciphertexts. But a real world cryptographic device leaks additionnal sensitive informations during a cryptographic operation, such as power consumption or electro-magnetic radiations. As a result, several techniques, called Side-Channel Attacks, allow exploiting these physical leakages to break ciphers with a very low complexity in comparison with methods of classical cryptanalysis. In this work, power and electro-magnetic Side-Channel Attacks are firstly studied from an algorithmic point-of-view, and some improvements are proposed. Then, a particular attention is given on the exploitation of the electro-magnetic side-channel, and a simulation flow predicting magnetic radiations of ICs is proposed and validated on two microcontrollers. Finally, some countermeasures allowing to protect ciphers against these threats, based on balanced logic styles, are presented and evaluated

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Cler, Gauthier. "Horizontal Side Channel Attacks on Noisy Traces". Electronic Thesis or Diss., Université de Montpellier (2022-....), 2024. http://www.theses.fr/2024UMONS010.

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Récemment, l'utilisation de réseaux de neurones dans le cadre des attaques par canaux auxiliaires de type profilées sur systèmes ouverts a démontré son efficacité jusqu'à presque remplacer les techniques précédemment utilisées. Néanmoins, lorsqu'il n'est pas possible d'avoir accès à un système ouvert et lorsque les attaques dites verticales ne sont pas envisageables, la principale option restante est de mettre en oeuvre des attaques horizontales. C'est généralement le cas pour des implémentations d'algorithmes de cryptographie asymétrique (RSA, ECC). Les attaques horizontales existantes s'appuient sur des techniques de classification ou clustering issues du monde des statistiques. Même s'il a été apporté l'efficacité de ces techniques dans certaines circonstances, en pratique le taux de succès d'attaques basés sur ces techniques reste tout de même relativement faible, en particulier dans le cas d'environements avec la présence de hauts niveaux de bruits. Il existe toutefois une autre catégorie de réseaux de neurones dit à apprentissage non-supervisé, pour lesquels l'accès à un système ouvert n'est pas nécessaire. Il s'agit alors de déterminer si ce type de réseau peut être utilisé dans le contexte des attaques par canaux auxiliaire et, le cas échéant, si le gain par rapport aux techniques d'attaques déjà utilisées est suffisant. L'objectif de ces travaux est donc de valider cette idée en identifiant et en proposant une ou plusieurs topologies de réseaux de neurones adaptées aux attaques horizontales par clustering et d'en vérifier l'efficacité sur l'implémentation d'algorithmes cryptographiques asymétrique. De plus, une méthodologie alternative pour la sélection univariée de points d'intérêts basée sur des méthodes statistique est proposée, ainsi qu'une nouvelle métrique pour la quantification de fuite et l'exploitabilité des points sélectionnés. Les résultats obtenus montrent une amélioration des taux de succès obtenus par rapport aux méthodes proposées dans l'état de l'art
Recently introduced to the field of side channel analysis, neural networks have showed to be a powerful and relevant alternative to template attacks. However, their applicability is limited to profiled attack context, as supervised training is needed in order to build a relevant generalized model. When profiling on an open device is not possible, and vertical attacks cannot be applied, the only left possible approach is horizontal attacks. While several contributions have been made for tackling horizontal attacks on asymmetric cryptography algorithms implementations such as RSA or elliptic curve cryptography, their performance remains low and their applicability hard in real life scenario with the presence of high noise. Still, another neural network family known as unsupervised learning neural networks exists, which would not require an open device access and. It must be known if these networks unsupervised learning paradigm and their associated topology can be applied to the context of side-channel attacks and if such is the case, whether or not they can provide better results than traditional methods. Thus, In this work, several approaches are considered to improve clustering based horizontal side channel attacks efficiency. A novel methodology based on statistical analysis is also introduced for univariate points of interest selection. Additionally, an alternative metric for quantifying points of interest exploitability in a clustering attack is proposed and compared to commonly used metrics. The proposed methods allow providing significant improvement over state of the art attacks performance and giving a better explainability of obtained results

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Cagli, Eleonora. "Feature Extraction for Side-Channel Attacks". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS295.

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La cryptographie embarquée sur les composants sécurisés peut être vulnérable à des attaques par canaux auxiliaires basées sur l’observation de fuites d’information issues de signaux acquis durant l’exécution de l’algorithme. Aujourd’hui, la présence de nombreuses contremesures peut conduire à l’acquisition de signaux à la fois très bruités, ce qui oblige un attaquant, ou un évaluateur sécuritaire, à utiliser des modèles statistiques, et très larges, ce qui rend difficile l’estimation de tels modèles. Dans cette thèse nous étudions les techniques de réduction de dimension en tant que prétraitement, et plus généralement le problème de l’extraction d’information dans le cas des signaux de grandes dimensions. Les premiers travaux concernent l’application des extracteurs de caractéristiques linéaires classiques en statistiques appliquées, comme l'analyse en composantes principales et l’analyse discriminante linéaire. Nous analysons ensuite une généralisation non linéaire de ce deuxième extracteur qui permet de définir une méthode de prétraitement qui reste efficace en présence de contremesures de masquage. Finalement, en généralisant davantage les modèles d’extractions, nous explorons certaines méthodes d’apprentissage profond pour réduire les prétraitements du signal et extraire de façon automatique l’information du signal brut. En particulier, l’application des réseaux de neurones convolutifs nous permet de mener des attaques qui restent efficaces en présence de désynchronisation
Cryptographic integrated circuits may be vulnerable to attacks based on the observation of information leakages conducted during the cryptographic algorithms' executions, the so-called Side-Channel Attacks. Nowadays the presence of several countermeasures may lead to the acquisition of signals which are at the same time highly noisy, forcing an attacker or a security evaluator to exploit statistical models, and highly multi-dimensional, letting hard the estimation of such models. In this thesis we study preprocessing techniques aiming at reducing the dimension of the measured data, and the more general issue of information extraction from highly multi-dimensional signals. The first works concern the application of classical linear feature extractors, such as Principal Component Analysis and Linear Discriminant Analysis. Then we analyse a non-linear generalisation of the latter extractor, obtained through the application of a « Kernel Trick », in order to let such preprocessing effective in presence of masking countermeasures. Finally, further generalising the extraction models, we explore the deep learning methodology, in order to reduce signal preprocessing and automatically extract sensitive information from rough signal. In particular, the application of the Convolutional Neural Network allows us to perform some attacks that remain effective in presence of signal desynchronisation

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Guillermin, Nicolas. "Implémentation matérielle de coprocesseurs haute performance pour la cryptographie asymétrique". Phd thesis, Université Rennes 1, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00674975.

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Dans cette thèse, je propose des architectures de coprocesseurs haute performance pour implémenter les primitives de cryptographie asymétrique, comme le RSA, les courbes elliptiques ou le couplage. Les coprocesseurs décrits dans cette thèse ont été implémentés dans des FPGA, et présentent des performances jamais égalées auparavant dans la littérature publique sur ce type de technologie. La particularité de ces architectures est l'utilisation du Residue Number System, un mode de représentation alternatif qui utilise les restes chinois pour calculer efficacement les opérations arithmétiques sur les grands nombres. Ces travaux permettent de confirmer expérimentalement les avantages théoriques de ce mode de représentation pour l'arithmétique modulaire, issus de [14, 13, 43]. Au bénéfice théorique que le RNS apporte s'ajoute une forte capacité de parallélisation qui permet d'obtenir des designs réguliers et pipelinés, proposant une fréquence maximale importante tout en réalisant les opérations modulaires dans un nombre très faible de cycles, et ce quelle que soit la taille des nombres. A titre d'exemple, une multiplication scalaire sur une courbe de 160 bits s'effectue en 0.57 ms sur un Altera Stratix, et en 4 ms pour une courbe de 512 bits, là ou les techniques de représentation classiques réalisent la même opération en le double de temps, à technologie équivalente (excepté pour des courbes particulières). Dans le cas du couplage, le gain est encore plus intéressant, puisqu'il a permis une division par 4 de latence de la meilleure implémentation sur corps de grande caractéristique au moment de la publication de [35], et la première implémentation d'un couplage à 128 bits de sécurité sur corps de grande caractéristique à descendre en dessous de la milliseconde. Enfin, je démontre la capacité du RNS à sécuriser une implémentation haute performance, en proposant 2 contre-mesures contre les canaux auxiliaires et les fautes s'adaptant efficacement sur les coprocesseurs et pouvant être utilisées pour toutes les primitives cryptographiques basées sur l'arithmétique modulaire de grands nombres.

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Houssain, Hilal. "Elliptic curve cryptography algorithms resistant against power analysis attacks on resource constrained devices". Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2012. http://www.theses.fr/2012CLF22286/document.

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Les systèmes de cryptographie à base de courbe elliptique (ECC) ont été adoptés comme des systèmes standardisés de cryptographie à clé publique (PKC) par l'IEEE, ANSI, NIST, SEC et WTLS. En comparaison avec la PKC traditionnelle, comme RSA et ElGamal, l'ECC offre le même niveau de sécurité avec des clés de plus petites tailles. Cela signifie des calculs plus rapides et une consommation d'énergie plus faible ainsi que des économies de mémoire et de bande passante. Par conséquent, ECC est devenue une technologie indispensable, plus populaire et considérée comme particulièrement adaptée à l’implémentation sur les dispositifs à ressources restreintes tels que les réseaux de capteurs sans fil (WSN). Le problème majeur avec les noeuds de capteurs chez les WSN, dès qu'il s'agit d’opérations cryptographiques, est les limitations de leurs ressources en termes de puissance, d'espace et de temps de réponse, ce qui limite la capacité du capteur à gérer les calculs supplémentaires nécessaires aux opérations cryptographiques. En outre, les mises en oeuvre actuelles de l’ECC sur WSN sont particulièrement vulnérables aux attaques par canaux auxiliaires (SCA), en particulier aux attaques par analyse de consommation (PAA), en raison de l'absence de la sécurité physique par blindage, leur déploiement dans les régions éloignées et le fait qu’elles soient laissées sans surveillance. Ainsi, les concepteurs de crypto-processeurs ECC sur WSN s'efforcent d'introduire des algorithmes et des architectures qui ne sont pas seulement résistants PAA, mais également efficaces sans aucun supplément en termes de temps, puissance et espace. Cette thèse présente plusieurs contributions dans le domaine des cryptoprocesseurs ECC conscientisés aux PAA, pour les dispositifs à ressources limitées comme le WSN. Premièrement, nous proposons deux architectures robustes et efficaces pour les ECC conscientisées au PAA. Ces architectures sont basées sur des algorithmes innovants qui assurent le fonctionnement de base des ECC et qui prévoient une sécurisation de l’ECC contre les PAA simples (SPA) sur les dispositifs à ressources limitées tels que les WSN. Deuxièmement, nous proposons deux architectures additionnelles qui prévoient une sécurisation des ECC contre les PAA différentiels (DPA). Troisièmement, un total de huit architectures qui incluent, en plus des quatre architectures citées ci-dessus pour SPA et DPA, deux autres architectures dérivées de l’architecture DPA conscientisée, ainsi que deux architectures PAA conscientisées. Les huit architectures proposées sont synthétisées en utilisant la technologie des réseaux de portes programmables in situ (FPGA). Quatrièmement, les huit architectures sont analysées et évaluées, et leurs performances comparées. En plus, une comparaison plus avancée effectuée sur le niveau de la complexité du coût (temps, puissance, et espace), fournit un cadre pour les concepteurs d'architecture pour sélectionner la conception la plus appropriée. Nos résultats montrent un avantage significatif de nos architectures proposées par rapport à la complexité du coût, en comparaison à d'autres solutions proposées récemment dans le domaine de la recherche
Elliptic Curve Cryptosystems (ECC) have been adopted as a standardized Public Key Cryptosystems (PKC) by IEEE, ANSI, NIST, SEC and WTLS. In comparison to traditional PKC like RSA and ElGamal, ECC offer equivalent security with smaller key sizes, in less computation time, with lower power consumption, as well as memory and bandwidth savings. Therefore, ECC have become a vital technology, more popular and considered to be particularly suitable for implementation on resource constrained devices such as the Wireless Sensor Networks (WSN). Major problem with the sensor nodes in WSN as soon as it comes to cryptographic operations is their extreme constrained resources in terms of power, space, and time delay, which limit the sensor capability to handle the additional computations required by cryptographic operations. Moreover, the current ECC implementations in WSN are particularly vulnerable to Side Channel Analysis (SCA) attacks; in particularly to the Power Analysis Attacks (PAA), due to the lack of secure physical shielding, their deployment in remote regions and it is left unattended. Thus designers of ECC cryptoprocessors on WSN strive to introduce algorithms and architectures that are not only PAA resistant, but also efficient with no any extra cost in terms of power, time delay, and area. The contributions of this thesis to the domain of PAA aware elliptic curve cryptoprocessor for resource constrained devices are numerous. Firstly, we propose two robust and high efficient PAA aware elliptic curve cryptoprocessors architectures based on innovative algorithms for ECC core operation and envisioned at securing the elliptic curve cryptoprocessors against Simple Power Analysis (SPA) attacks on resource constrained devices such as the WSN. Secondly, we propose two additional architectures that are envisioned at securing the elliptic curve cryptoprocessors against Differential Power Analysis (DPA) attacks. Thirdly, a total of eight architectures which includes, in addition to the two SPA aware with the other two DPA awareproposed architectures, two more architectures derived from our DPA aware proposed once, along with two other similar PAA aware architectures. The eight proposed architectures are synthesized using Field Programmable Gate Array (FPGA) technology. Fourthly, the eight proposed architectures are analyzed and evaluated by comparing their performance results. In addition, a more advanced comparison, which is done on the cost complexity level (Area, Delay, and Power), provides a framework for the architecture designers to select the appropriate design. Our results show a significant advantage of our proposed architectures for cost complexity in comparison to the other latest proposed in the research field

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Zijlstra, Timo. "Accélérateurs matériels sécurisés pour la cryptographie post-quantique". Thesis, Lorient, 2020. http://www.theses.fr/2020LORIS564.

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L'algorithme quantique de Shor peut être utilisé pour résoudre le problème de factorisation de grands entiers et le logarithme discret dans certains groupes. La sécurité des protocols cryptographiques à clé publique les plus répandus dépend de l'hypothèse que ces problèmes mathématiques soient difficiles à résoudre. Un ordinateur quantique suffisamment puissant pourrait donc constituer une menace pour la confidentialité et l'authenticité de la communication numérique sécurisée. La cryptographie post-quantique est basée sur des problèmes mathématiques qui sont difficile à résoudre même pour les ordinateurs quantiques, tels que Learning with Errors (LWE) et ses variants RLWE et MLWE. Dans cette thèse, nous présentons et comparons des implantations sur FPGA des algorithmes de chiffrement à clé publique. Nous discutons des compromis entre la sécurité, le temps de calcul et le coût en surface. Les implantations sont parallélisées afin d'obtenir une accélération plus importante. En outre, nous discutons de la sécurité matérielle des implantations, et proposons des protections contre des attaques par canaux auxilliares. Nous considerons des contremesures de l'état de l'art, telles que le masquage et le blindage, et proposons des améliorations à ces algorithmes. Nous proposons également de nouvelles protections basées sur la représentation redondante des nombres et sur des permutations aléatoires des opérations de calcul. Toutes ces protections sont implantées sur FPGA dans le but de comparer leur coût en surface et le surcoût en temps de calcul
Shor's quantum algorithm can be used to efficiently solve the integer factorisation problem and the discrete logarithm in certain groups. The security of the most commonly used public key cryptographic protocols relies on the conjectured hardness of exactly these mathematical problems. A sufficiently large quantum computer could therefore pose a threat to the confidentiality and authenticity of secure digital communication. Post quantum cryptography relies on mathematical problems that are computationally hard for quantum computers, such as Learning with Errors (LWE) and its variants RLWE and MLWE. In this thesis, we present and compare FPGA implementations of LWE, RLWE and MLWE based public key encryption algorithms. We discuss various trade-offs between security, computation time and hardware cost. The implementations are parallelized in order to obtain maximal speed-up. We show that MLWE has the best performance in terms of computation time and area utilization, and can be parallelized more efficiently than RLWE. We also discuss hardware security and propose countermeasures against side channel attacks for RLWE. We consider countermeasures from the state of the art, such as masking and blinding, and propose improvements to these algorithms. Moreover, we propose new countermeasures based on redundant number representation and the random shuffling of operations. All countermeasures are implemented on FPGA to compare their cost and computation time overhead. Our proposed protection based on redundant number representation is particularly flexible, in the sens that it can be implemented for various degrees of protection at various costs

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Rozprawy doktorskie na temat „Désassemblage par canaux auxiliaires”

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