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De la Sécurité physique des crypto-systèmes embarqués

Par Monsieur Christophe CLAVIER Discipline : INFORMATIQUE

Dans un monde défiant, l'augmentation du nombre et de la diversité des applications numériques ont rendu nécessaire l'existence d'un objet pratique intégrant les fonctions cryptographiques requises pour les besoins quotidiens de sécurité des transactions, de confidentialité des échanges, d'identification du porteur ou encore d'authentification pour l'accès à un service. Parmi les dispositifs cryptographiques embarqués aptes à proposer ces fonctionnalités, la carte à puce est certainement le plus utilisé de nos jours. Sa portabilité (un porte-feuille peut en contenir une dizaine) et sa capacité à protéger les données et programmes qu'elle contient contre les attaques intrusives, lui confèrent naturellement sa fonction essentielle de ``bunker'' pour le stockage de clés et l'exécution d'algorithmes cryptographiques dans les usages mobiles nécessitant un haut degré de sécurité.

Évidemment nécessaire, la conception de schémas cryptographiques mathématiquement robustes, voire prouvés sûrs dans certains modèles, s'est malgré tout révélée insuffisante depuis la publication en 1996 des premières attaques physiques. Exploitant des vulnérabilités liées à la mise en oeuvre concrète des routines de sécurité et à leur implémentation, ces menaces comprennent l'analyse de canaux auxiliaires permettant d'obtenir de l'information sur l'état interne d'un processus, et l'exploitation de fautes provoquées ouvrant la voie à certaines cryptanalyses autrement impossibles.

Cette thèse présente une série de travaux de recherche dans le domaine de la sécurité physique des crypto-systèmes embarqués. Deux parties de ce document sont consacrées à la description de certaines attaques et à l'étude de l'efficacité de possibles contre-mesures. Une troisième partie aborde le domaine particulier, et encore très peu exploré, de l'applicabilité des attaques physiques dans le cas où la fonction cryptographique considérée est en grande partie, voire totalement, inconnue de l'adversaire.

Abstract : In a world full of threats, the development of widespread digital applications has led to the need for a practical device containing cryptographic functions that provide the everyday needs for secure transactions, confidentiality of communications, identification of the subject or authentication for access to a particular service. Among the cryptographic embedded devices ensuring these functionalities, smart cards are certainly the most widely used. Their portability (a wallet may easily contain a dozen) and their ability to protect its data and programs against intruders, make it as the ideal ``bunker'' for key storage and the execution of cryptographic functions during mobile usage requiring a high level of security.

Whilst the design of mathematically robust (or even proven secure in some models) cryptographic schemes is an obvious requirement, it is apparently insufficient in the light of the first physical attacks that were published in 1996. Taking advantage of weaknesses related to the basic implementation of security routines, these threats include side-channel analysis which obtains information about the internal state of the process, and the exploitation of induced faults allowing certain cryptanalysis to be performed which otherwise would not have been possible.

This thesis presents a series of research works covering the physical security of embedded cryptosystems. Two parts of this document are dedicated to the description of some attacks and to a study of the efficiency of conceivable countermeasures. A third part deals with that particular and still mainly unexplored area which considers the applicability of physical attacks when the cryptographic function is, partly or totally, unknown by the adversary.

Informations complémentaires

Bart PRENEEL, Professeur des Universités à « Katholieke Universiteit » Leuven Belgique - Rapporteur Christophe PAAR, Directeur de recherche à « Ruhr Universitaet » Bochum Allemagne - Rapporteur Louis GOUBIN, Professeur à l'Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - Directeur de Thèse Marc JOYE, Ingénieur de recherche Habilité à diriger des recherches à Thomson R&D - Examinateur David NACCACHE, Professeur des Universités à l'Ecole Normale Supérieure - ENS PARIS - Examinateur Adi SHAMIR, Professeur des Universités au Weizmann Institute of Science - Rehovot (Israël) - Examinateur Frédéric VALETTE, Ingénieur de recherche au Centre d''Electronique de l'Armement -CELAR - Examinateur