Evaluation d'injection de fautes Laser et conception de contre-mesures sur une architecture à faible consommation

Laser fault injection evaluation and countermeasures design for a low-power architecture

• Auteur / Autrice : Nicolas Borrel
• Direction : Wenceslas Rahajandraibe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et Nanoélectronique
• Date : Soutenance le 03/12/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Rouzeyre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Michel Portal, Vincent Pouget
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Rouzeyre, Régis Leveugle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protection de l'information (informatique)

MOS complémentaires

Faisceaux laser

Cyberterrorisme

Microélectronique

Mots clés libres

Sécurité

Architecture à triple-Caisson

Injection de fautes par Laser

Modélisation électrique

Contre-Mesures

Capteurs Laser

Security

Triple-Well architecture

Laser fault injection

Electrical modeling

Counter-Measures

Laser sensors

Résumé

De nombreuses applications comme les cartes bancaires manipulent des données confidentielles. A ce titre, les circuits microélectroniques qui les composent, font de plus en plus l'objet d'attaques représentant des menaces pour la sécurité. De plus, un grand nombre des circuits électroniques portables et fonctionnant sur batterie demandent que la consommation électrique soit toujours plus réduite. Les concepteurs de circuit doivent donc proposer des solutions sécurisées, tout en limitant la consommation.Ce travail présente l'évaluation sécuritaire et la conception de contre-mesures pour des architectures à triple-caisson dédiées à la réduction de la consommation. Ces recherches, liées au contexte, se sont focalisées sur l'évaluation de cette architecture face à des injections de fautes Laser. Dès le début de ce manuscrit, l’état de l’art de l’injection de fautes est développé, en se focalisant sur les effets physiques d’un faisceau laser. Les architectures à double et triple-caisson sont ensuite analysées dans le but de comparer leur robustesse. Cette démarche permet d’appréhender d’éventuels effets physiques induits par le laser à l’intérieur des caissons de polarisations Nwell, Pwell et des transistors MOS. Suite à cette analyse des phénomènes physiques, des modélisations électriques des portes CMOS ont été développées pour des architectures à double et triple-caisson. De bonnes corrélations ont pu être obtenues entre les mesures et les simulations électriques. Pour conclure, ce travail a permis d'extraire de potentielles règles de conception permettant d’améliorer la robustesse sécuritaire des portes CMOS et de développer des moyens de détections d’attaques lasers.

In many applications such as credit cards, confidential data is used. In this regard, the systems-on-chip used in these applications are often deliberately attacked. This puts the security of our data at a high risk. Furthermore, many SoC devices have become battery-powered and require very low power consumption. In this context, semiconductor manufacturers should propose secured and low-power solutions.This thesis presents a security evaluation and a countermeasures design for a low-power, triple-well architecture dedicated to low-power applications. The security context of this research focuses on a Laser sensitivity evaluation of this architecture.This paper first presents the state of the art of Laser fault injection techniques, focusing on the physical effects induced by a Laser beam. Afterward, we discuss the different dual-and triple-well architectures studied in order to compare their security robustness. Then, a physical study of these architectures as substrate resistor and capacitor modeling highlights their impact on security. This evaluation lets us anticipate the phenomena potentially induced by the Laser inside the biasing well (P-well, N-well) and the MOS transistors.Following the analysis of the physical phenomena resulting from the interaction between the laser and the silicon, electrical modeling of the CMOS gates was developed for dual and triple-well architectures. This enabled us to obtain a good correlation between measurements and electrical simulations.In conclusion, this work enabled us to determine possible design rules for increasing the security robustness of CMOS gates as well as the development of Laser sensors able to detect an attack.