Cryptographie légère intrinsèquement résistante aux attaques physiques pour l'Internet des objets.

Lightweight cryptography intrinsically resistant to physical attacks for the Internet of Things.

• Auteur / Autrice : Benjamin Lac
• Direction : Jacques J. A. Fournier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microelectronique
• Date : Soutenance le 18/10/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecole des Mines de Saint-Etienne - CMP / CMP -EMSE - Centre Microélectronique de Provence - Site Georges Charpak (CMP-GC) / CMP-ENSMSE
• Jury : Président / Présidente : Louis Goubin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques J. A. Fournier, Lilian Bossuet, Anne Canteaut, Benoît Gérard, Renaud Sirdey
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Clavier, François-Xavier Standaert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Internet des objets

Cyberterrorisme

Cryptographie

Mots clés libres

Cryptographie légère

IRC

GARFIELD

Attaques physiques

Lightweight cryptography

Physical attacks

IRC

GARFIELD

Résumé

L’Internet des objets a de nombreux domaines applicatifs et offre ainsi un potentiel immense pour les entreprises, les industries et les utilisateurs. Notre étude porte sur les besoins en cryptographie et les enjeux de sécurité des objets connectés, dont les particularités sont à la fois le nombre important de données qu'ils manipulent, et le fait qu'ils soient souvent en milieu hostile, accessibles physiquement à tout type d’attaquant potentiel.Les attaques par observation et par perturbation sont les deux principales catégories d’attaques physiques. Dans nos travaux de recherche, nous analysons ces différentes techniques d’attaques et les contre-mesures existantes, et nous introduisons deux nouveaux chemins d’attaques que nous avons validés expérimentalement en laboratoire sur une famille récente de chiffrements symétriques : les structures entrelacées.Afin de répondre aux besoins en matière de sécurité et aux fortes contraintes de performances des objets connectés, nous proposons une nouvelle contre-mesure logicielle générique basée sur la redondance que nous avons nommée l’IRC. Nous étudions donc le déploiement de l’IRC sur les schémas de chiffrement existants, et sa résistance face aux attaques physiques.Finalement, nous introduisons GARFIELD : un nouveau chiffrement par blocs à bas coût adapté à l’IRC pour assurer un bon compromis entre sécurité et performance. Nous vérifions sa résistance aux attaques mathématiques classiques et nous proposons des implémentations avec différents niveaux de sécurité face aux attaques physiques, pour les applications de l’Internet des objets, dont nous analysons les performances et la validité en pratique.

The Internet of Things has many application areas and offers huge potentials for businesses, industries and users. Our study deals with the cryptographic requirements and the security issues of connected objects, which specificities are the large number of data they handle every day, and the fact they are often fielded in hostile environment, physically accessible to any type of potential attacker.Side-channel attacks and fault attacks are the two main categories of physical attacks. In our research works, we analyze these different techniques of physical attacks and the existing countermeasures to thwart them, and we introduce two new attack paths that we have experimentally validated in laboratory on a recent family of symmetric encryption schemes: the interleaving structures.In order to meet the security needs and the high performance constraints of the connected objects, we propose a new generic software countermeasure based on redundancy to thwart most of the physical attacks that we called the IRC. We then study the deployment of the IRC on the existing encryption schemes, and its resistance to physical attacks.Finally, we introduce GARFIELD: a new lightweight block cipher adapted to the IRC in order to ensure a good compromise between security and performance. We check its resistance to conventional mathematical attacks and we propose several implementations with different security levels, for the applications of the Internet of Things, for which we analyze the resulting performances and the validity in practice.