Modélisation formelle des systèmes de détection d'intrusions

Formal modeling of intrusion detection systems

• Auteur / Autrice : Lionel Nganyewou Tidjon
• Direction : Amel Mammar, Marc Frappier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 12/11/2020
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris en cotutelle avec Université de Sherbrooke (Québec, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Télécom SudParis (France) - Institut Polytechnique de Paris / IP Paris - Département Réseaux et Services de Télécommunications / RST - Réseaux, Systèmes, Services, Sécurité / R3S-SAMOVAR - Université de Sherbrooke / UdeS
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement opérateur d'inscription : Télécom SudParis (France)
• Jury : Président / Présidente : Gabriel Girard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yamine Aït-Ameur, Sylvain Hallé, Joaquin Garcia-Alfaro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yamine Aït-Ameur, Sylvain Hallé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthodes formelles (informatique)

Cyberterrorisme

Compilation (informatique)

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Systèmes de détection d'intrusion (informatique)

Mots clés libres

ASTD

Preuves

Spécification formelle

Compilation

Détection d'intrusions

ASTD

Proofs

Formal specification

Compilation

Intrusion detection

Résumé

L'écosystème de la cybersécurité évolue en permanence en termes du nombre, de la diversité, et de la complexité des attaques. De ce fait, les outils de détection deviennent inefficaces face à certaines attaques. On distingue généralement trois types de système de détection d'intrusions: détection par anomalies, détection par signatures et détection hybride. La détection par anomalies est fondée sur la caractérisation du comportement habituel du système, typiquement de manière statistique. Elle permet de détecter des attaques connues ou inconnues, mais génère aussi un très grand nombre de faux positifs. La détection par signatures permet de détecter des attaques connues en définissant des règles qui décrivent le comportement connu d'un attaquant. Cela demande une bonne connaissance du comportement de l'attaquant. La détection hybride repose sur plusieurs méthodes de détection incluant celles sus-citées. Elle présente l'avantage d'être plus précise pendant la détection. Des outils tels que Snort et Zeek offrent des langages de bas niveau pour l'expression de règles de reconnaissance d'attaques. Le nombre d'attaques potentielles étant très grand, ces bases de règles deviennent rapidement difficiles à gérer et à maintenir. De plus, l'expression de règles avec état dit stateful est particulièrement ardue pour reconnaître une séquence d'événements. Dans cette thèse, nous proposons une approche stateful afin d'identifier des attaques complexes. Nous considérons l'approche diagramme état-transition hiérarchique, en utilisant les ASTDs. Les ASTDs permettent de représenter de façon graphique et modulaire une spécification, ce qui facilite la maintenance et la compréhension des règles. Nous étendons la notation ASTD avec de nouvelles fonctionnalités pour représenter des attaques complexes. Ensuite, nous spécifions plusieurs attaques avec la notation étendue et exécutons les spécifications obtenues sur des flots d'événements à l'aide d'un interpréteur pour identifier des attaques. Nous évaluons aussi les performances de l'interpréteur avec des outils industriels tels que Snort et Zeek. Puis, nous réalisons un compilateur afin de générer du code exécutable à partir d'une spécification ASTD, capable d'identifier efficacement les séquences d'événements.

The cybersecurity ecosystem continuously evolves with the number, the diversity, and the complexity of cyber attacks. Generally, we have three IDS types: anomaly-based detection, signature-based detection, and hybrid detection. Anomaly detection is based on the usual behavior description of the system, typically in a static manner. It enables detecting known or unknown attacks, but generating also a large number of false positives. Signature based detection enables detecting known attacks by defining rules that describe known attacker's behavior. It needs a good knowledge of attacker behavior. Hybrid detection relies on several detection methods including the previous ones. It has the advantage of being more precise during detection. Tools like Snort and Zeek offer low level languages to represent rules for detecting attacks. The number of potential attacks being large, these rule bases become quickly hard to manage and maintain. Moreover, the representation of stateful rules to recognize a sequence of events is particularly arduous. In this thesis, we propose a stateful approach to identify complex attacks. We consider the hierarchical state-transition diagram approach, using the ASTDs. ASTDs allow a graphical and modular representation of a specification that facilitates maintenance and understanding of rules. We extend the ASTD notation with new features to represent complex attacks. Next, we specify several attacks with the extended notation and run the resulting specifications on event streams using an interpreter to identify attacks. We also evaluate the performance of the interpreter with industrial tools such as Snort and Zeek. Then, we build a compiler in order to generate executable code from an ASTD specification, able to efficiently identify sequences of events.