Sécurisation matérielle pour la cryptographie à base de courbes elliptiques

Hardware security for cryptography based on elliptic curves

• Auteur / Autrice : Simon Pontie
• Direction : Régis Leveugle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nano electronique et nano technologies
• Date : Soutenance le 21/11/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Techniques de l’informatique et de la microélectronique pour l’architecture des systèmes intégrés (Grenoble, Isère, France ; 1994-....)
• Jury : Président / Présidente : Viktor Fischer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paolo Maistri, Pierre-Yvan Liardet, Philippe Elbaz-Vincent
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arnaud Tisserand, Lionel Torres

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protection de l'information (informatique)

Cryptographie

Courbes elliptiques

Mots clés libres

Sécurité matérielle

Courbes elliptiques

Canaux auxiliaires

Puissance consommée

Hardware security

Elliptic curves

Side channels

Power Consumption

Résumé

De nombreuses applications imposent des contraintes de sécurité élevées (notamment au sens confidentialité et intégrité des informations manipulées). Ma thèse s'intéresse à l'accélération matérielle du système de cryptographie asymétrique basé sur les courbes elliptiques (ECC). L'environnement des systèmes visés étant rarement maîtrisé, je prends en compte l'existence potentielle d'attaquants avec un accès physique au circuit.C’est dans ce contexte qu’un crypto-processeur très flexible, compatible aussi bien avec des cibles ASIC que FPGA, a été développé. Dans le but de choisir des protections contre les attaques dites matérielles (analyse de consommation, génération de fautes, etc.), j’évalue la sécurité vis-à-vis des attaques par canaux cachés et le coût de la contre-mesure basée sur l'unification des opérations élémentaires sur des courbes elliptiques. En montant une nouvelle attaque contre un circuit mettant en œuvre des courbes quartiques de Jacobi, je montre qu’il est possible de détecter la réutilisation d’opérandes. Des expérimentations réelles m’ont permis de retrouver le secret en exploitant seulement quelques traces de puissance consommée. Je présente aussi une nouvelle protection permettant de choisir un compromis entre le niveau de sécurité, les performances et le coût. Elle est basée sur une accélération par fenêtrage aléatoire et l'utilisation optimisée d'opérations fictives.

Many applications require achieving high security level (confidentiality or integrity). My thesis is about hardware acceleration of asymmetric cryptography based on elliptic curves (ECC). These systems are rarely in a controlled environment. With this in mind, I consider potential attackers with physical access to the cryptographic device.In this context, a very flexible crypto-processor was developed that can be implemented as an ASIC or on FPGAs. To choose protections against physical attacks (power consumption analysis, fault injection, etc), I evaluate the security against side-channel attacks and the cost of the counter-measure based on operation unification. By mounting a new attack against a chip using Jacobi quartic curves, I show that re-using operands is detectable. By exploiting only some power consumption traces, I manage to recover the secret. I present also a new counter-measure allowing finding a compromise between security level, performances, and overheads. It uses random windows to accelerate computation, mixed to an optimized usage of dummy operations.