Canaux cachés et attaques par injection de fautes en présence de contre-mesures : outils, théorie et pratique

Side-channel and fault analysis in the presence of countermeasures : tools, theory, and practice

• Auteur / Autrice : Roman Korkikian
• Direction : David Naccache
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 27/10/2016
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mathématiques de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École normale supérieure (Paris ; 1985-....). Département d'informatique
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Naccache, Sylvain Guilley, Louis Goubin, Jean Vuillemin, Serge Vaudenay, Paul Kocher, Elena Trichina
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvain Guilley, Louis Goubin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Informatique

Mots clés libres

Attaques par canaux auxiliaires

Attaques par fautes

Cryptographie

Systèmes embarqués

Contremesures

Transformation de Hilbert-Huang

Loi de probabilité pour poids de Hamming

Statistiques

Side-Channel attacks

Fault attacks

Cryptography

Embedded systems

Countermeasures

Hilbert-Huang transform

Hamming weight probability distribution

Statistics

Résumé

Dans cette thèse nous développons et améliorons des attaques de systèmes cryptographiques. Un nouvel algorithme de décomposition de signal appelé transformation de Hilbert-Huang a été adapté pour améliorer l’efficacité des attaques parcanaux auxiliaires. Cette technique permet de contrecarrer certaines contre-mesures telles que la permutation d’opérations ou l’ajout de bruit à la consommation de courant. La seconde contribution de ce travail est l’application de certaines distributions statistiques de poids de Hamming à l’attaque d’algorithmes de chiffrement par bloc tels que AES, DES ou LED. Ces distributions sont distinctes pour chaque valeur de sous-clef permettent donc de les utiliser comme modèles intrinsèques. Les poids de Hamming peuvent être découverts par des analyses de canaux auxiliaires sans que les clairs ni les chiffrés ne soient accessibles. Cette thèse montre que certaines contremesures peuvent parfois faciliter des attaques. Les contre-mesures contagieuses proposées pour RSA protègent contre les attaques par faute mais ce faisant et moyennant des calculs additionnels facilitent la découverte de la clef. Finalement, des contre-mesures à faible complexité calculatoire sont proposées. Elles sont basées sur le masquage antagoniste, c’est-à-dire, l’exécution d’une opération d’équilibrage sur des données sensibles pour masquer la consommation de courant.

The goal of the thesis is to develop and improve methods for defeating protected cryptosystems. A new signal decompositionalgorithm, called Hilbert Huang Transform, was adapted to increase the efficiency of side-channel attacks. This technique attempts to overcome hiding countermeasures, such as operation shuffling or the adding of noise to the power consumption. The second contribution of this work is the application of specific Hamming weight distributions of block cipher algorithms, including AES, DES, and LED. These distributions are distinct for each subkey value, thus they serve as intrinsic templates. Hamming weight data can be revealed by side-channel and fault attacks without plaintext and ciphertext. Therefore these distributions can be applied against implementations where plaintext and ciphertext are inaccessible. This thesis shows that some countermeasures serve for attacks. Certain infective RSA countermeasures should protect against single fault injection. However, additional computations facilitate key discovery. Finally, several lightweight countermeasures are proposed. The proposed countermeasures are based on the antagonist masking, which is an operation occurring when targeting data processing, to intelligently mask the overall power consumption.