Méthodologie et outils pour la mise en pratique des attaques par collision et attaques horizontales sur l'exponentiation modulaire

From theory to practice of collision based attacks and horizontal attacks applied on protected implementation of modular exponentiation.

• Auteur / Autrice : Ibrahima Diop
• Direction : Philippe Maurine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microélectronique
• Date : Soutenance le 11/04/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : ST Microelectronics
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Microélectronique de Provence - Site Georges Charpak (CMP-GC)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Guilley
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Maurine, Sylvain Guilley, Régis Leveugle, Christophe Clavier, Yannick Teglia, Pierre-Yvan Liardet, Yanis Linge
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Régis Leveugle, Christophe Clavier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Cryptographie

Thèses et écrits académiques

Cyberdéfense

Mots clés libres

Analyse par canaux cachés

Attaques par collision

Attaques horizontales

Side channel analysis

Collision based attacks

Horizontal attacks

Résumé

Dans cette thèse, nous étudions deux sous-familles d'attaques par canaux cachés sur l'exponentiation modulaire appelées respectivement attaques par collision et attaques horizontales. Cette étude est faite selon deux axes : leurs mises en pratique et les possibles contremesures.Dans un premier temps, nous étudions les attaques par canaux cachés sur un simulateur développé durant cette thèse. Ce simulateur permet de vérifier la bonne implémentation d'une attaque par canaux cachés avant sa mise en pratique dans un environnement réel. Dans un deuxième temps, nous étudions les attaques par collision dans un environnement réel. Pour cela, nous nous sommes intéressés à l'automatisation de la détection effective de collision. Ainsi, nous proposons un nouveau critère de détection de collision.Dans un troisième temps, nous étudions l'estimation du rapport signal à bruit d'un jeu de traces dans le contexte des attaques par canaux cachés. Ainsi, nous proposons une nouvelle façon d'estimer le rapport signal à bruit lors d'une attaque par canaux cachés. En outre, nous montrons que cette estimation du rapport signal à bruit peut être exploitéepour l'analyse des fuites d'un canal caché mais aussi pour effectuer un filtrage adaptatif ne nécessitant pas la connaissance de certains paramètres du composant analysé.Dans un quatrième temps, au travers d'une étude détaillée des principales étapes d'une attaque horizontale, nous montrons les problèmes pouvant intervenir dans la pratique et comment les résoudre. Ainsi des solutions génériques sont proposées. Nous proposons finalement de possibles contremesures aux attaques horizontales sur l'exponentiation modulaire

This thesis is focused on the study of two sub-families of side channel attacks applied on modular exponentiation called respectively, collision based attacks and horizontal (or single shot) attacks. This study is made according to two axes: their applications and the possible countermeasures.Firstly, we study side channel attacks on a simulator developed during this thesis. This simulator allows to validate the good implementation of a any side channel attack before its application in a real environment.Secondly, we study collision based attacks in a real environment. For this purpose, we study the automation of collision detection in practice. Then, we introduce a new collision detection criterion and show its practical interest. Afterwards, we study the estimation of the signal to noise ratio in the context of side channel attacks. So, we introduce a fast and accurate method for its estimation during a side channel analysis. From our method we derive pragmatic and efficient methods for the daily tasks of evaluators. Among them the analysis of the electrical activity of integrated circuit or the identification of the frequencies carrying usable information or information leakage.Finally, through a detailed description of the main stages of an horizontal attack, we propose effective and practical solutions to improve secret information extraction in real environment and on the other hand possible countermeasures against the horizontal attacks applied on modular exponentiation.