Etude et implémentation de contre-mesures matérielles pour la protection de dispositifs de cryptographie ECDSA

Studies and implementation of hardware countermeasures for ECDSA cryptosystems

• Auteur / Autrice : Jérémy Dubeuf
• Direction : Vincent Beroulle, David Hély
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nano electronique et nano technologies
• Date : Soutenance le 03/05/2018
• 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 : Laboratoire de conception et d'intégration des systèmes (Valence ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Elbaz-Vincent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Lyse Flottes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lilian Bossuet, Sylvain Guilley

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circuits intégrés

Protection de l'information (informatique)

Algorithmes

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Cryptographie

Mots clés libres

Cryptosystèmes

Attaques

Contremesures

Matériel

Laser

Fautes

Cryptosystems

Attacks

Countermeasures

Hardware

Laser

Faults

Résumé

La sécurité de l'information repose étroitement sur les circuits intégrés (CI). Malheureusement, les CIs sont soumis à de nombreuses menaces telles que les attaques par canaux auxiliaires ou par injection de fautes. Ce travail se concentre sur les petites vulnérabilités et les contremesures liées à l’algorithme ECDSA. La motivation est qu’une source de vulnérabilité peut être utilisée dans différent scénario d’attaque. En corrigeant la vulnérabilité, les attaques existantes sont évitées mais également les attaques non découvertes ou non publiées utilisant la vulnérabilité en question. De plus, bien que le scalaire sur courbe elliptique soit au cœur de la sécurité de tous les schémas cryptographiques à base de courbe elliptique, l’ensemble du système a besoin d’être sécurisé. Une vulnérabilité concernant simplement quelques bits de secret peut suffire à récupérer la clef privée et donc doit être évité.L’ECDSA peut être implémenté de différentes façons, en logiciel ou via du matériel dédié ou un mix des deux. De nombreuses architectures différentes sont donc possibles pour implémenter un système à base d’ECDSA. Pour cette raison, ces travaux se concentrent principalement sur les contremesures algorithmiques.

Information security heavily relies on integrated circuits (ICs). Unfortunately, ICs face a lot of threats such as side channel or fault attacks. This work focuses on small vulnerabilities and countermeasures for the Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA). The motivation is that leakage sources may be used in different attack scenarios. By fixing the leakage, existing attacks are prevented but also undiscovered or non-disclosed attacks based on the leakage. Moreover, while the elliptic curve scalar algorithm is at the heart of the security of all elliptic curve related cryptographic schemes, all the ECDSA system needs security. A small leakage of few secret bits may conduct to fully disclose the private key and thus should be avoided.The ECDSA can be implemented in different flavors such as in a software that runs on a microcontroller or as a hardware self-contained block or also as a mix between software and hardware accelerator. Thus, a wide range of architectures is possible to implement an ECDSA system. For this reason, this work mainly focuses on algorithmic countermeasures as they allow being compliant with different kinds of implementations.