Vérification de propriétés d'indistinguabilité pour les protocoles cryptographiques

Verification of indistinguishability properties for cryptographic protocols

• Auteur / Autrice : Antoine Dallon
• Direction : Stéphanie Delaune, Véronique Cortier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 26/11/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Spécification et Vérification (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1997-2020)
• Jury : Président / Présidente : Catuscia Palamidessi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphanie Delaune, Véronique Cortier, Catuscia Palamidessi, Yannick Chevalier, Luca Viganò, Luca Compagna, David Lubicz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Chevalier, Luca Viganò

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcul formel

Méthodes formelles (informatique)

Cryptographie

Mots clés libres

Protocoles cryptographiques

Méthodes formelles

Modèle symbolique

Cryptographic protocols

Formal methods

Symbolic model

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de la vérification de protocoles cryptographiques dans le modèle symbolique. Plus précisément, il s'agit de s'assurer à l'aide de méthodes formelles que de petits programmes distribués satisfont à des propriétés d'indistinguabilité, c'est-à-dire qu'un attaquant n'est pas capable de deviner quelle situation (parmi deux)il observe. Ce formalisme permet d'exprimer des propriétés de sécurité comme le secret fort, l'intraçabilité ou l'anonymat. De plus, les protocoles sont exécutés simultanément par un grand nombre d'agents, à plusieurs reprises si bien que nous nous heurtons très rapidement à des résultats d'indécidabilité. Dès lors, il faut ou bien tenir compte du nombre arbitraire de sessions et rechercher des méthodes de semi-décision ou identifier des classes décidables ;ou bien établir des procédures de décision pour un nombre fini de sessions. Au moment où nous avons commencé les travaux présentés dans cette thèse les outils de vérification de propriétés d'indistinguabilité pour un nombre borné de sessions ne permettaient de traiter que très peu de sessions :dans certains cas il était tout juste possible de modéliser un échange complet. Cette thèse présente des procédures de décision efficaces dans ce cadre. Dans un premier temps, nous établissons des résultats de petite attaque. Pour des protocoles déterministes nous démontrons qu'il existe une attaque si, et seulement s’il existe une attaque bien typée lorsque toute confusion entre les types des variables est évitée. De plus, nous prouvons que, lorqu'il existe une attaque l'attaquant peut la trouver en utilisant au plus trois constantes. Dans un second temps, nous traduisons le problème d'indistinguabilité en termes d'accessibilité dans un système de planification qui est résolu par l'algorithme du graphe de planification associé à un codage SAT. Nous terminons en confirmant l'efficacité de la démarche ,à travers l'implémentation de l'outil SAT-Equivet sa comparaison vis-à-vis des outils analogues.

This thesis presents methods to verify cryptographic protocolsin the symbolic model: formal methods allowto verify that small distributed programssatisfy equivalence properties.Those properties state that an attackercannot decide what scenario is beeing played.Strong secrecy, and privacy type properties, like anonymityand unlinkeability, can be modelled through this formalism.Moreover, protocols are executed simultaneouslyby an unbounded number of agents, for an unbounded numberof sessions,which leads to indecidability results.So, we have either to consider an arbitrary number of sessions,and search for semi-decision proceduresand decidable classes;or to establish decision procedures for a finite numberof sessions.When we started the work presented in this thesis,the existing equivalence checkers in the bounded modelwere highly limited. They could only handlea~very small number of sessions (sometimes no more than three).This thesis presents efficient decision proceduresfor bounded verification of equivalence properties.Our first step is to provide small attack results.First, for deterministic processes, there existsan attack if, and ony if, there is a well-typed attack,assuming that there is no confusion between variable types.Second, when there exists a flaw,the attacker needs at most three constants to find it.Then, our second step is to translatethe indistinguishability problem as a reachability problemin a planning system. We solve this second problemthrough planning graph algorithm and SAT encoding.In a final step, we present the implementation ofthe SAT-Equiv tool, which allows us to evaluate our approach.In particular, a benchmark with comparable tools provesthe efficiency of SAT-Equiv.