Analyse de trafic HTTPS pour la supervision d'activités utilisateurs

HTTPS traffic analysis for the detection of user activity

• Auteur / Autrice : Pierre-Olivier Brissaud
• Direction : Isabelle Chrisment, Jérôme François
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 14/12/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire lorrain de recherche en informatique et ses applications
• Jury : Président / Présidente : Marine Minier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Chrisment, Jérôme François, Radu State, Sandrine Vaton, Gregory Blanc, Jean-Noël Colin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Radu State, Sandrine Vaton

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apprentissage supervisé (intelligence artificielle)

Web usage mining

Données -- Transmission

Chiffrement (informatique)

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Mots clés libres

Supervision

Trafic chiffré

HTTPS

Analyse de trafic

Détection d'actions utilisateur

Apprentissage supervisé

HTTP/2

HTTP/1.1

Traffic monitoring

Encrypted Traffic

HTTPS

Traffic analysis

Detecting user actions

KDE

Random Forest

HTTP/2

HTTP/1.1

Résumé

L'usage du chiffrement pour protéger la vie privée des utilisateurs est devenue la norme pour l'ensemble des services web. Ainsi, il n'est plus possible d'utiliser les outils habituels, tel que l'inspection de paquet, pour détecter des comportements illicites sur Internet. L'enjeu principal de cette thèse est donc de trouver de nouvelles solutions alternatives pour superviser certains comportements utilisateur dans du trafic HTTPS, tout en respectant trois principes : passivité, transparence et respect de la vie privée. Ce besoin est réel car dans le domaine de l'analyse de trafic chiffré, l'état de l'art s'est développé principalement autour de la reconnaissance des protocoles ou des services mais pas sur la détection des actions utilisateur. Un premier objectif de cette thèse est de superviser des mots-clés recherchés sur un moteur de recherche d'images lors de l'usage de HTTPS couplé avec HTTP/1.1. Cette solution passe par la reconstruction des tailles d'objets HTTP pour construire des signatures du trafic avec la méthode de l'estimation par noyau (KDE). Lors de l'évaluation de cette solution afin de détecter l'utilisation de plus de 10 000 mots-clés sur le service Google Images, notre solution de classification atteint un taux de justesse de plus de 99% en considérant un scénario en monde ouvert. Cette approche convient pour du trafic chiffré HTTP/1.1 mais voit ses performances limitées face à du trafic HTTP/2, car cette version de HTTP à un fort impact sur le trafic. Ainsi, dans un deuxième temps, l'objectif est d'adapter nos connaissances pour réaliser de la détection sur du trafic HTTPS couplé avec HTTP/2. Cette nouvelle solution de supervision, s'articule autour de caractéristiques observables sur du trafic chiffré et adaptées pour HTTP/2. Les caractéristiques couplées à une solution d'apprentissage supervisé (les forêts d'arbres décisionnels) permettent la création d'un modèle de classification. Cette solution nommé H2Classifier est évaluée sur plusieurs services très utilisés (Amazon, Google, Google Images et Google Maps) et affiche un TPR entre 61 et 98% dépendant du service considéré, lors de la supervision de 2000 mots-clés (par service) dans le cadre d'un scénario en monde ouvert. Finalement H2Classifier est également testé dans différentes situations permettant d'évaluer l'impact du temps, des services et des configurations sur ce nouvel outil de supervision.

The protection of the Internet users’ privacy has made every web service offer some security by using encryption. Thus, it is now impossible to use classical tools anymore, like DPI (deep pakets inspection), in order to detect malicious behaviour on the Internet. The main target of this thesis is to find new ways to monitor malicious behaviours despite the use of encryption (HTTPS). This new solution should, nevertheless, follow tree guidelines: passivity, transparency and privacy preservation. According to the works in the state of the art for encrypted traffic monitoring, they mainly focus about protocols or services detection but not about the detections of the users' behavior inside a service. The first objective is to construct a monitoring solution in order to detect some behaviour inside a web service protected by HTTPS used with HTTP/1.1. We develop an example which detects requests related to non-legitimate keywords on Images search engine by only monitoring the encrypted traffic. The solution reconstructs the size of the encrypted HTTP objects and builds a footprint of the related traffic by using the Kernel Density estimation method (KDE). The evaluation of this traffic classification when monitoring 10 000 keywords achieved an accuracy of more than 99% considering an open world scenario. Despite, this solution is very effective when monitoring HTTP/1.1 traffic, it shows some limitation when dealing with HTTP/2 traffic because of its impact on the traffic. Thus, the second goal is to adapt our knowledge for purposes of detecting keywords when HTTPS is used with HTTP/2. This new method is structured around some features collected on the encrypted traffic and use supervised machine learning (random forest) to classify them. The solution called H2Classifier is evaluated over four very used services (Amazon, Google, Google Images and Google Maps) and achieve a TPR between 61 and 98% depending of the service when monitoring 2000 keywords (per service) considering open world scenario. Finally, H2Classifier evaluated over the time, against new services and with new configurations too.