Détection autonome de trafic malveillant dans les réseaux véhiculaires

Autonomous detection of malicious traffic in vehicular networks

• Auteur / Autrice : Quentin Ricard
• Direction : Philippe Owezarski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, Télécoms, Systèmes et Architecture
• Date : Soutenance le 24/09/2020
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de détection d'intrusion (informatique)

Données -- Transmission

Automobiles -- Équipement électronique

Mots clés libres

Système de transport intelligent

Détection d'intrusions

Apprentissage automatique

Émulation

Intelligent transportation systems

Intrusion detection

Machine learning

Emulation

Résumé

L'avènement des Systèmes de Transport Intelligents entraîne avec lui l'apparition, sur les routes du monde entier, de véhicules toujours plus connectés à leur environnement. En effet, ils intègrent désormais des dispositifs destinés à améliorer la sûreté des routes, à réduire l'impact environnemental du véhicule et à rendre les trajets plus agréables aux utilisateurs. Cependant, l'interconnexion des véhicules avec le reste du monde et en particulier grâce à l'utilisation des réseaux cellulaires entraîne aussi son lot de vulnérabilités. Les véhicules connectés devenus tributaires des informations captées sur le réseau, s'exposent à des dysfonctionnements dus aux canaux de communication, ou pire encore, aux actions d'acteurs malveillants du cyber-espace. Les réseaux classiques sont depuis longtemps confrontés à ces problèmes de sécurité. De nombreuses approches ont été imaginées afin de détecter les anomalies et tentatives d'intrusions dans les réseaux. Cependant, ces méthodes ne peuvent pas être directement appliquées au contexte véhiculaire. En effet, la nature des communications et des anomalies ainsi que l'exécution des dispositifs de détection à l'intérieur des véhicules sont des paramètres qui doivent être pris en compte. Ce constat nous amène à proposer un nouveau système de détection d'anomalies spécifique aux communications des véhicules connectés et à leurs vulnérabilités. Sa détection repose sur la création de fenêtres de description instantanée du trafic liées entre elles par des relations modélisées sous la forme d'une ontologie. Grâce à ces relations, les résultats de la détection sont alimentés par le contexte des échanges du véhicule au moment de l'anomalie. Le diagnostic de l'administrateur est ainsi rendu plus aisé et nous assurons une traçabilité de la détection. Nous évaluons les performances de notre système grâce à un jeu de données issu d'un outil que nous avons conçu. Celui-ci génère des communications, anomalies et attaques conformes à ce qu'il serait observable sur les réseaux cellulaires de véhicules. Nous cherchons à évaluer notre système en fonction de ses capacités de détection de différents types d'anomalies et d'attaques en minimisant le nombre de faux positifs. Nous comparons les résultats de deux algorithmes non-supervisés utilisés pour la phase de détection HTM et LSTM.

The growth of intelligent transport systems brings new highly connected vehicles on the roads of the world. These vehicles now embed new devices and services meant to increase road safety, reduce the environmental impact of the vehicles and improve the user experience. However, these new communication channels between vehicles and the rest of the world, especially cellular networks bring new vulnerabilities. Vehicles are now depending on the information provided by the network and are therefore subject to malfunction and anomalies due to such network. Worse, they become vulnerable to malicious actors of the cyber-space. Mainstream information networks have been confronted with security problems for a long time. Numerous approaches have been designed in order to detect anomalies an intrusion inside such networks. However, these methods cannot be applied directly to the automotive context. In fact, the specific nature of the communications, the anomalies and the execution of intrusion detection systems inside the vehicles must be considered. Therefore, we present a new anomaly detection system dedicated to vehicular networks and their vulnerabilities. Our detection is based on the creation of instantaneous description windows that are linked together thanks to an ontology. Thanks to these relations, the results of the detection are fed with the communication context of the vehicle during an anomaly. Consequently, the diagnostic from the administrator is made easier and we ensure the traceability of the anomaly. We evaluate the performances of our system thanks to a dataset produced by our tool named Autobot. It produces realistic communications, anomalies and attacks on cellular vehicular networks. We aim to evaluate our system based on the quality of the detection of different kinds of attacks while minimizing the number of false positives. We compare the results of two unsupervised machine learning algorithms that are used during the detection named HTM and LSTM.