Sécurité et détection d'intrusion dans les réseaux sans fil

Security and intrusion detection in wireless networks

• Auteur / Autrice : Étienne Helluy-Lafont
• Direction : Michaël Hauspie, Gilles Grimaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et applications
• Date : Soutenance le 29/01/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille - Centre de Recherche en Informatique- Signal et Automatique de Lille - UMR 9189 / CRIStAL
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michaël Hauspie, Vincent Nicomette, Valérie Viêt Triêm Tông, Alexandre Boé, Gilles Grimaud, Hervé Debar
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Nicomette, Valérie Viêt Triêm Tông

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radio logicielle

Bluetooth (technologie)

Fiabilité

Modems

Systèmes de détection d'intrusion (informatique)

Mesures de sûreté

Systèmes de communication sans fil

Mots clés libres

Processeur de bande de base

Wireless

Security

Baseband

Intrusion detection

Software defined radio

Bluetooth

Résumé

Cette thèse porte sur la sécurité des communications sans fil, appliquée aux équipementstels que les téléphones mobiles, les ordinateurs portables, ou les objets communicants relevant de l’internet des objets.Aujourd’hui, les communications sans fil sont réalisées à l’aide de composants intégrés (modem), qui peuvent eux-même être la cible d’attaques. Effectivement, ces modem peuvent contenir des logiciels, au code fermé, qui sont peu audités et peuvent recéler des vulnérabilités. Au cours de cette thèse, nous avons poursuivi deux approches complémentaires qui visent à adresser le problème de la sécurité des modem sans fil. La première consiste à détecter les attaques pour mitiger les risques posés par les vulnérabilité ; la seconde àsavoir identifier et à corriger ces vulnérabilités afin d’éliminer les risques. Les modem sans fil posent des contraintes particulières pour les systèmes de détection d’intrusion (IDS). De fait, si le modem risque d’être compromis, le système d’exploitation (OS) ne peut pas faire confiance aux informations qu’il remonte : le modem n’est pas fiable. Il est ainsi délicat de détecter des attaques sans fil depuis l’OS, car il ne dispose d’aucune source d’information fiable sur laquelle baser cette détection. Dans ce contexte, il est préférable de réaliser la détection d’intrusion au niveau du réseau, en capturant directement les signaux échangés sans fil. Cependant, il n’est pastoujours simple de récupérer les signaux qui nous intéressent. Aujourd’hui, les équipements supportent une multitude de normes de communication différentes. Cette hétérogénéité représente un défi pour les solutions de capture. De plus, certains protocoles se prêtent malà une capture passive de leurs échanges, et sont parfois même spécifiquement conçus pour l’empêcher. Enfin, les données sont généralement chiffrées, ce qui constitue un obstacle supplémentaire pour les IDS. Les radio logicielles peuvent répondre en partie aux défis posés par cette diversité. Elles se composent d’une partie matérielle, mais surtout de logiciel, qui peut être adapté pourrecevoir des signaux de n’importe quel standard - dans les limites du matériel. Dans cette thèse, nous présentons une radio-logicielle spécialement concue pour permettre la capture et l’analyse d’une bande de fréquence donnée, afin d’identifier et d’étiqueter les signaux présents. Il s’agit d’une brique élémentaire pour construire des systèmes de détection d’intrusion sans-fil. Par ailleurs, les radio-logicielles traitent les signaux au niveau de leur représentation physique. Cela leur permet de collecter des informations supplémentaires, qui n’auraient pas été accessibles si on avait utilisé un modem conventionnel pour capturer les signaux. Dans cette thèse, nous décrivons des méthodes permettant d’identifier le modèle d’un appareil Bluetooth en analysant la représentation physique des paquets qu’il transmet.Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons analysé les micrologiciels de plusieurs modem Bluetooth, afin d’identifier des vulnérabilités permettant d’en prendre le contrôle à distance. Cela nous a permis de découvrir plusieurs vulnérabilités exploitables dans desmodem très largement utilisés. Dans un second temps, nous avons développé un modem Bluetooth libre et open-source qui permet d’interagir avec de véritables modem pour faciliter la recherche et développement sur leur sécurité.

This thesis focuses on the security of wireless communications, as used on devices such as mobile phones, laptops, or connected devices that make up the Internet of Things. Nowadays, wireless communications are carried out using integrated components (modem), which can themselves be the target of attacks. Indeed, these modems contain Closed Source software, that are poorly audited, and may have flaws. During this thesis, we pursued two complementary approaches that aim to address the problem of wireless modems security. The first is to detect attacks in order to mitigate the risks posed by vulnerabilities ; the second is to identify and correct these vulnerabilities in order to eliminate the risks. Wireless modems pose particular constraints for Intrusion Detection Systems (IDS). In fact, if the modem is at risk of being compromised, the operating system (OS) cannot trust the information it is sending back : the modem is unreliable. This makes it difficult to detect wireless attacks from the OS, as it has no reliable source of information on whichto base detection. In this context, it is preferable to perform intrusion detection at the network level, by directly capturing the signals exchanged wirelessly. However, it is not always easy to recover the signals of interest. Today’s equipment supports a multitude of different communication standards. This heterogeneity represents a challenge for capture solutions. In addition, some protocols do not lend themselves well to passive capture of their exchanges, and are sometimes even specifically designed to prevent it. Finally, data is usually encrypted, which is an additional obstacle for intrusion detection systems. Software Defined Radio (SDR) can partly meet the challenges posed by this diversity. They consist of a hardware part, but above all of software, which can be adapted to receive signals of any standard - within the limits of the material. In this thesis, we present a SDR specifically designed to allow the capture and analysis of a given frequency band, in order to identify and label the signals present. It is an elementary building block for building wireless intrusion detection systems. In addition, software radio processes signals in terms of their physical representation. This allows them to collect additional information, which would not have been accessible if a conventional modem had been used to capture the signals. In this thesis, we describe methods to identify the model of a Bluetooth device by analysing the physical representation of the packets it transmits. In the second part of this thesis, we analysed the firmware of several Bluetooth modems, in order to identify vulnerabilities that would allow remote control. This allowed us to discover several exploitable vulnerabilities in widely used modems. Finally, we developeda free and open-source Bluetooth modem that allows interaction with real-world modems to facilitate research and development on their security.