Vérification formelle de la non-traçabilité pour les protocoles à état : entre modèles symboliques et calculatoires

Formal verification of unlinkability for stateful protocols : bridging the gap between symbolic and computational models

• Auteur / Autrice : Solène Moreau
• Direction : Stéphanie Delaune, David Baelde
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 18/11/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : MATHSTIC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - SPICY
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SPICY
• Jury : Président / Présidente : Sophie Pinchinat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gergei Bana
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Steve Kremer, Alwen Tiu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Cryptographie

Méthodes formelles (informatique)

Mots clés libres

Méthodes formelles

Sécurité informatique

Protocoles cryptographiques

Non-Traçabilité

Formal methods

Security

Cryptographic protocols

Unlinkability

Stateful

Résumé

La dépendance de plus en plus grande à l'égard des systèmes informatiques soulève d'importantes questions en terme de vie privée, et nécessite notamment des protocoles de communication garantissant des propriétés de sécurité telles que la non-traçabilité. Spécifier formellement cette propriété est difficile et dépendant du contexte, et la vérifier est d'autant plus complexe. Fournir des bases mathématiques solides et des méthodes assistées par ordinateur devient donc crucial, mais les techniques actuelles ne sont pas satisfaisantes pour analyser la non-traçabilité des protocoles à état. Dans ce manuscrit de thèse, nous abordons à la fois la question de la modélisation et de la vérification. Tout d'abord, nous proposons une définition précise de non-traçabilité et expliquons pourquoi les notions actuelles ne sont pas adaptées à notre classe de protocoles à état. Ensuite, nous abordons la question de la vérification assistée par ordinateur. Nous développons deux approches, illustrées par des études de cas. Notre première approche est une méthode de vérification basée sur des conditions suffisantes dans le modèle symbolique. Notre deuxième approche est un cadre théorique et un assistant de preuve interactif permettant de mécaniser des preuves de protocoles cryptographiques pour un nombre arbitraire de sessions dans le modèle calculatoire.

The ever-increasing dependency on computer systems justifies significant concerns over privacy, and notably calls for communication protocols that ensure some security properties such as unlinkability. Formally specifying this property is difficult and context-dependent, and verifying it is complex. Therefore, providing solid mathematical foundations and computer-assisted methods is becoming crucial, but current techniques are not sufficient to analyze unlinkability for stateful protocols. In this manuscript, we address both the modelling issue and the verification issue. We first propose a precise definition of unlinkability and discuss how existing notions are inadequate for our class of stateful protocols. Then, we address the issue of computer-assisted verification. We develop two approaches, both illustrated with case studies. Our first approach is a verification method based on sufficient conditions in the symbolic model. Our second approach is a framework and an interactive prover allowing us to mechanize proofs of security protocols for an arbitrary number of sessions in the computational model.