Thèse soutenue

Amorçage de la sécurité dans les réseaux IoT

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Auteur / Autrice : Sameh Khalfaoui
Direction : Pascal UrienJean Leneutre
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique, données, IA: Informatique
Date : Soutenance le 20/06/2022
Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
Etablissement opérateur d'inscription : Télécom Paris (Palaiseau, Essonne ; 1878-....)
Jury : Président / Présidente : Maryline Laurent
Examinateurs / Examinatrices : Pascal Urien, Jean Leneutre, Maryline Laurent, Samia Bouzefrane, Myungchul Kim, Youssef Laarouchi, Marc-Oliver Pahl
Rapporteurs / Rapporteuses : Samia Bouzefrane, Myungchul Kim

Résumé

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La demande de services qui se basent sur l'Internet des objets (IoT) augmente de manière exponentielle, ce qui entraîne le déploiement d'un grand nombre de dispositifs. Cependant, ces dispositifs peuvent représenter une menace pour la sécurité du réseau de déploiement et un point d'entrée potentiel pour des adversaires. Il existe donc un besoin imminent de réaliser une approche d'association sécurisée des objets connectés avant qu'ils ne soient rendus opérationnels sur le réseau de l'utilisateur. Cette procédure, appelée "amorçage de la sécurité", garantit en premier lieu la confidentialité et l'intégrité des échanges de données entre l'utilisateur et les dispositifs. Ensuite, ce processus fournit une assurance sur l'identité et l'origine de ces objets. La première phase d'appairage assure l'établissement d'un canal de communication sécurisé entre l'utilisation et l'objet. La phase d'appairage utilise un protocole d'accord de clé symétrique qui est adapté à la nature de ces dispositifs à ressources limitées. L'utilisation de canaux auxiliaires a été proposée comme moyen d'authentifier l'échange de clés, mais elle nécessite un temps relativement long et une participation importante de l'utilisateur pour transférer les bits d'authentification. Cependant, les systèmes basés sur le contexte utilisent l'environnement ambiant pour extraire un secret commun sans intervention importante de l'utilisateur, à condition d'avoir un périmètre sécurisé pendant la phase d'extraction, ce qui est considéré comme une hypothèse de sécurité forte. La deuxième phase du processus d'amorçage est appelée "enrôlement sécurisé" et vise à éviter l'association d'un objet IoT malveillant en authentifiant son identité et son origine. L'utilisation d'éléments de sécurité matériels, tels que les fonctions physiques non clonables (PUF), a été présentée comme une solution prometteuse adaptée à la nature limitée des ressources de ces dispositifs. Un nombre croissant d'architectures PUF ont été démontrées mathématiquement clonables grâce à des techniques de modélisation par apprentissage automatique. L'utilisation de modèles de PUF a été récemment proposée pour authentifier les objets IoT. Néanmoins, le scénario de fuite du modèle PUF vers un adversaire en raison d'une menace interne au sein de l'organisation n'est pas pris en charge par les solutions existantes. Par conséquent, la sécurité de ces propositions d'inscription basées sur le modèle PUF peut être compromise. Dans cette thèse, nous étudions le processus d'amorçage de la sécurité des dispositifs à ressources limitées et nous introduisons deux protocole: - Un protocole hybride d'appairage, appelé COOB, qui combine d'une manière efficace un schéma d'appairage contextuel avec l'utilisation d'un canal auxiliaire. Ce protocole exploite une technique d'exponentiation spécifique des clés publiques Diffie-Hellman en utilisant des nonces pour atteindre l'objectif de secret temporaire nécessaire à l'accord de clé. Notre méthode assure la sécurité même contre un attaquant qui peut contrôler la zone de sécurité (un environnement hostile), ce qui n'est pas pris en charge par les schémas contextuels existants. Cette amélioration de la sécurité a été formellement validée dans le modèle symbolique en utilisant l'outil de vérification formelle TAMARIN. - Une solution d'enrôlement qui exploite un modèle de PUF dans le processus d'authentification, appelé Water-PUF. Notre protocole est basé sur une technique de tatouage numérique spécialement conçue pour les modèles PUF. Cette procédure empêche un adversaire de s'appuyer sur le modèle tatoué ou sur un autre modèle dérivé pour contourner l'authentification. Par conséquent, toute fuite du modèle PUF filigrané utilisé pour l'enrôlement n'affecte pas l'exactitude du protocole. La conception du Water-PUF est validée par un certain nombre de simulations contre de nombreuses attaques de suppression de tatouage numérique afin d'évaluer la robustesse de notre proposition.