Une approche basée sur les graphes d'attaque dynamiques pour l'évaluation de l'impact des vulnérabilités dans les systèmes informatiques complexes

A dynamic attack graphs based approach for impact assessment of vulnerabilities in complex computer systems

• Auteur / Autrice : Antoine Boudermine
• Direction : Rida Khatoun, Jean-Henri Choyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 19/12/2022
• 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-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement opérateur d'inscription : Télécom Paris (Palaiseau, Essonne ; 1878-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Lorenz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rida Khatoun, Jean-Henri Choyer, Solange Ghernaouti, Sherali Zeadally, Jean Leneutre, Youssef Laarouchi, Lyes Khoukhi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascal Lorenz, Solange Ghernaouti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux d'ordinateurs

Systèmes complexes

Mots clés libres

Analyse des risques

Sécurité des réseaux

Système dynamique

Graphe d’attaque

Simulation

Graphe d’attaque dynamique

Risk analysis

Network security

Dynamic system

Attack graph

Simulation

Dynamic attack graph

Résumé

De nos jours, les réseaux informatiques sont utilisés dans de nombreux domaines et leur défaillance peut avoir un fort impact sur notre vie quotidienne. L'évaluation de leur sécurité est une nécessité pour réduire le risque de compromission par un attaquant. Néanmoins, les solutions proposées jusqu'à présent sont rarement adaptées à la grande complexité des systèmes informatiques modernes. Elles reposent souvent sur un travail humain trop important et les algorithmes utilisés ne sont pas assez performants. De plus, l'évolution du système dans le temps est rarement modélisée et n'est donc pas prise en compte dans l'évaluation de sa sécurité. Dans cette thèse, nous proposons un nouveau modèle de graphe d'attaque construit à partir d'une description dynamique du système. Nous avons mis en évidence à travers nos expériences que notre modèle permettait d'identifier davantage de chemins d'attaque qu'un modèle de graphe d'attaque statique. Nous avons ensuite proposé un algorithme de simulation d'attaques permettant d'approximer les chances de succès de compromission du système par un acteur malveillant. Nous avons également prouvé que notre solution était capable d'analyser la sécurité de systèmes complexes. La complexité en temps dans le pire des cas a été évaluée pour chaque algorithme utilisé et plusieurs tests ont été réalisés pour mesurer leurs performances réelles. Pour terminer, nous avons appliqué notre solution sur un réseau IT composé de plusieurs milliers d'éléments. De futurs travaux devraient être réalisés pour améliorer les performances de l'algorithme de génération des graphes d'attaque afin de permettre d'analyser des systèmes toujours plus complexes. Des solutions devraient également être trouvées pour faciliter l'étape de modélisation du système qui reste encore à ce jour une tâche difficile à réaliser, surtout par des humains. Enfin, l'algorithme de simulation pourrait être amélioré pour être plus réaliste et tenir compte des réelles capacités de l'attaquant. Il serait également intéressant d'évaluer l'impact des attaques au niveau de l'organisation et de ses processus métiers

Nowadays, computer networks are used in many fields and their breakdown can strongly impact our daily life. Assessing their security is a necessity to reduce the risk of compromise by an attacker. Nevertheless, the solutions proposed so far are rarely adapted to the high complexity of modern computer systems. They often rely on too much human work and the algorithms used don't scale well. Furthermore, the evolution of the system over time is rarely modeled and is therefore not considered in the evaluation of its security.In this thesis, we propose a new attack graph model built from a dynamic description of the system. We have shown through our experimentations that our model allows to identify more attack paths than a static attack graph model. We then proposed an attack simulation algorithm to approximate the chances of success of system compromise by a malicious actor.We also proved that our solution was able to analyze the security of complex systems. The worst-case time complexity was assessed for each algorithm used. Several tests were performed to measure their real performances. Finally, we applied our solution on an IT network composed of several thousand elements.Future work should be done to improve the performance of the attack graph generation algorithm in order to analyze increasingly complex systems. Solutions should also be found to facilitate the system modeling step which is still a difficult task to perform, especially by humans. Finally, the simulation algorithm could be improved to be more realistic and take into account the real capabilities of the attacker. It would also be interesting to assess the impact of the attacks on the organization and its business processes.