Menaces de sécurité à la frontière entre le bruit électromagnétique et les émetteurs-récepteurs radio

Security Threats Emerging from the Interaction Between Digital Activity and Radio Transceiver

• Auteur / Autrice : Giovanni Camurati
• Direction : Aurélien Francillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 08/12/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut EURECOM (Sophia-Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Raymond Knopp
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ludovic Apvrille, José Lopes Esteves, Rabéa Ameur-Boulifa
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Markus Kuhn, Srdjan Čapkun

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Circuits intégrés analogiques numériques

Systèmes embarqués (informatique)

Radio -- Émetteurs-récepteurs

Bruit électromagnétique

Mots clés libres

Bruit électromagnétique

Émetteurs-récepteurs radio

Attaques par canaux auxiliaires

Canaux cachés

Puces à signaux mixtes

Smartphones

Electromagnetic noise

Radio transceivers

Side channel attacks

Résumé

Les ordiphones et les objets connectés utilisent des radio pour communiquer avec d’autres appareils électroniques. Ces radio sont placées à côté du processeur et des autres composants numériques. Par exemple, dans les ordiphones un processeur, une mémoire et plusieurs émetteurs-récepteurs radio se trouvent sur la même plateforme. Les systèmes embarquées, plus simples, utilisent souvent des puces à signaux mixtes contenant à la fois un microcontrôleur et un émetteur-récepteur. La proximité physique entre les blocs numériques, qui produisent un bruit électromagnétique très fort, et les émetteurs-récepteurs radio, qui sont sensibles à ce bruit, peut causer des problèmes de fonctionnement et de performance. En effet, il existe de nombreux chemins de couplage entre les composants sur le même système. Dans cette thèse, nous explorons les problèmes de sécurité qui naissent de l’interaction entre composants numériques et systèmes radio, et nous proposons deux nouvelles attaques. Avec Screaming Channels, nous démontrons que les émetteurs radio sur des puces à signaux mixtes peuvent diffuser des informations sur l'activité numérique de l'appareil. Cela permet de mener des attaques par canaux auxiliaires à grande distance. Avec Noise-SDR, nous montrons qu'il est possible de générer des signaux radio arbitraires à partir du bruit électromagnétique déclenché par un logiciel sans privilèges, pour interagir avec des récepteurs radio, éventuellement sur la même plateforme.

Modern connected devices need both computing and communication capabilities. For example, smartphones carry a multi-core processor, memory, and several radio transceivers on the same platform. Simpler embedded systems often use a mixed-signal chip that contains both a microcontroller and a transceiver. The physical proximity between digital blocks, which are strong sources of electromagnetic noise, and radio transceivers, which are sensitive to such noise, can cause functional and performance problems. Indeed, there exist many noise coupling paths between components on the same platform or silicon die. In this thesis we explore the security issues that arise from the interaction between digital and radio blocks, and we propose two novel attacks. With Screaming Channels, we demonstrate that radio transmitters on mixed-signal chips might broadcast some information about the digital activity of the device, making side channel attacks possible from a large distance. With Noise-SDR, we show that attackers can shape arbitrary radio signals from the electromagnetic noise triggered by software execution, to interact with radio receivers, possibly on the same platform.