Sécurisation des réseaux de communication : proposition d’un nouveau système chaotique discret multidimensionnel pour le cryptage au protocole TCP-IP.

Security of Communication Networks: design of a novel multidimensional chaotic discrete-time system for encryption of TCP-IP data.

• Auteur / Autrice : Belqassim Bouteghrine
• Direction : Camel Tanougast, Saïd Sadoudi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Systèmes électroniques
• Date : Soutenance en 2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCOMS - Laboratoire de Conception, Optimisation et Modélisation des Systèmes
• Jury : Président / Présidente : Ahmed Bouridane
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Camel Tanougast, El Bay Bourennane, Virginie Fresse, Said Sadoudi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : El Bay Bourennane, Virginie Fresse

Mots clés

Mots clés libres

Sécurisation

Réseaux TCP/IP

Cryptage

Chaotique

Fpga

Prng

Security

TCP/IP Networks

Encryption

Chaotic

Fpga

Prng

Résumé

Au cours des dernières décennies, les systèmes hétérogènes reconfigurables ou program- mables à base de technologie FPGA (Field-Programmable Gate Array) ont vu leur utilisa- tion largement répandue dans différents domaines des calculs embarqués et des communi- cations. Ceci s’explique à la fois par leur flexibilité, leur faible consommation de ressources et leur capacité à améliorer les performances en exploitant les nombreuses fonctions qui peuvent être intégrées dans ces circuits. Une fonction majeure délivrée par cette technolo- gie est la reconfigurabilité qui aide en phase de conception de systèmes embarqués lors des étapes de développement et de validation, puisqu’il est toujours possible de corriger ou intégrer une flexibilité de traitement dans la conception en reprogrammant la technologie. L’objectif scientifique de ces travaux de thèse est d’apporter des solutions d’intégrations aux faiblesses remarquées dans les algorithmes cryptographiques utilis és dans les réseaux de communication (téléphone mobile de deuxième, troisième et quatrième génération et les réseaux LAN, WAN, Internet) pour le chiffrement des données échangées entre les usagers. Plus précisément, ces travaux de thèse ont pour objectif de concevoir un algo- rithme adaptatif et multistandards de sécurité plus robustes en sécurité et plus efficace en termes de performances et de consommation des ressources d’intégration (surface FPGA, mémoire, etc.). L’idée principale des travaux consiste à exploiter la non-linéarité des sys- tèmes chaotiques comme clés de chiffrement pour les systèmes de chiffrement des standards des réseaux. L’originalité de la solution de chiffrement adoptée repose sur l’exploitation de signaux réellement aléatoires à travers la mise en œuvre de générateurs complexes discrets multidimensionnels de type PRNG (Pseudo Random Number Generator) pour la génération de données aléatoires sous forme de matrices de clés de chiffrement. En effet, ces générat eurs présentent des propriétés et des caractéristiques fondamentales en termes de cryptage car il présente une non-linéarité, une imprédictibilité et une extrême sensibilité aux conditions initiales les rendant très intéressantes pour le développement de clés de chiffrement par flot. Dans ce cadre, un nouveau système chaotique discret à M dimensions a été développé spécifiquement pour assurer le chiffrement de données au sein des réseaux TCP/IP. En termes de conception, l’étude architecturale avec la techno- logie FPGA Xilinx en adéquation avec l’algorithme du système chaotique proposé selon une implantation adaptative grâce à des techniques d’optimisation architecturales permet d’aboutir à un crypto-système optimisé et robuste spécifiquement dédié à la sécurisation des systèmes embarqués communicants en réseaux TCP/IP.

In recent years, reconfigurable or programmable heterogeneous systems based on FPGA (Field-Programmable Gate Array) technology have seen their widespread use in different fields of embedded computing and communications. This is due to their flexibility, low resource consumption and ability to improve performance by exploiting the many func- tions that can be integrated into these circuits. A major function delivered by the FPGA technology is the reconfigurability that helps in the design phase of embedded systems during the development and validation stages, since it is always possible to correct or integrate processing flexibility into the design by reprogramming the technology. The scientific objective of this research work is to provide the integration solutions and to overcome the weaknesses noted in the cryptographic algorithms used in the commu- nication networks (second, third and fourth generation mobile phones and LAN, WAN, Internet) for the encryption of the exchanged data between users. More precisely, this thesis aims to design an adaptive and multi-standard security algorithm that is more ro- bust in terms of security and more efficient in terms of performance and consumption of integration resources (FPGA surface, memory, etc.). The main idea of the work consists in using the non-linearity of chaotic systems for key stream cipher for the data encryption purpose. The originality of the encryption solution adopted is based on the use of random signals through the implementation of complex discrete multidimensional generators of the PRNG (Pseudo Random Number Generator) type for the generation of random data in the form of key matrices. Ind eed, these generators have fundamental properties and characteristics in terms of encryption because they exhibit non-linearity, unpredictability and extreme sensitivity to initial conditions, making them very interesting for the develop- ment of encryption keys by stream. In this context, a new discrete chaotic M-dimensional system has been developed specifically to ensure the encryption of the exchanged data in the TCP/IP network. In terms of design, the architectural study with Xilinx FPGA technology leads to an optimized and robust cryptosystem specifically dedicated to the securing of embedded systems communicating in TCP/IP networks.