Auto-protection des environnements nomades

Self-protection for nomadic systems

• Auteur / Autrice : Van Tien Nguyen
• Direction : Eric Alata, Guillaume Doyen
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique et Télécommunications
• Date : Inscription en doctorat le 07/01/2023
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LAAS - Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : TSF - Tolérance aux fautes et Sûreté de Fonctionnement Informatique
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées (Toulouse ; 1961-....)

Mots clés

Mots clés libres

Wban

Securité

Ids

Mtd

Wban

Security

Ids

Mtd

Résumé

Auto-protection des environnements nomades Contexte, objectifs et positionnement par rapport à l'état de l'art Les systèmes d'information ont fait l'objet d'une attention particulière vis-à-vis de la sécurité depuis de nombreuses années. C'est dans ce cadre que de nombreuses solutions de sécurité ont été développées (pare-feu, IDS, etc.). Ces solutions de sécurité se sont bien adaptées à l'apparition des objets mobiles, tels que les tablettes et ordinateurs portables [POLLA_2012]. De nombreux travaux ont d'ailleurs proposé d'adapter les solutions de sécurité aux objets mobiles, avec pour objectif la sécurité de l'objet lui-même [KHAN_2018]. Toutefois, depuis plusieurs années, la forme des systèmes d'information subit des évolutions importantes. En particulier, aujourd'hui, ces systèmes d'information sont répartis entre les équipements déployés dans les bâtiments, ceux déployés sur Internet et ceux qui sont portés par les individus eux-mêmes (smartphone, une oreillette bluetooth, une montre connectée, un badge connecté, etc.). De plus, les recherches menées aujourd'hui laissent envisager de nouvelles solutions connectées plus ou moins attachées aux individus, à l'instar des Implantable Medical Device (IMD) (tel que [LOZANO_2019]). Ces évolutions ont motivé des travaux tels que [WENQING_2020], mais ces travaux prennent toujours le parti de sécuriser un objet plutôt que le système d'information dans sa globalité. Les solutions de sécurité ne sont donc pas complètement adaptées aux futurs systèmes d'information, en raison des contraintes suivantes : [C1] l'utilisateur assemble un système d'information sans être architecte sécurité. Cette contrainte impacte largement la forme que peuvent prendre les solutions de sécurité. Pour être pleinement adoptées, elles doivent être faciles d'utilisation. [C2] l'utilisateur se déplace dans des environnements hostiles pour son système d'information (transport en commun, espaces partagés, etc.). Contrairement aux systèmes d'information fixes, pour lesquels l'environnement est stable, l'environnement des systèmes d'information du futur sont divers, variés et changent avec le temps. Les approches de sécurité sont rendues plus compliquées à mettre en œuvre, en particulier les détections. [C3] les ressources disponibles dans les objets sont dimensionnées pour assurer la fonctionnalité principale de l'objet. Ajouter une fonction de sécurité limite grandement l'autonomie des objets. En raison des contraintes exposées ci-avant, les éléments de réponses et choix scientifiques adoptés dans le cadre du sujet de thèse proposé ici sont les suivants : [Levée de C1] : Rien n'empêchera les utilisateurs d'employer des objets qui contiennent des vulnérabilités. La sécurisation de ces systèmes ne peut donc pas se baser sur une remise en question de l'architecture pensée par l'utilisateur et doit passer par un “accompagnement” de l'utilisateur dans l'usage de son système d'information. [Levée de C2] : La détection d'intrusions (IDS), qui constitue une des approches qui fournit des “indicateurs” importants pour la śecurité, peut ne pas être envisageable dans les environnements trop bruités. Une approche basée sur le paradigme Moving Target Defense (MTD) peut permettre de modifier la surface d'attaque le temps que le système d'information se retrouve dans un environnement plus sain. La faisabilité du MTD pour les systèmes IoT a été validée par nos travaux antérieurs [NAV20a]. [Levée de C3] : La qualité de détection va donc dépendre des ressources disponibles. Aussi, étudier la complémentarité des solutions basées sur un IDS vis-à-vis du paradigme MTD peut permettre d'ajuster la stratégie sécurité mise en œuvre aux ressources disponibles. Le choix de la solution peut dépendre des ressources dédiées à la sécurité et d'un indicateur (à établir) du niveau de confiance que le système peut avoir dans son environnement. Approche proposée Pour mener ces études, il peut être largement pertinent de profiter des caractéristiques de l'environnement à protéger. En particulier, prendre en compte la volonté de l'utilisateur, concernant ce qu'il souhaite faire des objets dont il dispose, permet d'avoir directement des informations “macro” de mener une corrélation plus fine avec les évènements observés sur le système d'information dans sa globalité. Pour ce faire, nous proposons dans ce la cadre de cette thèse de procéder aux étapes suivantes : Étape 1 : Sur la base des travaux exploratoires conduits à l'INSA de Toulouse, [INSA22], mise en place d'un environnement expérimental de système d'information nomade composé d'objets associés à un utilisateur final en lien un service situé sur l'Internet, sélection d'un scénario de comportement malveillant et caractérisation des données qui permettent de l'identifier. Etape 2 : Sur la base des données collectées : (1) modélisation du système d'information, des interactions avec les utilisateurs et tenant compte des positions géographiques et (2) modélisation des vulnérabilités exploitables par un attaquant. Cette étape peut mettre à profit les résultats menés précédemment [GIMENEZ_2021]. Étape 3 : Évaluation de stratégies de sécurité pour les environnements nomades : Sur la base des travaux conduits à IMT Atlantique qui ont mené à la construction d'un framework MTD générique adapté aux systèmes IoT contraints [NAV20b], on évaluera la complémentarité de cette approche vis-à-vis des systèmes de détection d'intrusion qui offrent une solution de sécurité réactive. Cette évaluation prendra en compte du lieu topologique de déploiement au sein du système d'information nomade, les ressources disponibles dans les équipements nomades et le niveau de risque contextuel. Étape 4 : Proposition d'une solution d'auto-protection dont l'objectif est de déployer, configurer et positionner dynamiquement les éléments constitutifs de la sécurité du système d'information nomade. Étape 5 : Évaluation et validation de la solution proposée dans le contexte de l'environnement expérimental mis en œuvre lors de l'étape 1 du projet. Positionnement par rapport aux objectifs de l'ICO De par sa nature exploratoire, en lien avec l'évolution des réseaux et environnements nomades en cours de déploiement, le sujet proposé ici est avant tout aligné avec l'objectif qui consiste à assurer la sécurité des futurs réseaux et environnements connectés/technologies émergentes de l'Institut de Cybersécurité d'Occitanie. Par ailleurs, étant données les contraintes fortes liées aux ressources des environnements nomades et le caractère personnel des données qui issues de ces systèmes, il participe indirectement à renforcer la sécurité des matériels, des logiciels et des systèmes et mieux protéger les données et la vie privée, qui sont deux autres objectifs de l'Institut de Cybersécurité d'Occitanie. Ce sujet de thèse implique deux établissements, le premier étant le LAAS-CNRS, situé à Toulouse, et le second étant IMT Atlantique, situé à Rennes. Un rapprochement entre ces deux établissements permettrait de renforcer le partenariat entre ces deux sites et les chercheurs impliqués dans cette thèse envisagent fortement ces premiers travaux comme un tremplin vers des projets plus ambitieux. Direction de thèse: Nom, laboratoire, HDR (oui/Non) DRAGOMIRESCU, Daniela. Professeure à l'INSA Toulouse. LAAS-CNRS (CNRS UPR 8001). HDR: OUI. ALATA Eric. MCF à l'INSA Toulouse. LAAS-CNRS (CNRS UPR 8001). HDR: NON. DOYEN, Guillaume. Professeur à IMT Atlantique. IRISA (CNRS UMR 6074). HDR: OUI. NAVAS, Renzo E. MCF à IMT Atlantique. IRISA (CNRS UMR 6074). HDR: NON. Ecole Doctorale Ce sujet de thèse implique deux établissements sur deux régions différentes. Le premier est l'IMT Atlantique et le second est le LAAS-CNRS. Chacun de ces établissements est attaché à une école doctorale. Le choix de l'école doctorale n'est pas encore fixé. Toutefois, nous disposons d'un accord de principe de la part d'IMT Atlantique concernant le demi-financement complémentaire. Bibliographie [POLLA_2012] La Polla, Mariantonietta, Fabio Martinelli, and Daniele Sgandurra. ''A survey on security for mobile devices.'' IEEE communications surveys & tutorials 15, no. 1 (2012): 446-471. [GIMENEZ_2021] Pierre-François Gimenez, Jonathan Roux, Eric Alata, Guillaume Auriol, Mohamed Kaâniche, et al.. RIDS: Radio intrusion detection and diagnosis system for wireless communications in smart environment. ACM Transactions on Cyber-Physical Systems, ACM, 2021, 5 (3), pp.Article No.: 24. [KHAN_2018] Khan, Minhaj Ahmad, and Khaled Salah. ''IoT security: Review, blockchain solutions, and open challenges.'' Future generation computer systems 82 (2018): 395-411. [LOZANO_2019] Lozano, A.M., Lipsman, N., Bergman, H. et al. Deep brain stimulation: current challenges and future directions. Nat Rev Neurol 15, 148–160 (2019). https://doi.org/10.1038/s41582-018-0128-2 [WENQING_2020] Wenqing Yan, Sam Hylamia, Thiemo Voigt, and Christian Rohner. 2020. PHY-IDS: a physical-layer spoofing attack detection system for wearable devices. In Proceedings of the 6th ACM Workshop on Wearable Systems and Applications (WearSys '20). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 1–6. https://doi.org/10.1145/3396870.3400010 [INSA22] Noé CHAUVEAU, et al. Tutors: Eric ALATA, Daniela DRAGOMIRESCU. “Personal Intrusion Detection System for Nomad Use” Projet d'Initiation à la Recherche de 4ème année. Department of Electrical and Computer Engineering National Institute of Applied Sciences of Toulouse (2022) [NAV20a] Navas, Renzo E., Frédéric Cuppens, Nora Boulahia Cuppens, Laurent Toutain, and Georgios Z. Papadopoulos. ''Mtd, where art thou? a systematic review of moving target defense techniques for iot.'' IEEE internet of things journal 8, no. 10 (2020): 7818-7832. [NAV20b] Navas, Renzo E., Håkon Sandaker, Frédéric Cuppens, Nora Cuppens, Laurent Toutain, and Georgios Z. Papadopoulos. ''IANVS: A moving target defense framework for a resilient Internet of Things.'' In 2020 IEEE Symposium on Computers and Communications (ISCC), pp. 1-6. IEEE, 2020.

Self-protection of nomadic systems Context, objectives and positioning in relation to the state of the art For many years, information systems have been the object of particular attention with regard to security. It is in this context that many security solutions have been developed (firewalls, IDS, etc.). These security solutions are well adapted to the emergence of mobile objects, such as tablets and laptops [POLLA_2012]. Many studies have proposed to adapt security solutions to mobile objects, with the objective of securing the object itself [KHAN_2018]. However, for several years, the nature of information systems has been undergoing significant changes. In particular, today, these information systems are divided between equipment deployed in (a) buildings, (b) those deployed on the Internet and (c) those worn by people themselves (smartphone, a bluetooth headset, a connected watch, a connected badge, etc.). [Paper 1 justifies one use case ] In addition, research conducted today suggests new connected solutions that may be more or less attached to individuals, such as Implantable Medical Devices (IMD) (such as [LOZANO_2019]). [Paper 2, proposes an attack on those systems and mitigation ] These evolutions have motivated works such as [WENQING_2020], but these studies always take the approach of securing an object rather than the information system as a whole. Consequently, security solutions are not completely adapted to future information systems, due to the following constraints: [C1] The user assembles an information system without being a security architect. This constraint largely impacts the form that security solutions can take. To be fully adopted, they must be easy to use. [C2] the user moves around in hostile environments for his information system (public transport, shared spaces, etc.). Unlike fixed information systems, for which the environment is stable, the environment of future information systems is diverse, varied and changes over time. Security approaches are therefore more complicated to implement, especially detection. [C3] The resources available in the objects are limited to ensure the main functionality of the object. Adding a security function greatly limits the autonomy of objects. In view of the above constraints, the following scientific solutions and choices have been adopted in the context of the thesis topic: [Raising from C1]: Nothing will prevent users from using objects that contain vulnerabilities. The security of these systems cannot be based on a revision of the architecture thought by the user and must involve the ''assistance'' of the user in the utilization of his information system. [Raising from C2]: Intrusion detection (IDS), which is one of the approaches that provide important ''indicators'' for security, may not be feasible in noisy/hostile environments. An approach based on the Moving Target Defense (MTD) paradigm can allow the attack surface to be modified for the time it takes for the information system to reach a healthier environment. The feasibility of MTD for IoT systems has been validated by our previous work [NAV20a]. [Raising from C3] : The quality of detection will therefore depend on the available resources. Therefore, studying the complementarity of IDS-based solutions with respect to the MTD paradigm can help adjust the security strategy implemented to the available resources. The choice of the solution can depend on (a) the resources dedicated to security and (b) on an indicator (to be established) of the level of trust that the system can have in its environment. Proposed approach In order to carry out these studies, it can be relevant to take advantage of the characteristics of the environment to be protected. In particular, taking into account the intention of the user, concerning what he wishes to do with the objects he has, allows having straightforward ''macro'' information that will help to carry out a finer correlation with the events observed on the information system in its entirety. To do this, we propose in this thesis to proceed with the following steps: Phase 1: Based on exploratory work conducted at INSA Toulouse, [INSA22], implementation of an experimental environment of a nomadic information system composed of objects associated with an end-user linked to a service located on the Internet, selection of a malicious behavior scenario and characterization of the data that allow to identify it. Phase 2: Based on the collected data: (1) modeling of the information system, interactions with users and taking into account geographical positions and (2) modeling of the vulnerabilities exploitable by an attacker. This step can take advantage of the results previously conducted [GIMENEZ_2021]. Phase 3: Assessment of security strategies for nomadic environments: Based on the work conducted at ITM Atlantique which led to the construction of a generic MTD framework adapted to constrained IoT systems [NAV20b], we will assess the complementarity of this approach with respect to intrusion detection systems which offer a reactive security solution. This assessment will take into account the topological location of deployment within the nomadic information system, the resources available in the nomadic devices and the contextual risk level. Phase 4: Proposal of a self-protection solution whose objective is to deploy, configure and position dynamically the security components of the nomad information system. Phase 5: Evaluation and validation of the proposed solution in the context of the experimental environment implemented during step 1 of the project. Positioning in relation to the objectives of the ICO By its exploratory nature, in connection with the evolution of the networks and nomadic environments in the course of the deployment, the subject proposed here is above all aligned with the objective which consists in ensuring the security of the future networks and connected environments/emerging technologies of the Cybersecurity Institute of Occitania. Moreover, given the strong constraints linked to the resources of nomadic environments and the personal nature of the data that comes from these systems, it indirectly participates in reinforcing the security of hardware, software and systems and better-protecting data and privacy, which are two other objectives of the Cybersecurity Institute of Occitania. This thesis topic involves two institutions, the first being LAAS-CNRS, located in Toulouse, and the second being IMT Atlantique, located in Rennes. A rapprochement between these two establishments would strengthen the partnership between these two sites and the researchers involved in this thesis strongly consider this first work as a springboard to more ambitious projects. Direction de thèse: Nom, laboratoire, HDR (oui/Non) DRAGOMIRESCU, Daniela. Professeure à l'INSA Toulouse. LAAS-CNRS (CNRS UPR 8001). HDR: OUI. ALATA Eric. MCF à l'INSA Toulouse. LAAS-CNRS (CNRS UPR 8001). HDR: NON. DOYEN, Guillaume. Professeur à IMT Atlantique. IRISA (CNRS UMR 6074). HDR: OUI. NAVAS, Renzo E. MCF à IMT Atlantique. IRISA (CNRS UMR 6074). HDR: NON. Ecole Doctorale Ce sujet de thèse implique deux établissements sur deux régions différentes. Le premier est l'IMT Atlantique et le second est le LAAS-CNRS. Chacun de ces établissements est attaché à une école doctorale. Le choix de l'école doctorale n'est pas encore fixé. Toutefois, nous disposons d'un accord de principe de la part d'IMT Atlantique concernant le demi-financement complémentaire. Bibliographie [POLLA_2012] La Polla, Mariantonietta, Fabio Martinelli, and Daniele Sgandurra. ''A survey on security for mobile devices.'' IEEE communications surveys & tutorials 15, no. 1 (2012): 446-471. [GIMENEZ_2021] Pierre-François Gimenez, Jonathan Roux, Eric Alata, Guillaume Auriol, Mohamed Kaâniche, et al.. RIDS: Radio intrusion detection and diagnosis system for wireless communications in smart environment. ACM Transactions on Cyber-Physical Systems, ACM, 2021, 5 (3), pp.Article No.: 24. [KHAN_2018] Khan, Minhaj Ahmad, and Khaled Salah. ''IoT security: Review, blockchain solutions, and open challenges.'' Future generation computer systems 82 (2018): 395-411. [LOZANO_2019] Lozano, A.M., Lipsman, N., Bergman, H. et al. Deep brain stimulation: current challenges and future directions. Nat Rev Neurol 15, 148–160 (2019). https://doi.org/10.1038/s41582-018-0128-2 [WENQING_2020] Wenqing Yan, Sam Hylamia, Thiemo Voigt, and Christian Rohner. 2020. PHY-IDS: a physical-layer spoofing attack detection system for wearable devices. In Proceedings of the 6th ACM Workshop on Wearable Systems and Applications (WearSys '20). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 1–6. https://doi.org/10.1145/3396870.3400010 [INSA22] Noé CHAUVEAU, et al. Tutors: Eric ALATA, Daniela DRAGOMIRESCU. “Personal Intrusion Detection System for Nomad Use” Projet d'Initiation à la Recherche de 4ème année. Department of Electrical and Computer Engineering National Institute of Applied Sciences of Toulouse (2022) [NAV20a] Navas, Renzo E., Frédéric Cuppens, Nora Boulahia Cuppens, Laurent Toutain, and Georgios Z. Papadopoulos. ''Mtd, where art thou? a systematic review of moving target defense techniques for IoT.'' IEEE internet of things journal 8, no. 10 (2020): 7818-7832. [NAV20b] Navas, Renzo E., Håkon Sandaker, Frédéric Cuppens, Nora Cuppens, Laurent Toutain, and Georgios Z. Papadopoulos. ''IANVS: A moving target defense framework for a resilient Internet of Things.'' In 2020 IEEE Symposium on Computers and Communications (ISCC), pp. 1-6. IEEE, 2020.