Formalisation et analyse de contre-mesures contre les attaques par injection de fautes dans des processeurs open-source

Formalization and Analysis of Countermeasures Against Fault Injection Attacks on Open-source Processors

• Auteur / Autrice : Jonah Alle monne
• Direction : Damien Couroussé, Mathieu Jan
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEA /LIST - Laboratoire d'intégration de systèmes et de technologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques - DSCIN

Mots clés

Mots clés libres

Sécurité Matérielle

Attaques par injection de fautes

Microarchitecture des processeurs

Hardware security

Fault injection attacks

Processor micro-architecture

Résumé

Face à l'implication grandissante des appareils électroniques dans nos vies, il devient essentiel de garantir leur sécurité. L'objectif de cette thèse est la formalisation et l'analyse de contre-mesures contre les attaques par injection de fautes sur les microprocesseurs open-source. Opérant à la pointe de la cybersécurité des systèmes embarqués, nous cherchons à construire des garanties formelles de robustesse de ces systèmes face à l'évolution des menaces de sécurité, notamment celles issues des attaques par injection de fautes. Ces travaux visent à faire progresser la compréhension des attaques par injection de fautes et leur impact sur les aspects matériels et logiciels des processeurs open source. Le défi scientifique réside dans la conception de méthodes et d'outils capables d'analyser efficacement la robustesse des systèmes embarqués sous injection de fautes. Nous considérerons conjointement le modèle RTL du processeur cible et du programme exécuté, en abordant les limites des méthodes actuelles (qu'il s'agisse de simulation ou d'analyse formelle) et en explorant des approches innovantes pour adapter l'analyse à des programmes plus grands et à des microarchitectures de processeur complexes. Le travail expérimental s'appuiera sur des simulateurs RTL tels que Verilator ou QuestaSim, l'outil d'analyse formelle µARCHIFI développé au CEA-List, et des implémentations open source de processeurs sécurisés tels que le processeur RISC-V CV32E40S. Ce projet s'aligne non seulement sur des objectifs plus larges d'amélioration de la cybersécurité des systèmes embarqués, mais a également des implications pratiques, telles que la contribution à la vérification d'architectures sécurisées réalistes.

Given the increasing involvement of electronic devices in our lives, ensuring their security is becoming essential. The objective of this thesis is the formalization and analysis of countermeasures against fault injection attacks on open-source microprocessors. Operating at the cutting edge of cybersecurity for embedded systems, we aim to build formal guarantees of the robustness of these systems in the face of evolving security threats, particularly those arising from fault injection attacks. This work seeks to advance the understanding of fault injection attacks and their impact on both the hardware and software aspects of open-source processors. The scientific challenge lies in designing methods and tools capable of effectively analyzing the robustness of embedded systems under fault injection. We will jointly consider the RTL model of the target processor and the executed program, addressing the limitations of current methods (whether through simulation or formal analysis) and exploring innovative approaches to adapt the analysis to larger programs and more complex processor microarchitectures. The experimental work will rely on RTL simulators such as Verilator or QuestaSim, the formal analysis tool µARCHIFI developed at CEA-List, and open-source implementations of secure processors such as the RISC-V CV32E40S processor. This project aligns not only with broader objectives of improving embedded system cybersecurity but also has practical implications, such as contributing to the verification of realistic secure architectures.