Recent research has indicated that although security systems are developing, illegal intrusion to computers is on the rise. The research conducted here illustrates that improving intrusion detection and prevention methods is fundamental for improving the overall security of systems. This research includes the design of a novel Intrusion Detection System (IDS) which identifies four levels of visibility of attacks. Two major areas of security concern were identified: speed and volume of attacks; and complexity of multistage attacks. Hence, the Multistage Intrusion Detection and Prevention System (MIDaPS) that is designed here is made of two fundamental elements: a multistage attack engine that heavily depends on attack trees and a Denial of Service Engine. MIDaPS were tested and found to improve current intrusion detection and processing performances. After an intensive literature review, over 25 GB of data was collected on honeynets. This was then used to analyse the complexity of attacks in a series of experiments. Statistical and analytic methods were used to design the novel MIDaPS. Key findings indicate that an attack needs to be protected at 4 different levels. Hence, MIDaPS is built with 4 levels of protection. As, recent attack vectors use legitimate actions, MIDaPS uses a novel approach of attack trees to trace the attacker's actions. MIDaPS was tested and results suggest an improvement to current system performance by 84% whilst detecting DDOS attacks within 10 minutes.

Approved for public release, distribution is unlimited / The rapidly growing threat to civilian populations from different terrorist organizations and nuclear states involved in regional conflicts require new unorthodox solutions. The purpose of this work is to analyze steps that have been taken on the European continent before and after September 11 in order to create a new, more efficient system of protection of the civilian population against CBRN terrorist attacks, and to explore NATO's role in the most problematic issues. The research examines what was done within NATO since 1998 by members of the Euro-Atlantic Partnership Council in the field of improving population protection against the consequences of CBRN terrorist attacks in two dimensions: national and international. This evaluation leads to the argument that supports the importance of the creation of an international system of mutual assistance in case of CBRN terrorist attacks under NATO's leading role. / Lieutenant Colonel, Ministry for Emergencies of Ukraine

Depuis plusieurs années, les composants dédiés à la sécurité comme les cartes à puce sont soumises à des attaques dites par canaux cachés. Ces attaques permettent d'exhiber les secrets en analysant des caractéristiques physiques comme la consommation du composant ou encore son temps d'exécution. Dans le cadre de cette thèse, deux contremesures ont été réalisées et appliquées à l'AES (algorithme de chiffrement symétrique). De plus, afin d'aider les développements futurs des contremesures et la validation de celles-ci, un simulateur a été développé. Il permet de réaliser des attaques grâce à un modèle de consommation défini dans les phases amont de développement. Enfin, j'ai pu participer aux groupes de travail qui ont proposé Shabal à la compétition SHA-3, qui vise à définir un nouveau standard pour les fonctions de hachage. Des implantations matérielles ont été réalisées par la suite. / For several years, the security components such as smart cards are subject to side channel attacks. These attacks allow to exhibit secrets by analyzing the physical characteristics such as power consumption or execution time. As part of this thesis, two countermeasures were carried out and applied to the AES (symmetric cipher). In addition, to help future development of countermeasures and their validation, a simulator was developed. It realizes attacks using a power consumption model defined in the early phases of development. Finally, I participated in working groups that have proposed Shabal to SHA-3 competition, which aims to define a new standard for hash functions. Hardware implementations have been made thereafter.

La minimisation de la consommation d'énergie est primordiale lors de la conception de circuits. Cependant, il est nécessaire de s'assurer que cela ne compromette pas la sécurité des circuits. Et ce particulièrement face aux attaques physiques, les appareils mobiles étant des cibles idéales pour ces dernières.Ce travail vise à évaleur l'impact du body-biasing sur la résistance des circuits aux attaques laser. Ces techniques permettent d'ajuster dynamiquement le ratio consommation/performance d'un circuit en modifiant la tension de polarisation des caissons. Le manuscrit se découpe en quatre chapitres. Il commence par un état de l'art. Puis, le banc de test laser utilisé est présenté ainsi que le travail effectué pour permettre son automatisation et une première étude sur l'impact des impulsions laser de courte durée sur les mémoires SRAM. Le troisième chapitre rapporte les résultats d'une campagne d'injection de faute laser sur des mémoires soumises au body-biasing. Celle-ci permet de mettre en évidence une augmentation de la sensibilité au laser des circuits lorsque leur tension d'alimentation est réduite et que le Forward Body Biasing est utilisé. A partir de ces résultats, le dernier chapitre propose une méthode utilisant les capacités basse-consommation d'un microcontrôleur pour durcir un AES matériel. Ces travaux permettent ainsi de montrer que les techniques de réduction de la consommation peuvent constituer un risque sécuritaire potentiel si elle ne sont pas prises en compte correctement. Cependant, les capacités apportées au circuit dans ce cadre peuvent être détournées pour améliorer sa résistance aux attaques. / The increasing complexity of integrated circuits and the explosion of the number of mobile devices today makes power consumption minimisation a priority in circuit design. However, it is necessary to make sure that it does not compromise the security of sensitive circuits. In this regard, physical attacks are a particular concern, as mobile devices are ideal targets for these attacks.This work aims at evaluating the impact of body-biasing on circuit vulnerability to laser attacks. These methods allow to dynamically adjust the performance/consumption ratio of a circuit by modifying the bias voltage of the body. It is divided in four chapters. It begins by introducing cryptography, physical attacks and low power design methods. Then the test bench used during this thesis is described, as well as the developpement work done in order to allow its automation. Then an initial study of the impact of short duration laser pulses on SRAM memories is presented. The third chapter reports the results of a laser fault injection campaign on memories subjected to Forward Body-Biasing. The results show a sensitivy increase of the circuits when supply voltage is lowered and FBB is activated. Based on these results, the last chapter introduces a method using the body-biasing and voltage scaling capabilities of a microcontroller to harden a hardware AES embedded on the latter.In conclusion, this works shows that low-power design methods can induce additional security risks if they are not carefully taken into account. However the additional capabilities of the circuits intended for power consumption reduction can be used in a different way to enhance device resillience to attacks.

Em 2009, N. Heninger e H. Shacham apresentaram um algoritmo de reconstrução que permite recuperar a chave secreta sk do criptossistema RSA básico em tempo polinomial tendo em forma aleatória 27 % dos seus bits. Sabemos que podemos obter uma versão com erros (bits modicados) da chave secreta RSA graças aos ataques cold boot. O algoritmo apresentado por Heninger-Shacham corrige esses erros fazendo uso das relações matemáticas que existe entre as chaves pública e secreta do criptossistema RSA básico. O objetivo deste trabalho é estudar esse algoritmo para implementar e analisar seu análogo para o criptossistema RSA multi-primo. Os resultados obtidos mostram que para reconstruir a chave secreta sk do criptossistema RSA u-primos é preciso ter uma fração de bits corretos maior a 2 - 2^((u+2)/(2u+1)), mostrando assim que a segurança oferecida pelo criptossistema RSA multi-primo (u>/ 3) é maior com relação ao criptossistema RSA básico (u = 2). / In 2009, N. Heninger and H. Shacham presented an algoritm for reconstructing the secret key sk of the basic RSA cryptosystem in polynomial time With a fraction of random bits greater or equal to 0.27 of its bits. We know that secret key with errors sk can be obtained from DRAM using cold-boot attacks. The Heninger and Shacham\'s algorithm xes these errors using the redundancy of secret and public key of basic RSA cryptosystem. In this work, the topic is to study this algoritm to implement and analyze its analogous for the multi-prime RSA cryptosystem. Our obtained results show the secret key sk of multi-prime RSA cryptosystem can be Reconstructed having a fraction equal or greater than 2 - 2^((u+2)/(2u+1)) of random bits. therefore the security of multi-prime RSA cryptosystem (u >/ 3) is greater than basic RSA cryptosystem (u = 2).

Vehicular communication technologies, also called Vehicle-to-everything (V2X) systems, are expected to become common in the future, providing better effciency and safety in transportation. This envisioned large-scale deployment, however, critically depends on addressing some requirements. For example, to prevent abuse by drivers, messages exchanged among authorized vehicles must be authenticated, which implies the need of a Vehicular Public Key Infrastructure (VPKI). Unlike traditional Public Key Infrastructures (PKIs), though, VPKIs are also expected to preserve the drivers\' privacy; in particular, neither eavesdroppers or system entities should be able to easily identify or track the movements of vehicles using non-revoked certificates. One promising VPKI solution, which copes with such requirements and is among the main candidates for standardization in the United States and Europe, is Security Credential Management System (SCMS). In this thesis, aiming to address shortcomings identified in the SCMS architecture, three main contributions are provided. First, a mechanism for improving the exibility of revocation is described, allowing certificates and their owner\'s privacy to be temporarily revoked in an eficient manner; this functionality is useful, for example, in case a software malfunction is detected and a patch still needs to be released. Second, two birthday attacks against SCMS\'s certificate revocation process are detailed and then fixed, thus preventing the system\'s security degradation with the number of issued and revoked certificates. Finally, a method is proposed which simplifies SCMS\'s system architecture, removing the need for the so-called Linkage Authorities (LAs); this not only reduces the cost for SCMS\'s deployment, but also improves its security and privacy due to the removal of one potential point of failure/collusion. / Espera-se que as tecnologias de comunicação veicular, também chamadas de sistemas V2X (Vehicle-to-everything, em inglês), se tornem comuns no futuro, proporcionando melhor eficiência e segurança no transporte. Essa implantação planejada em larga escala, no entanto, depende criticamente de abordar alguns requisitos. Por exemplo, para prevenir abusos por motoristas, mensagens trocadas entre veículos autorizados devem ser autenticadas, o que implica na necessidade de uma Infraestrutura de Chaves Públicas Veicular (VPKI, do inglês, Vehicular Public Key Infrastructure). Diferente de Infraestruturas de Chaves Públicas (ICPs) tradicionais, porém, é esperado também que as VPKIs preservem a privacidade dos motoristas; em particular, que nem bisbilhoteiros, nem entidades do sistema possam identificar veículos ou rastrear seus movimentos facilmente utilizando certificados n~ao revogados. Uma solução promissora para VPKI, que lida com tais requisitos e está entre os principais candidatos para padronização nos Estados Unidos e na Europa é o Sistema de gerenciamento de credenciais de segurança (SCMS, do inglês, Security Credential Management System). Nessa dissertação, com o objetivo de abordar deficiências identificadas na arquitetura do SCMS, são fornecidas três contribuições principais. Primeiro, um mecanismo para melhorar a exibilidade do processo de revogação é descrito, permitindo que certificados e a privacidade de seus proprietários sejam revogados temporariamente de maneira eficiente; essa funcionalidade é útil, por exemplo, em caso de uma falha de software ser detectada e ser necessário a liberação de uma correção. Em segundo lugar, dois ataques do aniversário contra o processo de revogação do SCMS são detalhados e posteriormente corrigidos, assim, prevenindo a degradação de segurança do sistema com o número de certificados emitidos e revogados. Por fim, é proposto um método que simplifica a arquitetura do sistema SCMS, removendo a necessidade das chamadas Autoridades de Ligação (LAs, do inglês, Linkage Authorites); o que não só reduz o custo de implantação do SCMS, mas também aumenta sua segurança e privacidade devido à remoção de um potencial ponto de falha/conluio.

Entre 1979 et 1989, la région des Antilles et de la Guyane, et plus particulièrement la Guadeloupe, ont connu une décennie de violence. 284 attentats à la bombe ont été commis dans ces pays, soit un peu plus de 10 % des 2616 attentats perpétrés sur le territoire français de 1973 à 1980. Ces actes de violence ont été revendiqués par deux organisations “terroristes“ successives : le Groupe de libération armée (G.L.A) et l’Alliance révolutionnaire caraïbe. Cette “lutte armée“ avait pour objectif de “pousser“ le gouvernement français à accorder l’indépendance nationale à ses dernières possessions des Antilles et de l’Amérique du Sud. Cette thèse intitulée : “le traitement, dans la presse écrite, de la violence politique en Guadeloupe de 1979 à 1989“ s’attache à interroger la stratégie discursive des journaux nationaux et régionaux pour rendre compte des violences dans un pays où est à l’œuvre une théorie politique de l’assimilation. En se fondant sur le schéma actanciel, ce travail, dans sa première partie, s’emploie à dégager les grandes étapes de la formule “départementalisation“ qui s’est imposée au fil du temps comme cadre politique de régulation de la vie publique des départements d’outre-mer. Dans sa deuxième partie, il s’attarde à mettre en lumière le long processus historique qui a conduit aux événements de violence précités. Ceux-ci sont analysés, dans la troisième partie, par la technique de mise en relation contrastive du quotidien de “référence“ le “Monde“ et du journal “nationaliste“ le “Journal Guadeloupéen“, et par celle de l’analyse de contenu. Les résultats de ce travail sont de deux ordres : 1) le phénomène de la violence politique est saisi dans son fonctionnement pratique et théorique ; les premières vérités, à la suite d’une enquête approfondie, apparaissent sur cette période troublée. 2) la mise en relation contrastive, les analyses lexicale et thématique révèlent avec quel substrat les journaux construisent leurs dires. / Between 1979 and 1989, the region covering the French West Indies and Guyana, and in particular Guadeloupe, experienced a decade of violence. 284 bomb attacks were committed in these countries, i.e. slightly more than 10% of the 2,616 attacks carried out throughout French territory between 1973 and 1980. Two “terrorist” organizations successively claimed responsibility for these acts of violence: the Liberation Army Group (G.L.A.) and the Caribbean Revolutionary Alliance. The aim of this “armed struggle” was to “incite” the French government to grant national independence to its last strongholds in the West Indies and South America. This dissertation, entitled “How the written press dealt with the political violence in Guadeloupe between 1979 and 1989”, focuses on questioning the discursive strategy implemented by national and regional newspapers for reporting the violence in a country where a political theory on assimilation was brought into play. In its first part, this work, which is based on the actantial model, concentrates on highlighting the major phases in the “departmentalization” formula, which imposed itself over time as the political framework that would be used to regulate public life in overseas departments. In its second part, it emphasizes in detail the long historic process which led to the aforementioned violent events. These are analyzed in the third part through a contrastive study of the reference daily – Le Monde, with the nationalistic newspaper – the Journal Guadeloupéen and by analyzing the content. The results of this work are twofold: 1) the phenomenon of political violence is addressed in its theoretical and practical functioning; following an in-depth enquiry, the basic truths are brought to the fore for this troubled period. 2) the contrastive relationship, the lexical and thematic analysis uncovers the “substance” used by the newspapers for establishing their claims.

Dans cette thèse, nous analysons les vulnérabilités introduites par les infrastructures de test, comme les chaines de scan, utilisées dans les circuits intégrés digitaux dédiés à la cryptographie sur la sécurité d'un système. Nous développons de nouvelles attaques utilisant ces infrastructures et proposons des contre-mesures efficaces. L'insertion des chaînes de scan est la technique la plus utilisée pour assurer la testabilité des circuits numériques car elle permet d'obtenir d'excellents taux de couverture de fautes. Toutefois, pour les circuits intégrés à vocation cryptographique, les chaînes de scan peuvent être utilisées comme une porte dérobée pour accéder à des données secrètes, devenant ainsi une menace pour la sécurité de ces données. Nous commençons par décrire une série de nouvelles attaques qui exploitent les fuites d'informations sur des structures avancées de conception en vue du test telles que le compacteur de réponses, le masquage de valeur inconnues ou le scan partiel, par exemple. Au travers des attaques que nous proposons, nous montrons que ces structures ne protégent en rien les circuits à l'inverse de ce que certains travaux antérieurs ont prétendu. En ce qui concerne les contre-mesures, nous proposons trois nouvelles solutions. La première consiste à déplacer la comparaison entre réponses aux stimuli de test et réponses attenduesde l'équipement de test automatique vers le circuit lui-même. Cette solution entraine un surcoût de silicium négligeable, n'aucun impact sur la couverture de fautes. La deuxième contre-mesure viseà protéger le circuit contre tout accès non autorisé, par exemple au mode test du circuit, et d'assurer l'authentification du circuit. A cet effet, l'authentification mutuelle utilisant le protocole de Schnorr basé sur les courbes elliptiques est mis en oeuvre. Enfin, nous montronsque les contre-mesures algorithmiques agissant contre l'analyse différentielle peuvent être également utilisées pour se prémunir contre les attaques par chaine de scan. Parmi celles-ci on citera en particulier le masquage de point et le masquage de scalaire. / In this thesis, we firstly analyze the vulnerabilities induced by test infrastructures onto embedded secrecy in digital integrated circuits dedicated to cryptography. Then we propose new scan-based attacks and effective countermeasures. Scan chains insertion is the most used technique to ensure the testability of digital cores, providing high-fault coverage. However, for ICs dealing with secret information, scan chains can be used as back doors for accessing secret data, thus becominga threat to device's security. We start by describing a series of new attacks that exploit information leakage out of advanced Design-for-Testability structures such as response compaction, X-Masking and partial scan. Conversely to some previous works that proposed that these structures are immune to scan-based attacks, we show that our new attacks can reveal secret information that is embedded inside the chip boundaries. Regarding the countermeasures, we propose three new solutions. The first one moves the comparison between test responses and expected responses from the AutomaticTest Equipment to the chip. This solution has a negligible area overhead, no effect on fault coverage. The second countermeasure aims to protect the circuit against unauthorized access, for instance to the test mode, and also ensure the authentication of the circuit. For thatpurpose, mutual-authentication using Schnorr protocol on Elliptic Curves is implemented. As the last countermeasure, we propose that Differential Analysis Attacks algorithm-level countermeasures, suchas point-blinding and scalar-blinding can be reused to protect the circuit against scan-based attacks.

Les attaques en fautes consistent à perturber le fonctionnement d'un circuit intégré afin d'accéder à des informations confidentielles. Ce type d'attaque est critique pour la sécurité d'une application, en raison de la vaste gamme d'effets possibles : saut d'instructions, modifications de valeurs de registres … Les moyens mis en œuvre pour corrompre le fonctionnement d'un dispositif électronique sont divers et variés. Un circuit peut ainsi être utilisé en dehors de ses limites opérationnelles (en T°, V ou fréquence d'horloge), être soumis à de brusques variations de tension ou voir son signal d'horloge altéré. Ces attaques restent néanmoins globales, car elles perturbent le circuit dans son intégralité. De fait, elles sont facilement détectables par les nombreuses contremesures et capteurs intégrés de nos jours dans les circuits sécurisés. Des techniques plus élaborées ont ainsi vu le jour, notamment attaques dites LASER. Elles permettent de cibler une zone définie du circuit avec un effet très local, diminuant les risques d'être détectées par les capteurs ainsi que l'apparition de dysfonctionnements complets du système. Toutefois, ces attaques nécessitent une préparation physico-chimique du circuit, à la fois coûteuse et potentiellement destructrice pour l'échantillon ciblé. En raison de leur propriété de pénétration dans les matériaux, les injections électromagnétiques (Electromagnetic Injections) permettent, en théorie, de s'affranchir de toute étape de préparation. Leur capacité à transmettre de l'énergie sans contact direct, ainsi que la possibilité de les produire en possédant un matériel peu onéreux en font une technique de perturbation à fort potentiel. C'est dans ce contexte que cette thèse, intitulée « Injections électromagnétiques : développement d'outils et méthodes pour la réalisation d'attaques matérielles. » a été menée avec comme principaux objectifs la recherche de moyens de perturbation sans contact ne nécessitant pas d'étapes de préparation des échantillons, et produisant des effets localisés. Plus particulièrement, ces travaux de recherche ont donc d'abord été axés sur la réalisation d'une plateforme d'attaques basées sur la génération d'ondes EM harmoniques, en se focalisant sur les éléments clés que sont les sondes d'injection. Diverses expérimentations sur circuits intégrés en technologie récente, notamment sur une structure de générateur d‘horloge interne, ont permis de valider son efficacité. Enfin, des attaques sur générateurs de nombres aléatoires ont également été réalisées et ont démontré la possibilité de réduire l'aléa produit en sortie, en utilisant soit le phénomène de ‘locking' ou de manière plus surprenante, en provocant des fautes lors de l'échantillonnage des données par les éléments mémoires. / Attacks based on fault injection consist in disturbing a cryptographic computation in order to extract critical information on the manipulated data. Fault attacks constitute a serious threat against applications, due to the expected effects: bypassing control and protection, granting access to some restricted operations… Nevertheless, almost of classical ways (T°,V,F) and optical attacks are limited on the newest integrated circuits, which embed several countermeasures as active shield, glitch detectors, sensors… In this context, potentials of Electromagnetic active attacks must undoubtedly be taken into account, because of their benefits (penetrating characteristics, contactless energy transmission, low cost power production…). In this work, EM active attacks based on continuous mode are presented, with a particular attention to the development and optimization of injection probes, with a complete characterization of EM fields provided by each probe at the IC surface. Finally, some experiments are realized on internal clock generator or on true random numbers generators, then evaluated to prove the efficiency of these techniques. Keywords. Hardware Attacks, Faults Attacks, EM induced faults, CMOS Integrated Circuits.

De nos jours, les concepteurs de dispositifs cryptographiques doivent non seulement mettre en œuvre des algorithmes robustes, mais ils doivent également s'assurer qu'il n'y ait pas de fuites d'informations à travers plusieurs canaux latéraux lors de l'exécution d'un algorithme. En effet, si ce n'est pas le cas, les implémentations cryptographiques, tant symétriques qu'asymétriques, seront vulnérables aux attaques par canaux auxiliaires. Pour les algorithmes à clé publique tels que le RSA, l'opération principale que doit être rendue robuste est l'exponentiation modulaire sur un anneau fini. Les principales solutions (contremesures) permettant de rendre robuste l'exponentiation modulaire à ces attaques par canaux auxiliaires sont basées sur la randomisation des données traitées. La randomisation de l'exposant et celle des messages sont en effet des techniques particulièrement efficaces pour contrecarrer les attaques par collision et par analyse des corrélations verticales. Toutefois, ces solutions éculées montrent leurs limites par rapport aux attaques dites horizontales qui n'exploitent qu'une exponentiation. Dans ce contexte, ce document relate le travail de conception, tant matériel que logiciel, d'un chiffreur RSA basé sur les systèmes modulaires de représentation des nombres (RNS). Ce chiffreur incorpore différentes contremesures définies à divers niveaux d'abstraction. L'évaluation de sa robustesse aux attaques par canaux cachés tant horizontales que verticales a démontré sa pertinence. / Not only designers of cryptographic devices have to implement the algorithmsefficiently, they also have to ensure that sensible information that leaks throughseveral side-channels (time, temperature, power consumption, electromagneticemanations, etc.) during the execution of an algorithm, remains unexploitedby an attacker. If not sufficiently protected, both symmetric and asymmetriccryptographic implementations are vulnerable to these so-called side-channelattacks (SCA). For public-key algorithms such as RSA, the main operation to bearmoured consists of a multi-digit exponentiation over a finite ring.Countermeasures to defeat most of side-channel attacks onexponentiations are based on randomization of processed data. The exponentand the message blinding are particular techniques to thwartsimple, collisions, differential and correlation analyses. Attacks based ona single (trace) execution of exponentiations, like horizontal correlationanalysis and profiled template attacks, have shown to be efficient againstmost of popular countermeasures.This work proposes a hardware and software implementations of RSA based on Residue Number System (RNS). Different countermeasures are implemented on different abstraction levels. Then, chosen-message and correlation attacks, based on both multi-trace and single-trace attacks are applied to evaluate the robustness of adopted countermeasures. Finally, we propose an improved single-execution attack based on unsupervised learning and multi-resolution analysis using the wavelet transform.