Avec le développement croissant d'Internet, les applications Web sont devenues de plus en plus vulnérables et exposées à des attaques malveillantes pouvant porter atteinte à des propriétés essentielles telles que la confidentialité, l'intégrité ou la disponibilité des systèmes d'information. Pour faire face à ces malveillances, il est nécessaire de développer des mécanismes de protection et de test (pare feu, système de détection d'intrusion, scanner Web, etc.) qui soient efficaces. La question qui se pose est comment évaluer l'efficacité de tels mécanismes et quels moyens peut-on mettre en oeuvre pour analyser leur capacité à détecter correctement des attaques contre les applications web. Dans cette thèse nous proposons une nouvelle méthode, basée sur des techniques de clustering de pages Web, qui permet d'identifier les vulnérabilités à partir de l'analyse selon une approche boîte noire de l'application cible. Chaque vulnérabilité identifiée est réellement exploitée ce qui permet de s'assurer que la vulnérabilité identifiée ne correspond pas à un faux positif. L'approche proposée permet également de mettre en évidence différents scénarios d'attaque potentiels incluant l'exploitation de plusieurs vulnérabilités successives en tenant compte explicitement des dépendances entre les vulnérabilités. Nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux vulnérabilités de type injection de code, par exemple les injections SQL. Cette méthode s'est concrétisée par la mise en oeuvre d'un nouveau scanner de vulnérabilités et a été validée expérimentalement sur plusieurs exemples d'applications vulnérables. Nous avons aussi développé une plateforme expérimentale intégrant le nouveau scanner de vulnérabilités, qui est destinée à évaluer l'efficacité de systèmes de détection d'intrusions pour des applicationsWeb dans un contexte qui soit représentatif des menaces auxquelles ces applications seront confrontées en opération. Cette plateforme intègre plusieurs outils qui ont été conçus pour automatiser le plus possible les campagnes d'évaluation. Cette plateforme a été utilisée en particulier pour évaluer deux techniques de détection d'intrusions développées par nos partenaires dans le cadre d'un projet de coopération financé par l'ANR, le projet DALI.

Les bétons autoplaçants (BAP) se distinguent des bétons ordinaires (BO) ou vibrés, par leurs propriétés à l'état frais. Ils sont capables de s'écouler sous leur propre poids, quelque soit le confinement du milieu, et restent homogènes au cours de l'écoulement. Pour parvenir à ce cahier de charge, les BAP sont formulés différemment des BO. En général, ils possèdent un même dosage en ciment et en eau que les BO ainsi qu'un volume de sable assez proche. L'apport de la pâte (ciment + eau + adition) est privilégié au détriment des gravillons. L'objectif du travail de recherche présenté dans cette thèse porte sur l'effet de l'attaque sulfatique externe sur les bétons autoplaçants. Pour cela quatre types de bétons autoplaçants à base de ciments, de granulats concassés et d'adjuvants ont été confectionnés. Chaque béton a subit quatre protocoles différents d'attaque sulfatique externe à savoir l'immersion totale, l'immersion-séchage à 105°C, l'immersion-séchage à 60°C et l'exposition des éprouvettes à un brouillard salin. Ces ambiances visent à reproduire de manière accélérée les différentes sources de pollutions capables de générer des attaques sulfatiques externes. A terme de six mois d'exposition des échantillons en béton et en mortier, il a été possible de dresser les principales conclusions reposant sur des études macroscopiques et microscopiques des échantillons testés. Trois comportements différents des bétons ont pu êtres distingués : bétons résistent à l'attaque sulfatique externe, bétons endommagés suite à cette attaque et bétons endommagés par la précipitation des sels et non par une réaction sulfatique externe. En conclusion, cette recherche a permis d'identifier les protocoles accélérés les plus adaptés aux études de la durabilité des bétons et de classer les bétons autoplaçants confectionnés avec des granulats concassés selon leurs résistants aux attaques sulfatiques externes (pollutions industrielles ou construction sur des sols gypseux).

La biométrie suscite de plus en plus d’intérêt de la part des industriels car nous avons besoin de nouvelles méthodes d’authentification d’un individu : pour du contrôle d’accès physique, du contrôle aux frontières ou pour du paiement. Ces données non révocables et sensibles sont très souvent stockées sur des systèmes embarqués de type élément sécurisé (SE), comme par exemple une carte à puce. Ces SE embarquent aussi un module de comparaison nommé On-Card-Comparison (OCC), permettant de déterminer si le template présenté correspond bien à celui stocké sur l’élément sécurisé. Dans cette thèse, nous nous intéressons particulièrement aux empreintes digitales car c’est une modalité biométrique bien perçue par les usagers. Nous proposons dans cette thèse différentes contributions permettant d’évaluer des systèmes biométriques embarqués. La première est une plateforme d’évaluation de systèmes biométriques nommée EVABIO. La seconde contribution, permet d’évaluer l’incidence sur les performances lors de la réduction de templates biométriques lorsqu’ils doivent être stockés sur un SE. Nous proposons des méthodes permettant de réduire la taille du template biométrique tout en gardant un taux de reconnaissance élevé, garantissant ainsi un bon niveau de performance du système biométrique complet. La dernière contribution étudie les attaques d’un système biométrique embarqué sur SE. Nous regardons quels a priori sont importants pour un imposteur : nous avons montré que le type de l’empreinte digitale est une information importante pour un attaquant. Nous avons également proposé une contre-mesure pour les systèmes embarqués. / Biometrics is sparking the interest of manufacturers and industrial compagniesbecause we are in need of new methods of authenticating individuals: for physicalaccess control, border control or for payments. Non-revocable and sensitive data isvery often stored on embedded systems of the secure element type (SE), such as asmart card. SEs include a comparison module called On-Card-Comparison (OCC),which determines whether the template presented corresponds to the template storedwithin it. In this thesis, we are particularly interested in fingerprints because it is abiometric modality that is very well perceived by the population.We propose in this thesis different contributions to evaluate embedded biometricsystems. The first is a biometric evaluation platform called EVABIO. The secondcontribution evaluates the impact on performance when reducing biometric templatesthat are to be stored on an SE. We propose methods to reduce the size of biometrictemplates while maintaining a high recognition rate thus, guaranteeing a good level ofperformance of the global biometric system. The last contribution studies attacks ona biometric system that is embedded on a SE. We look at what a priori are importantfor an impostor: we have shown that the type of fingerprint is an important a prioriand the reason why we have also proposed a countermeasure for embedded systems.

Cette thèse se situe à l'intersection de la cryptographie et de l'arithmétique des ordinateurs. Elle traite de l'amélioration de primitives cryptographiques asymétriques en termes d'accélération des calculs et de protection face aux attaques par fautes par le biais particulier de l'utilisation des systèmes de représentation des nombres par les restes (RNS). Afin de contribuer à la sécurisation de la multiplication modulaire, opération centrale en cryptographie asymétrique, un nouvel algorithme de réduction modulaire doté d'une capacité de détection de faute est présenté. Une preuve formelle garantit la détection des fautes sur un ou plusieurs résidus pouvant apparaître au cours d'une réduction. De plus, le principe de cet algorithme est généralisé au cas d'une arithmétique dans un corps fini non premier. Ensuite, les RNS sont exploités dans le domaine de la cryptographie sur les réseaux euclidiens. L'objectif est d'importer dans ce domaine certains avantages des systèmes de représentation par les restes dont l'intérêt a déjà été montré pour une arithmétique sur GF(p) notamment. Le premier résultat obtenu est une version en représentation hybride RNS-MRS de l'algorithme du « round-off » de Babai. Puis une technique d'accélération est introduite, permettant d'aboutir dans certains cas à un algorithme entièrement RNS pour le calcul d'un vecteur proche. / This thesis is at the crossroads between cryptography and computer arithmetic. It deals with enhancement of cryptographic primitives with regard to computation acceleration and protection against fault injections through the use of residue number systems (RNS) and their associated arithmetic. So as to contribute to secure the modular multiplication, which is a core operation for many asymmetric cryptographic primitives, a new modular reduction algorithm supplied with fault detection capability is presented. A formal proof guarantees that faults affecting one or more residues during a modular reduction are well detected. Furthermore, this approach is generalized to an arithmetic dedicated to non-prime finite fields Fps . Afterwards, RNS are used in lattice-based cryptography area. The aim is to exploit acceleration properties enabled by RNS, as it is widely done for finite field arithmetic. As first result, a new version of Babai’s round-off algorithm based on hybrid RNS-MRS representation is presented. Then, a new and specific acceleration technique enables to create a full RNS algorithm computing a close lattice vector.

Depuis les années 90, les attaques par canaux auxiliaires ont remis en cause le niveau de sécurité des algorithmes cryptographiques sur des composants embarqués. En effet, tout composant électronique produit des émanations physiques, telles que le rayonnement électromagnétique, la consommation de courant ou encore le temps d’exécution du calcul. Or il se trouve que ces émanations portent de l’information sur l’évolution de l’état interne. On parle donc de canal auxiliaire, car celui-ci permet à un attaquant avisé de retrouver des secrets cachés dans le composant par l’analyse de la « fuite » involontaire. Cette thèse présente d’une part deux nouvelles attaques ciblant la multiplication modulaire permettant d’attaquer des algorithmes cryptographiques protégés et d’autre part une démonstration formelle du niveau de sécurité d’une contre-mesure. La première attaque vise la multiplication scalaire sur les courbes elliptiques implémentée de façon régulière avec un masquage du scalaire. Cette attaque utilise une unique acquisition sur le composant visé et quelques acquisitions sur un composant similaire pour retrouver le scalaire entier. Une fuite horizontale durant la multiplication de grands nombres a été découverte et permet la détection et la correction d’erreurs afin de retrouver tous les bits du scalaire. La seconde attaque exploite une fuite due à la soustraction conditionnelle finale dans la multiplication modulaire de Montgomery. Une étude statistique de ces soustractions permet de remonter à l’enchaînement des multiplications ce qui met en échec un algorithme régulier dont les données d’entrée sont inconnues et masquées. Pour finir, nous avons prouvé formellement le niveau de sécurité de la contre-mesure contre les attaques par fautes du premier ordre nommée extension modulaire appliquée aux courbes elliptiques. / : Since the 1990s, side channel attacks have challenged the security level of cryptographic algorithms on embedded devices. Indeed, each electronic component produces physical emanations, such as the electromagnetic radiation, the power consumption or the execution time. Besides, these emanations reveal some information on the internal state of the computation. A wise attacker can retrieve secret data in the embedded device using the analyzes of the involuntary “leakage”, that is side channel attacks. This thesis focuses on the security evaluation of asymmetric cryptographic algorithm such as RSA and ECC. In these algorithms, the main leakages are observed on the modular multiplication. This thesis presents two attacks targeting the modular multiplication in protected algorithms, and a formal demonstration of security level of a countermeasure named modular extension. A first attack is against scalar multiplication on elliptic curve implemented with a regular algorithm and scalar blinding. This attack uses a unique acquisition on the targeted device and few acquisitionson another similar device to retrieve the whole scalar. A horizontal leakage during the modular multiplication over large numbers allows to detect and correct easily an error bit in the scalar. A second attack exploits the final subtraction at the end of Montgomery modular multiplication. By studying the dependency of consecutive multiplications, we can exploit the information of presence or absence of final subtraction in order to defeat two protections : regular algorithm and blinding input values. Finally, we prove formally the security level of modular extension against first order fault attacks applied on elliptic curves cryptography.

Le premier protocole cryptographique basé sur les codes correcteurs d'erreurs a été proposé en 1978 par Robert McEliece. La cryptographie basée sur les codes est dite post-quantique car il n'existe pas à l'heure actuelle d'algorithme capable d'attaquer ce type de protocoles en temps polynomial, même en utilisant un ordinateur quantique, contrairement aux protocoles basés sur des problèmes de théorie des nombres. Toutefois, la sécurité du cryptosystème de McEliece ne repose pas uniquement sur des problèmes mathématiques. L'implantation, logicielle ou matérielle, a également un rôle très important pour sa sécurité et l'étude de celle-ci face aux attaques par canaux auxiliaires/cachés n'a débuté qu'en 2008. Des améliorations sont encore possibles. Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles attaques sur le déchiffrement du cryptosystème de McEliece, utilisé avec les codes de Goppa classiques, ainsi que des contre-mesures correspondantes. Les attaques proposées sont des analyses de temps d'exécution ou de consommation d'énergie. Les contre-mesures associées reposent sur des propriétés mathématiques et algorithmiques. Nous montrons qu'il est essentiel de sécuriser l'algorithme de déchiffrement en le considérant dans son ensemble et non pas seulement étape par étape / The first cryptographic protocol based on error-correcting codes was proposed in 1978 by Robert McEliece. Cryptography based on codes is called post-quantum because until now, no algorithm able to attack this kind of protocols in polynomial time, even using a quantum computer, has been proposed. This is in contrast with protocols based on number theory problems like factorization of large numbers, for which efficient Shor's algorithm can be used on quantum computers. Nevertheless, the McEliece cryptosystem security is based not only on mathematical problems. Implementation (in software or hardware) is also very important for its security. Study of side-channel attacks against the McEliece cryptosystem have begun in 2008. Improvements can still be done. In this thesis, we propose new attacks against decryption in the McEliece cryptosystem, used with classical Goppa codes, including corresponding countermeasures. Proposed attacks are based on evaluation of execution time of the algorithm or its power consumption analysis. Associate countermeasures are based on mathematical and algorithmic properties of the underlying algorithm. We show that it is necessary to secure the decryption algorithm by considering it as a whole and not only step by step

Dans le domaine de la conception de circuits sécurisés (cartes à puce) et plus particulièrement des circuits robustes aux attaques différentielles en puissance (DPA), la logique double rail apparaît comme une alternative intéressante à la logique statique CMOS. En effet, le codage associé à ce style de logique offre la possibilité d'équilibrer la consommation rendant ainsi impossible les attaques DPA. Partant de ce constat, dans cette thèse, nous nous sommes focalisés sur l'analyse des atouts et faiblesses de la logique double rail et surtout à son amélioration. Dans un premier temps, nous avons montré qu'un circuit double rail est nettement plus résistant aux attaques DPA que son homologue simple rail. Dans un deuxième temps, après une étude approfondie de l'impact de la synthèse physique sur la robustesse de la logique double rail, nous avons abouti à la conclusion qu'en présence de déséquilibres des capacités de charge, des temps de transition et des temps d'arrivée, les circuits double rail peuvent perdre leur avantage et devenir vulnérables aux attaques DPA. Cette étude a permis de définir quelques métriques de robustesse aux attaques DPA à partir desquelles nous avons clairement établi qu'une cellule double rail n'est robuste que si les signaux la contrôlant arrivent tous dans un intervalle de temps particulièrement réduit. Afin d'éliminer cette faiblesse résiduelle de la logique double rail, nous avons finalement proposé une amélioration simple mais efficace de la logique double rail. La logique résultante a été appelée STTL (Secured Triple Track Logic). La mise en oeuvre de cette logique a permis de montrer que la logique STTL permet d'obtenir des circuits dont les temps de calcul et la consommation sont indépendants des données.

En France, les chaudières à lit fluidisé circulant (LFC) ont une vingtaine d'années d'existence. Malgré leur âge, l'intérêt de leur système de désulfuration des fumées est amoindri du fait de la difficulté à valoriser les cendres qu'elles produisent. A l'heure actuelle, les voies de valorisation envisageables pour ces co-produits sont faiblement consommatrices de cendre et la filière du génie civil, c'est-à-dire la confection de ciment et de béton, leur reste inaccessible. Ces travaux de thèse visent à démontrer que sous réserves de plusieurs précautions, il est possible et même intéressant de confectionner un ciment contenant la cendre volante LFC. Du point de vue minéralogique, les cendres volantes LFC se différencient clairement des cendres volantes silico-alumineuses issues des chaudières à charbon pulvérisé (CP) normalisées par la présence de minéraux argileux, proches de ceux contenus dans les combustibles. A l'aide de la diffraction des rayons X et d'un logiciel de traitement de données par méthode de Rietveld, plusieurs couples de combustible et de cendre ont été caractérisés afin d'étudier leur filiation minéralogique. Du point de vue chimique, le système de désulfuration des chaudières LFC conduit à une grande diversité de composition chimique, de par l'ajout en quantité variable d'une fraction sulfo-calcique aux résidus silico-alumineux de la combustion des charbons. Cette fraction, constituée d'anhydrite et de chaux vive, est le principal frein à la valorisation de la cendre dans la filière du génie civil. Que la cendre soit hydratée seule ou en mélange avec du ciment, son anhydrite conduit à la formation d'ettringite, hydrate responsable de désordres dans la pâte de ciment. Les travaux de thèse eurent comme objectif d'étudier ce phénomène, en tâchant de le relier aux variations dimensionnelles de mortier et de béton. Au final, nos résultats dressent une liste de spécifications, suffisantes pour rendre réalisable la confection d'un ciment composé destiné à une utilisation industrielle. De plus, des essais mécaniques montrent que la nature physique, chimique et minéralogique de la cendre constitue un avantage en terme de résistance mécanique pour confectionner des ciments composés. En détaillant les principaux facteurs qui influencent le gonflement ettringitique et en apportant un nouvel éclairage sur la nature minéralogique de la cendre, cette étude pourrait aider, à terme, à la prise en compte de cette addition minérale dans les normes relatives à la confection de ciment et de béton.

L'attaque de retransmission sélective est une menace sérieuse dans les réseaux de capteurs sans fil (WSN), en particulier dans les systèmes de surveillance. Les noeuds peuvent supprimer de manière malicieuse certains paquets de données sensibles, ce qui risque de détruire la valeur des données assemblées dans le réseau et de diminuer la disponibilité des services des capteurs. Nous présentons un système de sécurité léger basé sur l'envoi de faux rapports pour identifier les attaques de retransmission sélective après avoir montré les inconvénients des systèmes existants. Le grand avantage de notre approche est que la station de base attend une séquence de faux paquets à un moment précis sans avoir communiqué avec les noeuds du réseau. Par conséquent, elle sera capable de détecter une perte de paquets. L'analyse théorique montre que le système proposé peut identifier ce type d'attaque et peut alors améliorer la robustesse du réseau dans des conditions d'un bon compromis entre la fiabilité de la sécurité et le coût de transmission. Notre système peut atteindre un taux de réussite élevé d‟identification face à un grand nombre de noeuds malicieux, tandis que le coût de transmission peut être contrôlé dans des limites raisonnables. / The selective forwarding attack is a serious threat in wireless sensor networks (WSN), especially in surveillance systems. Nodes can maliciously delete some sensitive data packets, which could destroy the value of the data assembled in the network and reduce its sensors availability. After describing the drawbacks of the existing systems in this thesis, we will present a lightweight security system based on sending fake reports used to identify selective forwarding attacks. The great advantage in our approach is that the base station expects a number of packets at a specific time. Therefore, it will be able to detect missing or delayed packets. Theoretical analysis shows that the proposed system can identify this type of attack, which will improve the robustness of the network under conditions of a good tradeoff between the security, reliability and communication overhead. Our system can achieve a high ratio of identification when facing a large number of malicious nodes, while the communication overhead can be controlled within reasonable bounds.

Avec le développement croissant d’Internet, les applications Web sont devenues de plus en plus vulnérables et exposées à des attaques malveillantes pouvant porter atteinte à des propriétés essentielles telles que la confidentialité, l’intégrité ou la disponibilité des systèmes d’information. Pour faire face à ces malveillances, il est nécessaire de développer des mécanismes de protection et de test (pare-feu, système de détection d’intrusion, scanner Web, etc.) qui soient efficaces. La question qui se pose est comment évaluer l’efficacité de tels mécanismes et quels moyens peut-on mettre en oeuvre pour analyser leur capacité à détecter correctement des attaques contre les applications web.Dans cette thèse nous proposons une nouvelle méthode, basée sur des techniques de clustering de pages Web, qui permet d’identifier les vulnérabilités à partir de l’analyse selon une approche boîte noire de l’application cible. Chaque vulnérabilité identifiée est réellement exploitée ce qui permet de s’assurer que la vulnérabilité identifiée ne correspond pas à un faux positif. L’approche proposée permet également de mettre en évidence différents scénarios d’attaque potentiels incluant l’exploitation de plusieurs vulnérabilités successives en tenant compte explicitement des dépendances entre les vulnérabilités.Nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux vulnérabilités de type injection de code, par exemple les injections SQL. Cette méthode s’est concrétisée par la mise en oeuvre d’un nouveau scanner de vulnérabilités et a été validée expérimentalement sur plusieurs exemples d’applications vulnérables. Nous avons aussi développé une plateforme expérimentale intégrant le nouveau scanner de vulnérabilités, qui est destinée à évaluer l’efficacité de systèmes de détection d’intrusions pour des applications Web dans un contexte qui soit représentatif des menaces auxquelles ces applications seront confrontées en opération. Cette plateforme intègre plusieurs outils qui ont été conçus pour automatiser le plus possible les campagnes d’évaluation. Cette plateforme a été utilisée en particulier pour évaluer deux techniques de détection d’intrusions développées par nos partenaires dans le cadre d’un projet de coopération financé par l’ANR, le projet DALI. / With the increasing development of Internet, Web applications have become increasingly vulnerable and exposed to malicious attacks that could affect essential properties such as confidentiality, integrity or availability of information systems. To cope with these threats, it is necessary to develop efficient security protection mechanisms and testing techniques (firewall, intrusion detection system,Web scanner, etc..). The question that arises is how to evaluate the effectiveness of such mechanisms and what means can be implemented to analyze their ability to correctly detect attacks against Webapplications.This thesis presents a new methodology, based on web pages clustering, that is aimed at identifying the vulnerabilities of a Web application following a black box analysis of the target application. Each identified vulnerability is actually exploited to ensure that the identified vulnerability does not correspond to a false positive. The proposed approach can also highlight different potential attack scenarios including the exploitation of several successive vulnerabilities, taking into account explicitly the dependencies between these vulnerabilities. We have focused in particular on code injection vulnerabilities, such asSQL injections. The proposed method led to the development of a new Web vulnerability scanner and has been validated experimentally based on various vulnerable applications.We have also developed an experimental platform integrating the new web vulnerability scanner, that is aimed at assessing the effectiveness of Web applications intrusion detection systems, in a context that is representative of the threats that such applications face in operation. This platform integrates several tools that are designed to automate as much as possible the evaluation campaigns. It has been used in particular to evaluate the effectiveness of two intrusion detection techniques that have been developed by our partners of the collaborative project DALI, funded by the ANR, the French National Research Agency