Les logiciels multi-partis sont des applications distribuées sur le web qui mettent en oeuvre des fonctions collaboratives. Ces applications sont les principales cibles des attaquants qui exploitent des vulnérabilités logicielles dans le cadre d'activités malveillantes. Récemment, un type moins connu de vulnérabilité, les anomalies logiques, a attiré l'attention des chercheurs. Sur la base d'informations tirées de la documentation des applications, il est possible d'appliquer deux techniques de test: la vérification du modèle, autrement appelé ``model checking'', et les tests de sécurité de type ``boîte noire''. Le champs d'application du model checking ne prend pas en suffisamment en compte les implémentations actuelles, tandis que les tests de type boîte noire ne sont pas assez sophistiqués pour découvrir les vulnérabilités logique. Dans cette thèse, nous présentons deux techniques d'analyse modernes visant à résoudre les inconvénients de l'état de l'art. Pour commencer, nous présentons la vérification de deux protocoles de sécurité utilisant la technique du model checking. Ensuite, nous nous concentrons sur l'extension du model checking pour soutenir les tests automatisés d'implémentations. La seconde technique consiste en une analyse boîte noire qui combine l'inférence du modèle, l'extraction du processus et du flot de donnée, ainsi qu'une génération de tests basés sur les modèles d'attaque d'une application. En conclusion, nous discutons de l'application de techniques développées au cours de cette thèse sur des applications issues d'un contexte industrielle. / Multi-party business applications are distributed computer programs implementing collaborative business functions. These applications are one of the main target of attackers who exploit vulnerabilities in order to perform malicious activities. The most prevalent classes of vulnerabilities are the consequence of insufficient validation of the user-provided input. However, the less-known class of logic vulnerabilities recently attracted the attention of researcher. According to the availability of software documentation, two testing techniques can be used: design verification via model checking, and black-box security testing. However, the former offers no support to test real implementations and the latter lacks the sophistication to detect logic flaws. In this thesis, we present two novel security testing techniques to detect logic flaws in multi-party business applicatons that tackle the shortcomings of the existing techniques. First, we present the verification via model checking of two security protocols. We then address the challenge of extending the results of the model checker to automatically test protocol implementations. Second, we present a novel black-box security testing technique that combines model inference, extraction of workflow and data flow patterns, and an attack pattern-based test case generation algorithm. Finally, we discuss the application of the technique developed in this thesis in an industrial setting. We used these techniques to discover previously-unknown design errors in SAML SSO and OpenID protocols, and ten logic vulnerabilities in eCommerce applications allowing an attacker to pay less or shop for free.

Est-il possible de démontrer un théorème prouvant que l’accès aux données confidentielles d’un utilisateur d’un service Web (tel que GMail) nécessite la connaissance de son mot de passe, en supposant certaines hypothèses sur ce qu’un attaquant est incapable de faire (par exemple, casser des primitives cryptographiques ou accéder directement aux bases de données de Google), sans toutefois le restreindre au point d’exclure des attaques possibles en pratique?Il existe plusieurs facteurs spécifiques aux protocoles du Web qui rendent impossible une application directe des méthodes et outils existants issus du domaine de l’analyse des protocoles cryptographiques.Tout d’abord, les capacités d’un attaquant sur le Web vont largement au-delà de la simple manipulation des messages échangés entre le client et le serveur sur le réseau. Par exemple, il est tout à fait possible (et même fréquent en pratique) que l’utilisateur ait dans son navigateur un onglet contenant un site contrôlé par l’adversaire pendant qu’il se connecte à sa messagerie (par exemple, via une bannière publicitaire) ; cet onglet est, comme n’importe quel autre site, capable de provoquer l’envoi de requêtes arbitraires vers le serveur de GMail, bien que la politique d’isolation des pages du navigateur empêche la lecture directe de la réponse à ces requêtes. De plus, la procédure pour se connecter à GMail implique un empilement complexe de protocoles : tout d’abord, un canal chiffré, et dont le serveur est authentifié, est établi avec le protocole TLS ; puis, une session HTTP est créée en utilisant un cookie ; enfin, le navigateur exécute le code JavaScript retourné par le client, qui se charge de demander son mot de passe à l’utilisateur.Enfin, même en imaginant que la conception de ce système soit sûre, il suffit d’une erreur minime de programmation (par exemple, une simple instruction goto mal placée) pour que la sécurité de l’ensemble de l’édifice s’effondre.Le but de cette thèse est de bâtir un ensemble d’outils et de librairies permettant de programmer et d’analyser formellement de manière compositionelle la sécurité d’applicationsWeb confrontées à un modère plausible des capacités actuelles d’un attaquant sur le Web. Dans cette optique, nous étudions la conception des divers protocoles utilisés à chaque niveau de l’infrastructure du Web (TLS, X.509, HTTP, HTML, JavaScript) et évaluons leurs compositions respectives. Nous nous intéressons aussi aux implémentations existantes et en créons de nouvelles que nous prouvons correctes afin de servir de référence lors de comparaisons. Nos travaux mettent au jour un grand nombre de vulnérabilités aussi bien dans les protocoles que dans leurs implémentations, ainsi que dans les navigateurs, serveurs, et sites internet ; plusieurs de ces failles ont été reconnues d’importance critiques. Enfin, ces découvertes ont eu une influence sur les versions actuelles et futures du protocole TLS. / As ever more private user data gets stored on the Web, ensuring proper protection of this data (in particular when it transits through untrusted networks, or when it is accessed by the user from her browser) becomes increasingly critical. However, in order to formally prove that, for instance, email from GMail can only be accessed by knowing the user’s password, assuming some reasonable set of assumptions about what an attacker cannot do (e.g. he cannot break AES encryption), one must precisely understand the security properties of many complex protocols and standards (including DNS, TLS, X.509, HTTP, HTML,JavaScript), and more importantly, the composite security goals of the complete Web stack.In addition to this compositional security challenge, onemust account for the powerful additional attacker capabilities that are specific to the Web, besides the usual tampering of network messages. For instance, a user may browse a malicious pages while keeping an active GMail session in a tab; this page is allowed to trigger arbitrary, implicitly authenticated requests to GMail using JavaScript (even though the isolation policy of the browser may prevent it from reading the response). An attacker may also inject himself into honest page (for instance, as a malicious advertising script, or exploiting a data sanitization flaw), get the user to click bad links, or try to impersonate other pages.Besides the attacker, the protocols and applications are themselves a lot more complex than typical examples from the protocol analysis literature. Logging into GMail already requires multiple TLS sessions and HTTP requests between (at least) three principals, representing dozens of atomic messages. Hence, ad hoc models and hand written proofs do not scale to the complexity of Web protocols, mandating the use of advanced verification automation and modeling tools.Lastly, even assuming that the design of GMail is indeed secure against such an attacker, any single programming bug may completely undermine the security of the whole system. Therefore, in addition to modeling protocols based on their specification, it is necessary to evaluate implementations in order to achieve practical security.The goal of this thesis is to develop new tools and methods that can serve as the foundation towards an extensive compositional Web security analysis framework that could be used to implement and formally verify applications against a reasonably extensive model of attacker capabilities on the Web. To this end, we investigate the design of Web protocols at various levels (TLS, HTTP, HTML, JavaScript) and evaluate their composition using a broad range of formal methods, including symbolic protocol models, type systems, model extraction, and type-based program verification. We also analyze current implementations and develop some new verified versions to run tests against. We uncover a broad range of vulnerabilities in protocols and their implementations, and propose countermeasures that we formally verify, some of which have been implemented in browsers and by various websites. For instance, the Triple Handshake attack we discovered required a protocol fix (RFC 7627), and influenced the design of the new version 1.3 of the TLS protocol.