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.

L'évolution des technologies microélectroniques voire déca-nanoélectroniques conduit simultanément à des tensions d'alimentation toujours plus faibles et à des quantités de transistors toujours plus grandes. De ce fait, les courants d'alimentation augmentent sous une tension d'alimentation qui diminue, situation qui exacerbe la sensibilité des circuits intégrés au bruit d'alimentation. Un bruit d'alimentation excessif se traduit par une augmentation du retard des portes logiques pouvant finalement produire des fautes de retard. Un bruit d'alimentation provoqué par des courants circulant dans les résistances parasites du Réseau de Distribution d'Alimentation est communément référencé sous la dénomination d'IR-Drop.Cette thèse s'intéresse à la modélisation et à la simulation de circuits logiques avec prise en compte du phénomène d'IR-Drop. Un algorithme original est tout d'abord proposé en vue d'une simulation de type ‘event-driven' du block logique sous test, en tenant compte de l'impact de l'ensemble du circuit intégré sur l'IR-Drop du block considéré. Dans ce contexte, des modèles précis et efficaces sont développés pour les courants générés par les portes en commutation, pour la propagation de ces courants au travers du réseau de distribution et pour les retards des portes logiques. D'abord, une procédure de pré-caractérisation des courants dynamiques, statiques et des retards est décrite. Ensuite, une seconde procédure est proposée pour caractériser la propagation des courants au travers du réseau de distribution. Nos modèles ont été implantés dans une première version du simulateur développé par nos collègues de Passau dans le cadre d'une collaboration. Enfin, l'impact des éléments capacitifs parasites du réseau de distribution est analysé et une procédure pour caractériser la propagation des courants est envisagée. / Scaling technology in deep-submicron has reduced the voltage supply level and increased the number of transistors in the chip, increasing the power supply noise sensitivity of the ICs. Excessive power supply noise affects the timing performance increasing the gate delay and may cause timing faults. Specifically, power supply noise induced by the currents that flow through the resistive parasitic elements of the Power Distribution Network (PDN) is called IR-Drop. This thesis deals with the modelling and simulation of logic circuits in the context of IR-drop. An original algorithm is proposed allowing to perform an event-driven delay simulation of the logic Block Under Test (BUT) while taking into account the whole chip IR-drop impact on the simulated block. To do so, we develop accurate and efficient electrical models for the currents generated by the switching gates, the propagation of the current draw through the PDN and the gate delays. First, the pre-characterization process for the dynamic currents, static currents and gate delays is described to generate a gate library. Then, another pre-characterization procedure is suggested to estimate the current distribution through the resistive PDN model. Our models are implemented in a first version of the simulator by the University of Passau in the context of a project collaboration. In addition, the impact of the parasitic capacitive elements of the PDN is analyzed and a procedure to derive the current distribution in a resistive-capacitive PDN model is proposed.

Scaling technology in deep-submicron has reduced the voltage supply level and increased the number of transistors in the chip, increasing the power supply noise sensitivity of the ICs. Excessive power supply noise affects the timing performance increasing the gate delay and may cause timing faults. Specifically, power supply noise induced by the currents that flow through the resistive parasitic elements of the Power Distribution Network (PDN) is called IR-Drop. This thesis deals with the modelling and simulation of logic circuits in the context of IR-drop. An original algorithm is proposed allowing to perform an event-driven delay simulation of the logic Block Under Test (BUT) while taking into account the whole chip IR-drop impact on the simulated block. To do so, we develop accurate and efficient electrical models for the currents generated by the switching gates, the propagation of the current draw through the PDN and the gate delays. First, the pre-characterization process for the dynamic currents, static currents and gate delays is described to generate a gate library. Then, another pre-characterization procedure is suggested to estimate the current distribution through the resistive PDN model. Our models are implemented in a first version of the simulator by the University of Passau in the context of a project collaboration. In addition, the impact of the parasitic capacitive elements of the PDN is analyzed and a procedure to derive the current distribution in a resistive-capacitive PDN model is proposed.