L'objectif de ce travail est de fournir des modèles et outils pour simplifier la construction des systèmes distribués à base de composants sécurisés, ainsi que la gestion des propriétés de sécurité, en utilisant des outils de haut niveau d'abstraction pour la configuration et la reconfiguration dynamique. En plus des propriétés d'accessibilité et de communications sécurisées classiques, nous focalisons notre travail sur une propriété des systèmes répartis plus générale : la non-interférence. Cette propriété atteste qu'il ne doit pas y avoir de flux d'information entre des parties publiques et privées du système. Ce qui implique le suivi de l'acheminement de l'information entre les différentes composantes du système distribué. Notre objectif principal est donc de proposer un modèle, accompagné d'un ensemble d'outils, garantissant la propriété de la non-interférence à la construction du système, et ce à une plus grosse granularité : celle des composants. Ces outils permettent de (1) configurer les paramètres de sécurité des composants et des liaisons entre eux, (2) vérifier la propriété de non-interférence dans le code d'un composant et entre les différents composants du système et (3) générer automatiquement le code nécessaire pour appliquer ces propriétés de sécurité. D'autre part, nous proposons une architecture permettant de vérifier dynamiquement la propriété de non-interférence dans un système réparti.

Nous cherchons à améliorer l'état de l'art des implémentations de contrôle de flux d'information dans les systèmes Linux. Le contrôle de flux d'information vise à surveiller la façon dont l'information se dissémine dans le système une fois hors de son conteneur d'origine, contrairement au contrôle d'accès qui ne peut permettre d'appliquer des règles que sur la manière dont les conteneurs sont accédés. Plusieurs défis scientifiques et techniques se sont présentés. Premièrement, la base de code Linux est particulièrement grande, avec quinze millions de lignes de code réparties dans trente-mille fichiers. La première contribution de cette thèse a été un plugin pour le compilateur GCC permettant d'extraire et visualiser aisément les graphes de flot de contrôle des fonctions du noyau. Ensuite, le framework des Linux Security Modules qui est utilisé pour implémenter les moniteurs de flux d'information que nous avons étudiés (Laminar [1], KBlare [2] et Weir [3]) a été conçu en premier lieu pour le contrôle d'accès, et non de flux. La question se pose donc de savoir si le framework est implémenté de telle sorte à permettre la capture de tous les flux produits par les appels système. Nous avons créé et implémenté une analyse statique permettant de répondre à ce problème. Cette analyse statique est implémenté en tant que plugin GCC et nous a permis d'améliorer le framework LSM pour capturer tous les flux. Enfin, nous avons constaté que les moniteurs de flux actuels n'étaient pas résistants aux conditions de concurrence entre les flux et ne pouvaient pas traiter certains canaux ouverts tels que les projections de fichiers en mémoire et les segments de mémoire partagée entre processus. Nous avons implémenté Rfblare, un nouvel algorithme de suivi de flux, pour KBlare, dont nous avons prouvé la correction avec Coq. Nous avons ainsi montré que LSM pouvait être utilisé avec succès pour implémenter le contrôle de flux d'information, et que seules les méthodes formelles, permettant la mise en œuvre de méthodologie, d'analyses ou d'outils réutilisables, permettaient de s'attaquer à la complexité et aux rapides évolutions du noyau Linux. / We look forward to improving the implementations of information flow control mechanisms in Linux Operating Systems. Information Flow Control aims at monitoring how information disseminates in a system once it is out of its original container, unlike access control which can merely apply rule on how the containers are accessed. We met several scientific and technical challenges. First of all, the Linux codebase is big, over fifteen millions lines of code spread over thirty three thousand files. The first contribution of this thesis is a plugin for the GCC compiler able to extract and let a user easily visualize the control flow graphs of the Linux kernel functions. Secondly, the Linux Security Modules framework which is used to implement the information flow trackers we have reviewed (Laminar, KBlare, and Weir) was designed in the first place to implement access control, rather than information flow control. One issue is thus left open: is the framework implemented in such a way that all flows generated by system calls can be captured? We have created and implemented static analysis to address this problem and proved its correction with the Coq proof assistant system. This analysis is implemented as a GCC plugin and have allowed us to improve the LSM framework in order to capture all flows. Finally, we have noted that current information flow trackers are vulnerable to race conditions between flows and are unable to cover some overt channels of information such as files mapping to memory and shared memory segments between processes. We have implemented Rfblare, a new algorithm of flow tracking, for KBlare. The correction of this algorithm has been proved with Coq. We have showed that LSM can be used successfully to implement information flow control, and that only formal methods, leading to reusable methodology, analysis, tools, etc., are a match for the complexity and the fast-paced evolution of the Linux kernel.

L'objectif de ce travail est de fournir des modèles et outils pour simplifier la construction des systèmes distribués à base de composants sécurisés, ainsi que la gestion des propriétés de sécurité, en utilisant des outils de haut niveau d'abstraction pour la configuration et la reconfiguration dynamique. En plus des propriétés d'accessibilité et de communications sécurisées classiques, nous focalisons notre travail sur une propriété des systèmes répartis plus générale : la non-interférence. Cette propriété atteste qu'il ne doit pas y avoir de flux d'information entre des parties publiques et privées du système. Ce qui implique le suivi de l'acheminement de l'information entre les différentes composantes du système distribué. Notre objectif principal est donc de proposer un modèle, accompagné d'un ensemble d'outils, garantissant la propriété de la non-interférence à la construction du système, et ce à une plus grosse granularité : celle des composants. Ces outils permettent de (1) configurer les paramètres de sécurité des composants et des liaisons entre eux, (2) vérifier la propriété de non-interférence dans le code d'un composant et entre les différents composants du système et (3) générer automatiquement le code nécessaire pour appliquer ces propriétés de sécurité. D'autre part, nous proposons une architecture permettant de vérifier dynamiquement la propriété de non-interférence dans un système réparti. / The goal of this thesis is to provide models and tools to simplify secured component-based distributed systems' construction and the management of their security properties, by using high-level tools for dynamic configuration and reconfiguration. In addition to the classic properties of accessibility and secured communications, we focus on a more general security property of distributed systems : the non-interference. This property says that there mustn't be information flow between secret and public parts of the system ; which requires information flow control across the system. Our main objective is to propose a model and set of tools guarantying the non-interference property at compiletime, and at a bigger granularity : the components. These tools are (1) tools for configuring security parameters of components and binding between components, (2) a compiler checking the non-interference property, and (3) tools for automatic generation of code assuring these security properties. On the other hand, we present an architecture enabling a dynamic verification of the non-interference property in a distributed system.

De nos jours, les ordinateurs sont omniprésents. Tous ces ordinateurs stockent et manipulent de l'information, parfois sensible, d'où l'intérêt de protéger et de confiner la dissémination de cette information. Les mécanismes de contrôle de flux d'information permettent justement d'analyser des programmes manipulant de l'information sensible, afin de prévenir les fuites d'information. Les contributions de cette thèse incluent des techniques d'analyse de programmes pour le contrôle de flux d'information tant qualitatif que quantitatif. Les techniques d'analyse qualitatives permettent la détection et la prévention des fuites d'information. Les techniques quantitatives permettent d'estimer ces fuites afin de décider si elles sont négligeables. / Computers have become widespread nowadays. All these computers store and process information. Often, some of this information is sensitive; hence the need to confine and control its dissemination. An important field in computer science, that is concerned about analysing programs in order to confine and control the release of sensitive information, is the information flow control field. The contributions of this thesis include program analysis techniques for qualitative and quantitative information flow control. Qualitative techniques aim at detecting and preventing information leaks. Quantitative techniques go beyong the detection of information leaks, by estimating the leakage in order to decide whether it is negligeable.