Les calculateurs embarqués dans les automobiles, ou ECU (Electronic Control Unit) sont responsables d’un nombre croissant de fonctionnalités au sein du véhicule. Pour pouvoir coordonner leurs actions, ces calculateurs s’échangent des données via des bus de communication et forment ainsi un véritable réseau embarqué. Si historiquement ce réseau pouvait être considéré comme un système fermé, l’apparition de nombreux moyens de communication dans les automobiles a ouvert ce réseau au monde extérieur et fait émerger de nombreuses problématiques de sécurité dans ce domaine.Nos travaux s’inscrivent dans une démarche de mise en place de moyens de sécurité-immunité dans les réseaux automobiles. La thématique de la sécurité-immunité dans l’automobile étant un sujet relativement récent, un effort particulier a été apporté à la définition du contexte. Ainsi, dans ce manuscrit, nous décrivons les menaces qui peuvent cibler ces systèmes embarqués, proposons une classification des scénarios d’attaques puis présentons les différents mécanismes de sécurité pouvant être appliqués aux systèmes embarqués d’une automobile.Ensuite, afin de compléter les mesures de sécurité préventives mises en place pour empêcher un attaquant de pénétrer au coeur du réseau embarqué, nous proposons dans cette thèse un système de détection d’intrusion pour les réseaux automobiles embarqués. Celui-ci, conçu à partir des spécifications du ou des systèmes à surveiller, intègre notamment des mécanismes permettant d’effectuer une corrélation des messages observés sur le réseau afin d’identifier des séquences de messages suspectes. Après avoir décrit formellement le fonctionnement de notre système de détection, nous présentons de premières expérimentations visant à valider notre méthode et à évaluer ses performances. / In today’s automobiles, embedded computers, or ECUs (Electronic Control Units) are responsible for an increasing number of features in a vehicle. In order to coordinate their actions, these computers are able to exchange data over communication buses, effectively constituting an embedded network. While this network could previously be considered a closed system, the addition of means of communication in automobiles has opened this network to the outside world, thus raising many security issues.Our research work focuses on these issues and aims at proposing efficient architectural security mechanisms for protecting embedded automotive networks. The security of embedded automotive systems being a relatively recent topic, we first put a strong focus on defining the context. For that purpose, we describe the threats that can target a car’s embedded systems, provide a classification of the possible attack scenarios and present a survey of protection mechanisms in embedded automotive networks.Then, in order to complement the preventive security means that aim at stopping an attacker from entering the embedded network, we introduce an Intrusion Detection System (IDS) fit for vehicular networks. Leveraging the high predictability of embedded automotive systems, we use language theory to elaborate a set of attack signatures derived from behavioral models of the automotive calculators in order to detect a malicious sequence of messages transiting through the internal network. After a formal description of our IDS, we present a first batch of experiments aimed at validating our approach and assessing its performances.

PIGA est un outil permettant de détecter les comportements malicieux par analyse de trace système. Pour cela, il utilise des signatures représentant les comportements violant une ou plusieurs propriétés de sécurité définies dans la politique. Les signatures sont générées à partir de graphes modélisant les opérations entre les différentes entités du système et sont stockées en mémoire pendant la détection d’intrusion. Cette base de signatures peut atteindre une taille de plusieurs Mo et ainsi réduire les performances du système lorsque la détection d’intrusion est active. Durant cette thèse, nous avons mis en place plusieurs méthodes pour réduire la mémoire nécessaire pour stocker les signatures, tout en préservant leur qualité. La première méthode présentée est basée sur la décomposition modulaire des graphes. Nous avons utilisé cet outil de la théorie des graphes pour réduire la taille du graphe et, ainsi, diminuer le nombre de signatures, ainsi que leur longueur. Appliquée à des propriétés de confidentialité sur un système servant de passerelle, cette méthode divise par 20 le nombre de signatures générées. La seconde méthode réduit directement la base de signatures en supprimant des signatures inutiles lorsque PIGA est en mode IPS. Appliquée sur les mêmes propriétés, cette méthode divise par 5 le nombre de signatures générées. En utilisant les deux méthodes, on divise le nombre de signatures par plus de 50. Ensuite, nous avons adapté le mécanisme de détection afin d’utiliser les nouvelles signatures générées. Les expérimentations que nous avons effectuées montrent que notre système est équivalent à l’ancien système. De plus, nous avons réduit le temps de réponse de PIGA. / PIGA is a tool for detecting malicious behaviour by analysing system activity. This tool uses signatures representing illegal behaviours that violate security properties defined in the policy. The signatures are generated from graphs modelling the operation between different system entities and stored in the memory during the intrusion detection. The signature base can take up several MB (Megabytes). This will reduce system performance when the intrusion detection is running. During this thesis, we set up two methods to reduce the memory used to store the signatures while also preserving their quality. The first method is based on the modular decomposition of graphs. We used this notion of graph theory to reduce the size of the graph and lower the number and length of signatures. Applied to confidentiality properties on a gateway system, this method divides by 20 the number of generated signature. The second method reduces directly the signature base by deleting useless signatures when PIGA is used as an IPS. Applied to the same properties, this method divides by 5 the number of generated signatures. Using both methods together, the number of signatures is divided by more than 50. Next, we adapted the detection mechanism to use the new generated signatures. The experiments show that the new mechanism detects the same illegal behaviours detected by the previous one. Furthermore, we reduced the response time of PIGA.

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

La sécurité des systèmes de contrôle industriel est une préoccupation majeure. En effet, ces systèmes gèrent des installations qui jouent un rôle économique important. En outre, attaquer ces systèmes peut non seulement entraîner des pertes économiques, mais aussi menacer des vies humaines. Par conséquent, et comme ces systèmes dépendent des données collectées, il devient évident qu’en plus des exigences de temps réel, il est important de sécuriser les canaux de communication entre ces capteurs et les contrôleurs principaux. Ces problèmes sont plus difficiles à résoudre dans les réseaux de capteurs sans fil (WSN). Cette thèse a pour but d’aborder les questions de sécurité des WSN. Tout d’abord, nous effectuons une étude de sécurité approfondie du protocole WirelessHART. Ce dernier est le protocole leader pour les réseaux de capteurs sans fil industriels (WISN). Nous évaluons ses forces et soulignons ses faiblesses et ses limites. En particulier, nous décrivons deux vulnérabilités de sécurité dangereuses dans son schéma de communication et proposons des améliorations afin d’y remédier. Ensuite, nous présentons wIDS, un système de détection d’intrusion (IDS) multicouches qui se base sur les spécifications, spécialement développé pour les réseaux de capteurs sans fil industriels. L’IDS proposé vérifie la conformité de chaque action effectuée par un noeud sans fil sur la base d’un modèle formel du comportement normal attendu. / The security in Industrial Control Systems is a major concern. Indeed, these systems manage installations that play an important economical role. Furthermore, targeting these systems can lead not only to economical losses but can also threaten human lives. Therefore, and as these systems depend on sensing data, it becomes obvious that additionally to real-time requirement, it is important to secure communication channels between these sensors and the main controllers. These issues are more challenging inWireless Sensor Networks (WSN) as the use of wireless communications brings its own security weaknesses. This thesis aims to address WSN-based security issues. Firstly, we conduct an in-deep security study of the WirelessHART protocol. This latter is the leading protocol for Wireless Industrial Sensor Networks (WISN) and is the first international approved standard. We assess its strengths and emphasize its weaknesses and limitations. In particular, we describe two harmful security vulnerabilities in the communication scheme of WirelessHART and propose improvement in order to mitigate them. Secondly, we present wIDS, a multilayer specification based Intrusion Detection System (IDS) specially tailored for Wireless Industrial Sensor Networks. The proposed IDS checks the compliance of each action performed by a wireless node based on a formal model of the expected normal behavior.