L'injection de faute est une méthode bien connue pour évaluer la robustesse et détecter les vulnérabilités des systèmes. La détection des vulnérabilités créées par injection de fautes a été approchée par différentes méthodes. Dans la littérature deux approches existent: les approches logicielles et les approches matérielles. Les approches logicielles peuvent fournir une large et rapide couverture, mais ne garantissent pas la présence de vulnérabilité dans le système. Les approches matérielles sont incontestables dans leurs résultats, mais nécessitent l’utilisation de matériaux assez coûteux et un savoir-faire approfondi, qui ne permet tout de même pas dans la majorité des cas de confirmer le modèle de faute représentant l'effet créé. Dans un premier lieu, cette thèse se concentre sur l'approche logicielle et propose une approche automatisée qui emploie les techniques de la vérification formelle pour détecter des vulnérabilités créées par injection de faute au niveau binaire. L'efficacité de cette approche est montrée en l'appliquant à des algorithmes de cryptographie implémentés dans les systèmes embarqués. Dans un second lieu, cette thèse établit un rapprochement entre les deux approches logicielles et matérielles sur la détection de vulnérabilité d'injection de faute en comparant les résultats des expériences des deux approches. Ce rapprochement des deux approches démontre que: toutes les vulnérabilités détectées par l'approche logicielle ne peuvent pas être reproduites dans le matériel; les conjectures antérieures sur le modèle de faute par des attaques d'impulsion électromagnétique ne sont pas précises ; et qu’il y a un lien entre les résultats de l’approche logicielle et l'approche matérielle. De plus, la combinaison des deux approches peut rapporter une approche plus précise et plus efficace pour détecter les vulnérabilités qui peuvent être créées par injection de faute. / Fault injection is a well known method to test the robustness and security vulnerabilities of systems. Detecting fault injection vulnerabilities has been approached with a variety of different but limited methods. Software-based and hardware-based approaches have both been used to detect fault injection vulnerabilities. Software-based approaches can provide broad and rapid coverage, but may not correlate with genuine hardware vulnerabilities. Hardware-based approaches are indisputable in their results, but rely upon expensive expert knowledge, manual testing, and can not confirm what fault model represent the created effect. First, this thesis focuses on the software-based approach and proposes a general process that uses model checking to detect fault injection vulnerabilities in binaries. The efficacy and scalability of this process is demonstrated by detecting vulnerabilities in different cryptographic real-world implementations. Then, this thesis bridges software-based and hardware-based fault injection vulnerability detection by contrasting results of the two approaches. This demonstrates that: not all software-based vulnerabilities can be reproduced in hardware; prior conjectures on the fault model for electromagnetic pulse attacks may not be accurate; and that there is a relationship between software-based and hardware-based approaches. Further, combining both software-based and hardware-based approaches can yield a vastly more accurate and efficient approach to detect genuine fault injection vulnerabilities.

De manière générale, en informatique, les vulnérabilités logicielles sont définies comme des cas particuliers de fonctionnements non attendus du système menant à la dégradation des propriétés de sécurité ou à la violation de la politique de sécurité. Ces vulnérabilités peuvent être exploitées par des utilisateurs malveillants comme brèches de sécurité. Comme la documentation sur les vulnérabilités n'est pas toujours disponible pour les développeurs et que les outils qu'ils utilisent ne leur permettent pas de les détecter et les éviter, l'industrie du logiciel continue à être paralysée par des failles de sécurité. Nos travaux de recherche s'inscrivent dans le cadre du projet Européen SHIELDS et portent sur les techniques de modélisation et de détection formelles de vulnérabilités. Dans ce domaine, les approches existantes sont peu nombreuses et ne se basent pas toujours sur une modélisation formelle précise des vulnérabilités qu'elles traitent. De plus, les outils de détection sous-jacents produisent un nombre conséquent de faux positifs/négatifs. Notons également qu'il est assez difficile pour un développeur de savoir quelles vulnérabilités sont détectées par chaque outil vu que ces derniers sont très peu documentés. En résumé, les contributions réalisées dans le cadre de cette thèse sont les suivantes: Définition d'un formalisme tabulaire de description de vulnérabilités appelé template. Définition d'un langage formel, appelé Condition de Détection de Vulnérabilité (VDC). Une approche de génération de VDCs à partir des templates. Définition d'une approche de détection de vulnérabilités combinant le model checking et l'injection de fautes. Évaluation des deux approches / In general, computer software vulnerabilities are defined as special cases where an unexpected behavior of the system leads to the degradation of security properties or the violation of security policies. These vulnerabilities can be exploited by malicious users or systems impacting the security and/or operation of the attacked system. Since the literature on vulnerabilities is not always available to developers and the used tools do not allow detecting and avoiding them; the software industry continues to be affected by security breaches. Therefore, the detection of vulnerabilities in software has become a major concern and research area. Our research was done under the scope of the SHIELDS European project and focuses specifically on modeling techniques and formal detection of vulnerabilities. In this area, existing approaches are limited and do not always rely on a precise formal modeling of the vulnerabilities they target. Additionally detection tools produce a significant number of false positives/negatives. Note also that it is quite difficult for a developer to know what vulnerabilities are detected by each tool because they are not well documented. Under this context the contributions made in this thesis are: Definition of a formalism called template. Definition of a formal language, called Vulnerability Detection Condition (VDC), which can accurately model the occurrence of a vulnerability. Also a method to generate VDCs from templates has been defined. Defining a second approach for detecting vulnerabilities which combines model checking and fault injection techniques. Experiments on both approaches