Dans la majeure partie des travaux effectués dans le domaine de la surveillance des systèmes, les outils servant à la détection et à la localisation des défauts sont synthétisés à partir d'une représentation en boucle ouverte du système. Or, la réalité des applications industrielles fait que les systèmes sont majoritairement insérés dans une boucle de régulation ou d'asservissement. Dans ce contexte, la tâche de diagnostic s'avère particulièrement délicate pour différentes raisons. D'une part, le contrôleur peut atténuer l'effet des défauts ce qui rend difficile leur détection. D'autre part, les entrées du système étant corrélées avec les sorties à cause du bouclage cela engendre une difficulté pour la localisation. Les travaux présentés dans cette thèse se scindent en deux parties: la première porte sur l'analyse systématique de la sensibilité des différents signaux de la boucle de régulation par rapport aux défauts (paramétriques et non paramétriques). L'objectif est de sélectionner ceux qui contiennent le plus d'information sur les défauts pour être exploités par la procédure du diagnostic. La deuxième propose une méthode de détection et de localisation de défauts des systèmes linéaires en boucle fermée soumis à des défauts additifs. Le principe de la méthode consiste à découpler les défauts des sorties afin que chaque défaut affecte une seule sortie ce qui facilite leur localisation / In most of the works concerning system supervision, the methods developed for fault detection and isolation are synthesized from an open-loop representation of the system. But considering real industrial applications, it appears that , most of the times, the system is inserted in a control loop with output feedback. In this context, the task of diagnosis is tedious for several reasons. Firstly, the controller is designed in order to attenuate the effect of the faults, consequently their detection becomes challenging. Secondly, due to the output feedback, the system inputs are correlated with the system outputs, which can complicate the fault isolation. The works presented in the present thesis can be divided into two parts. The first one focuses on the systematic analysis of the sensitivity of the several signals of the control loop with respect to the faults (both additive and parametric faults have been considered). The sensitivity analysis is carried out to select the signal encompassing most information on fault in order to be used for fault diagnosis. In the second one, a fault detection and isolation method based on input-output decoupling is presented for closed-loop linear systems with additive faults. The point is to compute an output feedback such that each fault affects only one output, and thus ease the diagnosis

Résumé confidentiel / Résumé confidentiel

La fiabilité est devenu un aspect important de conception des systèmes informatiques suite à la miniaturisation agressive de la technologie et le fonctionnement non interrompue qui introduisent un grand nombre de sources de défaillance des composantes matérielles. Le système matériel peut être affecté par des fautes causées par des défauts de fabrication ou de perturbations environnementales telles que les interférences électromagnétiques, les radiations externes ou les neutrons de haute énergie des rayons cosmiques et des particules alpha. Pour les systèmes embarqués et systèmes utilisés dans les domaines critiques pour la sécurité tels que l'avionique, l'aérospatiale et le transport, la présence de ces fautes peut endommager leurs composants et conduire à des défaillances catastrophiques. L'étude de nouvelles méthodes pour évaluer la fiabilité du système permet d'aider les concepteurs à comprendre les effets des fautes sur le système, et donc de développer des produits fiables et sûrs. En fonction de la phase de conception du système, le développement de méthodes d'évaluation de la fiabilité peut réduire les coûts et les efforts de conception, et aura un impact positif le temps de mise en marché du produit.L'objectif principal de cette thèse est de développer de nouvelles techniques pour évaluer la fiabilité globale du système informatique complexe. L'évaluation vise les fautes conduisant à des erreurs logicielles. Ces fautes peuvent se propager à travers les différentes structures qui composent le système complet. Elles peuvent être masquées lors de cette propagation soit au niveau technologique ou architectural. Quand la faute atteint la partie logicielle du système, elle peut endommager les données, les instructions ou le contrôle de flux. Ces erreurs peuvent avoir un impact sur l'exécution correcte du logiciel en produisant des résultats erronés ou empêcher l'exécution de l'application.Dans cette thèse, la fiabilité des différents composants logiciels est analysée à différents niveaux du système (en fonction de la phase de conception), mettant l'accent sur le rôle que l'interaction entre le matériel et le logiciel joue dans le système global. Ensuite, la fiabilité du système est évaluée grâce à des méthodologies d'évaluation flexible, rapide et précise. Enfin, le processus de prise de décision pour la fiabilité des systèmes informatiques est pris en charge avec les méthodes et les outils développés. / Reliability has become an important design aspect for computing systems due to the aggressive technology miniaturization and the uninterrupted performance that introduce a large set of failure sources for hardware components. The hardware system can be affected by faults caused by physical manufacturing defects or environmental perturbations such as electromagnetic interference, external radiations, or high-energy neutrons from cosmic rays and alpha particles.For embedded systems and systems used in safety critical fields such as avionic, aerospace and transportation, the presence of these faults can damage their components and leads to catastrophic failures. Investigating new methods to evaluate the system reliability helps designers to understand the effects of faults on the system, and thus to develop reliable and dependable products. Depending on the design phase of the system, the development of reliability evaluation methods can save the design costs and efforts, and will positively impact product time-to-market.The main objective of this thesis is to develop new techniques to evaluate the overall reliability of complex computing system running a software. The evaluation targets faults leading to soft errors. These faults can propagate through the different structures composing the full system. They can be masked during this propagation either at the technological or at the architectural level. When a fault reaches the software layer of the system, it can corrupt data, instructions or the control flow. These errors may impact the correct software execution by producing erroneous results or prevent the execution of the application leading to abnormal termination or application hang.In this thesis, the reliability of the different software components is analyzed at different levels of the system (depending on the design phase), emphasizing the role that the interaction between hardware and software plays in the overall system. Then, the reliability of the system is evaluated via a flexible, fast, and accurate evaluation framework. Finally, the reliability decision-making process in computing systems is comprehensively supported with the developed framework (methodology and tools).

Dans le domaine maritime, la maitrise de la navigation et de la conduite d’un navire sont deux aspects essentiels pour la bonne marche et la sécurité du navire, des personnels et la préservation de l’environnement maritime. Or, les navires modernes embarquent de plus en plus de technologies informatisées, connectées et automatisées pour gérer ces fonctions primordiales. Ces technologies (capteurs, actionneurs, automates, logiciels) qui constituent le système d’information (SI) d’un navire peuvent cependant être leurrées ou corrompues par un tiers, remettant ainsi en cause la confiance qui leur est accordée. Dans ce contexte, une nouvelle approche de détection des falsifications des informations fondée sur l’évaluation de la confiance dans les composants du SI est proposée. Du fait de leurcomplexité, les systèmes d’information des navires peuvent être considérés comme des ensembles de blocs fonctionnels inter-reliés qui produisent, traitent et reçoivent des informations. La confiance d’un bloc fonctionnel producteur d’information est évaluée au travers de sa capacité, divisée en deux composantes (compétence et sincérité), à rendre compte de la situation réelle du navire. Elle se propage ensuite, à l’instar de l‘information, aux autres entités du système, quelle que soit leur complexité. Différents scénarios ont été expérimentés grâce à l’élaboration d’un simulateur. La variabilité de la confiance face à des altérations volontaires d’informations numériques permet de déduire la survenue d’une attaque ainsi que sa cible sous certaines conditions. Sans se restreindre aux systèmes navals, l’approche proposée permet de s’adapter à une grande variété de situations incluant le facteur humain. Les travaux de cette thèse ont été soutenus et co-financés par la région Bretagne ainsi que la Chaire de Cyber Défense des Systèmes Navals impliquant l’Ecole Navale, IMT Atlantique, NavalGroup et Thales. / Navigation and ship’s management are two essential aspects for the security of the ship itself and people on board as much as the maritime environment protection. Modern ships ensure these functions by increasingly embedding connected and automated technologies such as sensors, actuators, programmable logic controllers and pieces of software. However, the security of this objects as well as the trust in the information they produce cannot be guaranteed: they can be deceived or under the control of a malicious third party. In this context, a novel approach of data falsification detection is proposed. It is based on trust assessment of information system components which can be seen as inter-related functional blocks producing, processing and receiving pieces of information. The trust one can have inproduction blocks, called information sources, is assessed through its ability to report real situation of the ship. Trust is then propagated to the remainder part of the system. A simulator was made thanks to which we experiment several scenarios including intentional modification of numerical data. In these cases and under some conditions, the variability of trust give us the ability to identify the attack occurrence as much as its target. Our proposition is not restricted to naval information systems and can be employed in various situations even with human factor.

Les botnets, ou réseaux d’ordinateurs infectés par un code malveillant et connectés à un système de commande et de contrôle, constituent le premier outil de la délinquance sur Internet. Ils permettent de concrétiser le développement d’un nouveau type d’activités criminelles: le crime comme un service (CaaS). Ils constituent un défi en matière de répression. D’abord par l’importance de leur impact sur la sécurité des réseaux et la commission d’infractions sur Internet. Ensuite par la dimension extrêmement internationale de leur diffusion et donc une certaine difficulté à mener des investigations. Enfin, par le grand nombre des acteurs qui peuvent être impliqués (codeurs, maîtres de botnets, intermédiaires financiers). Cette thèse porte sur l’étude des botnets (composantes, fonctionnement, acteurs), la proposition d’une méthode de collecte de données sur les activités liées aux botnets et les dispositifs techniques et organisationnels de lutte contre les botnets ; elle conclut sur des propositions en matière de stratégie pour cette lutte. Les travaux menés ont permis de confirmer la pertinence, pour l’étude efficace des botnets, d’un modèle englobant l’ensemble de leurs composants, y compris les infrastructures et les acteurs. Outre un effort de définition, la thèse apporte un modèle complet du cycle de vie d’un botnet et propose des méthodes de catégorisation de ces objets. Il en ressort la nécessité d’une stratégie partagée qui doit comporter les éléments de détection, de coordination et la possibilité, voire l’obligation, pour les opérateurs de mettre en œuvre des mesures de mitigation. / Botnets, or networks of computers infected with malware and connected to a command and control system, is one of the main tools for criminal activities on the Internet today. They allow the development of a new type of crime: crime as a service (CaaS). They are a challenge for law enforcement. First by the importance of their impact on the security of networks and the commission of crimes on the Internet. Next, with regards to the extremely international dimension of their dissemination and therefore the enhanced difficulty in conducting investigations. Finally, through the large number of actors that may be involved (software developers, botnet masters, financial intermediaries, etc.). This thesis proposes a thorough study of botnets (components, operation, actors), the specificaion of a data collection method on botnet related activities and finally the technical and organizational arrangements in the fight against botnets; it concludes on proposals on the strategy for this fight. The work carried out has confirmed the relevance, for the effective study of botnets, of a model encompassing all their components, including infrastructure and actors. Besides an effort in providing definitions, the thesis describes a complete model of the life cycle of a botnet and offers methods for categorization of these objects. This work shows the need for a shared strategy which should include the detection elements, coordination between actors and the possibility or even the obligation for operators to implement mitigation measures.

La sécurité des systèmes d’information s’inscrit dans la dépendance croissante des entreprises envers leur SI en perspective du nombre grandissant d’incidents de sécurité. Dans cette recherche, nous nous intéressons à la gestion des risques SI, pour laquelle la littérature souligne le manque d’implication des top-managers. Nous abordons cette problématique sous l’angle de la décision des dirigeants, au travers de quatre approches théoriques : modèles des perceptions managériales des risques SI, perception des risques en psychologie, théorie néo-institutionnelle et théorie sur l’adoption symbolique des innovations. L’objectif est de rendre intelligible les influences sur l’adoption symbolique de la SSI. Nous employons une méthode qualitative organisée autour de 17 études de cas dans des entreprises d’activités variées. La SSI y est observée comme un processus de décision de gestion des risques SI. Nos résultats montrent la pertinence d’étudier la SSI selon une perspective individuelle de gestion des risques. D’une part, les caractéristiques de l’évaluation psychologique des risques éclairent les biais pour la gestion du risque SI. D’autre part, l’étude de ces biais apporte une perspective nouvelle sur la compréhension de l’investissement des top-managers pour la SSI. Nous montrons l’insensibilité des top-managers à l’exposition du risque, une préférence à aborder les risques sous l’angle des menaces. Aussi, nous exposons les influences qui contribuent à adopter une SSI technique et non managériale pourtant suggérée dans la littérature. Enfin, notre analyse fait émerger des perspectives pour prolonger la compréhension d’une SSI réactive, décriée par les auteurs en SSI. / The information system security for which the interest joins in the increasing dependence of companies to them information system and in prospect of increasing number of security incidents. We are interested in the information system risk management, for whom the literature underlines the lack of involvement of top-managers.We approach the concern under the view of the decision of top executives for ISS, through four theoretical streams: the models of the managerial perceptions of IS risks, the risks perception in psychology, the institutional theory and the theory about symbolic adoption of the innovations. The aim is to make intelligible the influences on the symbolic adoption of such ISS approach. We use a qualitative method organized around 17 case studies in companies with varied activities. Our results highlight the relevance to study the ISS according to an individual perspective of risk management. On one hand, the characteristics of the psychological evaluation of the risks enlighten the biases for the management of the information system risk. On the other hand, the study of these biases brings a new perspective on the understanding of the investment of the top executives for the ISS. In particular, we underline the insensitivity of the top managers in the exposure of the risk, a preference to approach the risks under a threats point of view. We expose the influences which contribute to adopt a technical and not managerial ISS such as suggests by the Research. Finally, our analysis brings to the foreground perspectives to extend the comprehension of a reactive ISS, defame by ISS’ academics.

Alors que les systèmes embarqués sont de plus en plus nombreux, complexes, connectés et chargés de tâches critiques, la question de comment intégrer l'analyse précise de sécurité à la conception de systèmes embarqués doit trouver une réponse. Dans cette thèse, nous étudions comment les méthodes de vérification formelle automatiques peuvent aider les concepteurs de systèmes embarqués à évaluer l'impact des modifications logicielles et matérielles sur la sécurité des systèmes. Une des spécificités des systèmes embarqués est qu'ils sont décrits sous la forme de composants logiciels et matériels interagissant. Vérifier formellement de tels systèmes demande de prendre tous ces composants en compte. Nous proposons un exemple d'un tel système (basé sur Intel SGX) qui permet d'établir un canal sécurisé entre un périphérique et une application. Il est possible d'en vérifier un modèle de haut-niveau ou une implémentation bas-niveau. Ces deux niveaux diffèrent dans le degré d'intrication entre matériel et logiciel. Dans le premier cas, nous proposons une approche orientée modèle, à la fois au niveau partitionnement et conception logicielle, permettant une description à haut niveau d'abstraction du matériel et du logiciel et permettant une transformation de ces modèles en une spécification formelle sur laquelle une analyse de sécurité peut être effectuée avec l'outil ProVerif. Dans le second cas, nous considérons une implémentation logicielle et un modèle matériel plus concret pour effectuer des analyses de sécurité plus précises toujours avec ProVerif. / As embedded systems become more complex, more connected and more involved in critical tasks, the question of how strict security analysis can be performed during embedded system design needs to be thoroughly addressed. In this thesis, we study how automated formal verification can help embedded system designers in evaluating the impact of hardware and software modifications on the security of the whole system. One of the specificities of embedded system design-which is of particular interest for formal verification-is that the system under design is described as interacting hardware and software components. Formally verifying these systems requires taking both types of components into account. To illustrate this fact, we propose an example of a hardware/software co-design (based on Intel SGX) that provides a secure channel between a peripheral and an application. Formal verification can be performed on this system at different levels: from a high-level view (without describing the implementations) or from a low-level implementation. These two cases differ in terms of how tightly coupled the hardware and software components are. In the first case, we propose a model-based approach-for both the partitioning and software design phases- which enables us to describe software and hardware with high-level models and enables a transformation of these models into a formal specification which can be formally analyzed by the ProVerif tool. In the second case, we consider a software implementation and a more concrete

Avec l'utilisation de notre carte bancaire pour payer un achat sur Internet ou de notre téléphone portable pour nous connecter aux réseaux sociaux, les transactions électroniques font partie de notre quotidien et sont désormais incontournables. Malheureusement, lors de tels échanges, un grand nombre de données personnelles sont transférées et une telle informatisation n'est pas sans conséquence. Les problèmes de sécurisation et de protection de ces données sont bien présents. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur la problématique de la protection de la vie privée des utilisateurs dans des systèmes informatiques. Pour cela, nous nous intéressons à trois domaines d'actualité. Dans un premier temps, nous proposons un système de gestion des données centré sur l'utilisateur. Ainsi, lors de sa navigation sur Internet, l'internaute sera guidé et aura la possibilité de faire appel aux huit fonctionnalités offertes par l'application. Un second problème, sur lequel nous avons travaillé, est le cas des dossiers médicaux des patients et de l'accès à ces documents confidentiels. Nous proposons une architecture de e-santé permettant la protection des informations personnelles des patients au sein d'un établissement de santé et entre plusieurs établissements. Pour finir, nous avons travaillé dans le domaine de la monétique et plus précisément sur le paiement en ligne. Nous exposons ainsi trois nouveaux protocoles respectant davantage les données personnelles des internautes. Deux d'entre eux sont une amélioration de protocoles existants : 3D-Secure et le protocole d'Ashrafi et Ng. La dernière architecture, totalement nouvelle, permet de procéder à un paiement sur Internet sans fournir aucune information bancaire du client. Pour chacune de ces infrastructures, des exigences de sécurité et de protection de la vie privée sont décrites. Les solutions existantes, ainsi que celles proposées, sont détaillées et analysées en fonction de ces exigences. Les propositions d'architectures respectueuses de la vie privée ont toutes fait l'objet d'une preuve de concept avec une implémentation logicielle.

SSL/TLS, un protocole de sécurité datant de 1995, est devenu aujourd'hui une brique essentielle pour la sécurité des communications, depuis les sites de commerce en ligne ou les réseaux sociaux jusqu'aux réseaux privés virtuels (VPN), en passant par la protection des protocoles de messagerie électronique, et de nombreux autres protocoles. Ces dernières années, SSL/TLS a été l'objet de toutes les attentions, menant à la découverte de nombreuses failles de sécurité et à des améliorations du protocole. Dans cette thèse, nous commençons par explorer l'écosystème SSL/TLS sur Internet en énumérant les serveurs HTTPS sur l'espace IPv4; nous proposons pour cela des méthodologies de collecte et d'analyse permettant d'obtenir des résultats reproductibles et comparables entre différentes campagnes de mesure. Au-delà de ces observations, nous nous sommes intéressés en détail à deux aspects essentiels de la sécurité TLS: comment parer les attaques sur le Record Protocol, et comment implémenter des parsers sûrs et efficaces. Finalement, en se basant sur les nombreuses failles d'implémentation qui ont affecté presque toutes les piles TLS ces dernières années, nous tirons quelques enseignements concernant les difficultés liées à l'écriture d'une bibliothèque TLS de confiance / SSL/TLS, a 20-year old security protocol, has become a major component securing network communications, from HTTPS e-commerce and social network sites to Virtual Private Networks, from e-mail protocols to virtually every possible protocol. In the recent years, SSL/TLS has received a lot of attentions, leading to the discovery of many security vulnerabilities, and to protocol improvements. In this thesis, we first explore the SSL/TLS ecosystem at large using IPv4 HTTPS scans, while proposing collection and analysis methodologies to obtain reproducible and comparable results across different measurement campaigns. Beyond these observations, we focused on two key aspects of TLS security: how to mitigate Record Protocol attacks, and how to write safe and efficient parsers. Finally, building on the numerous implementation flaws in almost all TLS stacks in the last years, we propose some thoughts about the challenges in writing a secure TLS library

Cette thèse a pour objectif de répondre à la question suivante : Quel est le niveau de prise en compte de la Sécurité des Systèmes d’Information (SSI) par les collectivités territoriales françaises face aux risques numériques ? Ces dernières étant aujourd’hui confrontées à de nouveaux défis qui nécessitent un recours toujours plus important aux nouvelles technologies (administration électronique, e-démocratie, dématérialisation des appels d’offre…), le management de la sécurité des Systèmes d’Information (SI) territoriaux devient un enjeu majeur -bien qu’encore peu étudié- en matière de service public et de protection des données à caractère personnel. Etablie au travers de postures professionnelles successives et dans le cadre d’une approche naturaliste de la décision, notre modélisation théorique tend à mesurer le niveau réel de prise en compte du risque numérique en partant d’hypothèses fondées sur l’influence respective d’un ensemble de caractéristiques propres aux collectivités territoriales. Il se traduit par une enquête de terrain menée directement auprès de responsables territoriaux. Alors que cet enjeu nécessite une prise de conscience, par les décideurs locaux, de la nécessité de protéger les données qui leur sont confiés, il s’avère que ceux-ci n’ont, au mieux, qu’une connaissance très imparfaite des enjeux et des risques inhérents à la sécurisation d’un SI ainsi que de l’ensemble des menaces, directes ou indirectes, susceptibles de compromettre leur bonne utilisation. Une solution potentielle pourrait résider, simultanément à de la mise en place de procédures adaptées à l’échelon de chaque collectivité, par la définition d’une politique publique spécifique. / This doctoral thesis aims at answering a key question: what is the level of consideration given to Information Systems Security (ISS) by the French local authorities (LAs)? The latter are now facing new challenges that require an ever-increasing use of new technologies (e-government, e-democracy, dematerialization of call for tenders...). The under-researched territorial IT risk becomes a major issue in the sphere of public services and the protection of personal data. Theoretically based and constructed through successive professional positions, our theoretical model helps measure the actual level of inclusion of digital risk taking into account the respective influence of a set of characteristics of local authorities. A field survey was conducted with the close collaboration of representatives of LAs.While numerical risk requires a high level awareness by LA decision makers, it appears that they have a very imperfect knowledge of IT security related risks as well as of direct or indirect threats that may jeopardize their management systems. A potential solution lies with the definition of a specific public policy and with the implementation of appropriate procedures at the level of each community.