L'équipement électronique de bord est maintenant devenue partie intégrante de l'architecture réseau des véhicules. Elle s’appuie sur l'interconnexion de microcontroleurs appelés ECUs par des bus divers. On commence maintenant à connecter ces ECUs au monde extérieur, comme le montrent les systèmes de navigation, de divertissement, ou de communication mobile embarqués, et les fonctionnalités Car2X. Des analyses récentes ont montré de graves vulnérabilités des ECUs et protocoles employés qui permettent à un attaquant de prendre le contrôle du véhicule. Comme les systèmes critiques du véhicule ne peuvent plus être complètement isolés, nous proposons une nouvelle approche pour sécuriser l'informatique embarquée combinant des mécanismes à différents niveaux de la pile protocolaire comme des environnements d'exécution. Nous décrivons nos protocoles sécurisés qui s'appuient sur une cryptographie efficace et intégrée au paradigme de communication dominant dans l'automobile et sur des modules de sécurité matériels fournissant un stockage sécurisé et un noyau de confiance. Nous décrivons aussi comment surveiller les flux d'information distribués dans le véhicule pour assurer une exécution conforme à la politique de sécurité des communications. L'instrumentation binaire du code, nécessaire pour l’industrialisation, est utilisée pour réaliser cette surveillance durant l’exécution (par data tainting) et entre ECUs (dans l’intergiciel). Nous évaluons la faisabilité de nos mécanismes pour sécuriser la communication sur le bus CAN aujourd'hui omniprésent dans les véhicules. Une preuve de concept montre aussi la faisabilité d'intégrer des mécanismes de sécurité dans des véhicules réels. / Electronic equipment has become an integral part of a vehicle's network architecture, which consists of multiple buses and microcontrollers called Electronic Control Units (ECUs). These ECUs recently also connect to the outside world. Navigation and entertainment system, consumer devices, and Car2X functions are examples for this. Recent security analyses have shown severe vulnerabilities of exposed ECUs and protocols, which may make it possible for attackers to gain control over a vehicle. Given that car safety-critical systems can no longer be fully isolated from such third party devices and infotainment services, we propose a new approach to securing vehicular on-board systems that combines mechanisms at different layers of the communication stack and of the execution platforms. We describe our secure communication protocols, which are designed to provide strong cryptographic assurances together with an efficient implementation fitting the prevalent vehicular communication paradigms. They rely on hardware security modules providing secure storage and acting as root of trust. A distributed data flow tracking based approach is employed for checking code execution against a security policy describing authorized communication patterns. Binary instrumentation is used to track data flows throughout execution (taint engine) and also between control units (middleware), thus making it applicable to industrial applications. We evaluate the feasibility of our mechanisms to secure communication on the CAN bus, which is ubiquitously implemented in cars today. A proof of concept demonstrator also shows the feasibility of integrating security features into real vehicles.

Les domaines d'application de la cryptographie embarquée sont très divers et se retrouvent au croisement de toutes les applications personnelles, avec un besoin évident de confidentialité des données et également de sécurité d'accès des moyens de paiement. Les attaques matérielles invasives ont fait de tous temps partie de l'environnement industriel. L'objectif de cette thèse est de proposer de nouvelles solutions pour protéger les circuits intégrés contre ces attaques physiques. La première partie décrit les notions d'attaques par canaux cachés, d'attaques invasives et de retro-conception. Plusieurs exemples de ces types d'attaques ont pu être mis en œuvre pendant le travail de recherche de cette thèse, ils sont présentés en détail dans cette partie. La deuxième partie est consacrée à des propositions de différentes contre-mesures pour contrer des attaques par canaux cachés ayant pour vecteur la consommation de courant. La troisième partie est dédiée à la protection contre les attaques invasives en utilisant divers types de boucliers et capteurs. Nous conclurons ce manuscrit de thèse par la proposition d'un bouclier actif cryptographique inviolable ayant pour but premier de contrer Je sondage, mais aussi celui de détecter l'injection de fautes et d'être immunisé contre les analyses par consommation de courant. / Embedded security applications are diverse and at the center of all personal embedded applications. They introduced an obvious need for data confidentiality and security in general. Invasive attacks on hardware have always been part of the industrial scene. The aim of this thesis is to propose new solutions in order to protect embedded circuits against some physical attacks described above. ln a first part of the manuscript, we detail the techniques used to achieve side-channel, invasive attacks and reverse engineering. I could implement several of these attacks during my thesis research, they will be detailed extensively. ln the second part we propose different hardware countermeasures against side-channel attacks. The third part is dedicated to protection strategies against invasive attacks using active shielding and we conclude this work by proposing an innovative cryptographic shield which is faulty and dpa resistant.