Les systèmes informatiques offrent une grande flexibilité aux usagers en leur permettant l'accès, notamment par le biais de réseaux de télécommunication ou de l'Internet, à un vaste éventail de services. Toutefois, certains de ces services sont soumis à de fortes contraintes de sécurité, comme le télépaiement qui est au coeur du commerce électronique. Ainsi, les fournisseurs et les utilisateurs expriment des besoins croissants, et antagonistes, en sécurité. Répondre à ces deux besoins simultanément est un enjeu technologique transversal à de nombreux domaines de l'informatique. L'objectif de ce travail est de développer un mécanisme permettant de garantir la sécurité des systèmes, en s'appuyant sur l'expérience établie dans le domaine de la sécurité et des méthodes formelles. Pour se faire, nous définissons un nouveau cadre de vérification des propriétés de sécurité d'un programme informatique par l'analyse des flots de données et de contrôle construits à partir du code de ce dernier. L'idée principale consiste à définir un modèle pouvant abstraire la trace d'événements et les dépendances de ressources engendrés au moment de l'exécution du programme, et pouvant être soumis à des algorithmes de vérification de modèle (model-checking) pour l'analyse de la sûreté du programme vis-à-vis d'une propriété.

Les acteurs majeurs d'Internet ont mis en place dans leurs datacenters de plus en plus de virtualisation pour permettre de faire fonctionner plusieurs systèmes d'exploitation simultanément sur un même serveur physique. Cette technologie a permis de faire des économies énergétiques et financières importantes. Elle utilise également au niveau de la recherche depuis peu de temps, en particulier dans le domaine des réseaux. Traditionnellement, ce sont des équipements physiques tels que des commutateurs ou des routeurs qui se chargent du transfert de l'information, à la suite d'une programmation effectuée par les administrateurs. Dorénavant, ces équipements sont également virtualisés et la décision prise pour l'acheminement de l'information se fait de manière logiciel. Des expérimentations de cette technologie de virtualisation du réseau, aussi appelé Software-Defined Network (SDN), ont été mise en place par Google pour relier ses principaux datacenters [1], au travers le monde.Dans le cadre de ce projet, nous présentons une nouvelle architecture basée sur les concepts du SDN, pour les réseaux avec ou sans infrastructure. Cette architecture est composée de réseaux filaires, sans fil et ad-hoc. Elle est ensuite proposée pour intégrer des objets communicants dans un domaine du réseau SDN. Différents domaines sont alors interconnectés pour que la gestion du réseau soit distribuée, sans toutefois réduire le niveau de sécurité. Cette étude propose une nouvelle architecture sécurisée et distribuée pour l'IoT (Internet des Objets). / Recently, the giants of the Internet are adopting every day more and more the benefits of virtualization within the data center. Each virtualized application and its operating system can run simultaneously from one physical device. This technology reduces significantly power consumption, energy consumption, as well as operational cost. Furthermore, not long ago, this promising solution is studied by the research communities to be extended for network virtualization deployment. In traditional network physical device like routers and/or switches are responsible to transfer the information from one point to another, following the instructions previously programmed by a network administrator. At this time, the physical networking devices can be virtualized, providing an intelligent abstraction via virtual network software that makes easy to deploy and manage network resources. The search giant Google has deployed SDN to experiment with the inter-connection between their data center around the world [1].With the exponential growth of devices connected to the Internet, security network is one of the hardest challenge for network managers. Maintaining and securing such large scale and heterogeneous network is a challenging task. In this context, the new networking paradigm, the Software Defined Networking (SDN), introduces many opportunities and provides the potential to overcome those challenges. In our approach, we first propose a new SDN based architecture for networking with or without infrastructure, that we call an SDN domain. This domain includes wired network, wireless network and Ad-Hoc networks. Next, a second architecture includes sensor networks in an SDN-based network and in a domain. Third, interconnecting multiple domains and we describe how we can enhance the security of each domain and how to distribute the security rules in order not to compromise the security of one domain. Finally, we present a new secure and distributed architecture for ad-hoc networks and IoT (Internet of Things).

L'évolution actuelle des systèmes embarqués à bord des systèmes complexes (avions, satellites, navires, automobiles, etc.) les rend de plus en plus vulnérables à des attaques, en raison de : (1) la complexité croissante des applications ; (2) l'ouverture des systèmes vers des réseaux et systèmes qui ne sont pas totalement contrôlés ; (3) l'utilisation de composants sur étagère qui ne sont pas développés selon les méthodes exigées pour les systèmes embarqués critiques ; (4) le partage de ressources informatiques entre applica- tions, qui va de pair avec l'accroissement de puissance des processeurs. Pour faire face aux risques de malveillances ciblant les systèmes embarqués, il est nécessaire d'appli- quer ou d'adapter les méthodes et techniques de sécurité qui ont fait leurs preuves dans d'autres contextes : Méthodes formelles de spécification, développement et vérification ; Mécanismes et outils de sécurité (pare-feux, VPNs, etc.) ; Analyse de vulnérabilités et contre-mesures. C'est sur ce dernier point que portent nos travaux de thèse. En effet, cet aspect de la sécurité a peu fait l'objet de recherche, contrairement aux méthodes formelles. Cependant, il n'existe pas actuellement de modèle formel capable de couvrir à la fois des niveaux d'abstraction suffisamment élevés pour permettre d'exprimer les propriétés de sécurité désirées, et les détails d'implémentation où se situent la plupart des vulnérabilités susceptibles d'être exploitées par des attaquants : fonctions des noyaux d'OS dédiées à la protection des espaces d'adressage, à la gestion des interruptions et au changement de contextes, etc. ; implémentation matérielle des mécanismes de protection et d'autres fonctions ancillaires. C'est sur ces vulnérabilités de bas niveau que se focalise notre étude. Nos contributions sont résumées par la suite. Nous avons proposé une classification des attaques possibles sur un système temps-réel. En nous basant sur cette classification, nous avons effectué une analyse de vulnérabilité sur un système réaliste : une plateforme avionique expérimentale fournie par Airbus. Il s'agit d'un noyau temps-réel critique or- donnancé avec plusieurs autres applications, le tout exécuté sur une plateforme Freescale QorIQ P4080. C'est à travers une application dite " malveillante ", présente parmi l'en- semble des applications, que nous essayons de modifier le comportement des autres appli- cations ou du système global pour détecter des vulnérabilités. Cette méthode d'analyse de vulnérabilités a permis de détecter plusieurs problèmes concernant les accès mémoire, la communication entre applications, la gestion du temps et la gestion des erreurs qui pouvaient conduire à la défaillance du système global. Enfin, nous avons proposé des contre-mesures spécifiques à certaines attaques et des contre-mesures génériques pour le noyau temps-réel qui permet d'empêcher une application d'obtenir des accès privilégiés ou encore de perturber le comportement du système.

La connexion de systèmes critiques à Internet pose de sérieux problèmes de sécurité. En effet, les techniques classiques de protection sont souvent inefficaces, dans ce nouveau contexte. Dans cette thèse, nous proposons une architecture générique tolérant les intrusions pour serveurs Internet. Cette architecture est basée sur les principes de redondance avec diversification afin de renforcer les capacités du système à faire face aux attaques. En effet, une attaque vise généralement une application particulière sur une plateforme particulière et s'avère très souvent inefficace sur les autres. L'architecture comprend plusieurs serveurs Web (COTS) redondants et diversifiés, et un ou plusieurs mandataires mettant en Suvre la politique de tolérance aux intrusions. L'originalité de cette architecture réside dans son adaptabilité. En effet, elle utilise un niveau de redondance variable qui s'adapte au niveau d'alerte. Nous présentons deux variantes de cette architecture destinées à différents systèmes cibles. La première architecture est destinée à des systèmes complètement statiques où les mises à jours sont effectuées hors-ligne. La deuxième architecture est plus générique, elle considère les systèmes complètement dynamiques où les mises à jours sont effectuées en temps réel. Elle propose une solution basée sur un mandataire particulier chargé de gérer les accès à la base de données. Nous avons montré la faisabilité de notre architecture, en implémentant un prototype dans le cadre d'un exemple d'une agence de voyages sur Internet. Les premiers tests de performances ont été satisfaisants, les temps de traitements des requêtes sont acceptables ainsi que le temps de réponse aux incidents.

Les attaques ciblant les systèmes informatiques vont aujourd'hui au delà de simples logiciels malveillants et impliquent de plus en plus des composants matériels. Cette thèse s'intéresse à cette nouvelle classe d'attaques et traite, plus précisément, des attaques par entrées-sorties qui détournent des fonctionnalités légitimes du matériel, tels que les mécanismes entrées-sorties, à différentes fins malveillantes. L'objectif est d'étudier ces attaques, qui sont extrêmement difficiles à détecter par des techniques logicielles classiques (dans la mesure où leur mise en oeuvre ne nécessite pas l'intervention des processeurs) afin de proposer des contre-mesures adaptées, basées sur des composants matériels fiables et incontournables. Ce manuscrit se concentre sur deux cas : celui des composants matériels qui peuvent être délibérément conçus pour être malveillants et agissants de la même façon qu'un programme intégrant un cheval de Troie ; et celui des composants matériels vulnérables qui ont été modifiés par un pirate informatique, localement ou au travers du réseau, afin d'y intégrer des fonctions malveillantes (typiquement, une porte dérobée dans son firmware). Pour identifier les attaques par entrées-sorties, nous avons commencé par élaborer un modèle d'attaques qui tient compte des différents niveaux d'abstraction d'un système informatique. Nous nous sommes ensuite appuyés sur ce modèle d'attaques pour les étudier selon deux approches complémentaires : une analyse de vulnérabilités traditionnelle, consistant à identifier une vulnérabilité, développer des preuves de concept et proposer des contre-mesures ; et une analyse de vulnérabilités par fuzzing sur les bus d'entrées-sorties, reposant sur un outil d'injection de fautes que nous avons conçu, baptisé IronHide, capable de simuler des attaques depuis un composant matériel malveillant. Les résultats obtenus pour chacunes de ces approches sont discutés et quelques contre-mesures aux vulnérabilités identifiées, basées sur des composants matériels existants, sont proposées.

Cette thèse traite de la préservation de l'intégrité des systèmes d'exploitation courants. L'objectif est de répondre aux menaces actuelles et futures que représentent les logiciels malveillants qui s'implantent dans le noyau de ces systèmes (comme les rootkits "noyau") ou du moins en altèrent l'intégrité (comme les rootkits "hyperviseur"). La première partie de ce document se focalise sur ces logiciels malveillants. Tout d'abord, les attaques logiques sur les systèmes informatiques sont présentées dans leur globalité. Ensuite est proposée une classification des actions malveillantes qui provoquent la perte de l'intégrité d'un noyau. Enfin, les résultats d'une étude sur les rootkits "noyau" sont donnés et la création d'un rootkit original est expliquée. La seconde partie s'intéresse à la protection des noyaux. Après une description de l'état de l'art, une approche originale est proposée, fondée sur le concept de préservation de contraintes. En premier lieu, les éléments essentiels sur lesquels reposent un noyau sont identifiés et les contraintes sur ces éléments, nécessaires à un fonctionnement correct du noyau, sont exposées. Un hyperviseur léger (Hytux) a été conçu pour empêcher la violation de ces contraintes en interceptant certaines des actions du noyau. Sa mise en oeuvre est décrite pour un noyau Linux 64 bits sur architecture x86 qui dispose des technologies Intel VT-x et VT-d.

Cette thèse traite des problèmes de fuite de données accidentelles au sein des entreprises. Ces fuites peuvent être dues à l’utilisation conjointe de politiques de Contrôle d’Accès (CA) et de Contrôle de Transmission (CT). De plus, l’utilisation conjointe de ces deux types de politique génère plusieurs problèmes pour les personnes ayant la charge de créer et maintenir ces politiques. Parmi ces problèmes, nous pouvons citer des problèmes de généricité des modèles existants, de cohérence entre les règles de CA et de CT ainsi que des problèmes de densité, d’adaptabilité, d’interopérabilité et de réactivité. Dans cette thèse, nous proposons en premier lieu un méta-modèle pour prendre en compte la plupart des modèles de CA utilisés dans les entreprises. Nous proposons ensuite la génération cohérente et semi-automatique des politiques de CT à partir de politiques de CA existantes pour répondre au problème de cohérence. De plus, différentes fonctionnalités sont proposées pour résoudre les problèmes de densité, d’adaptabilité et d’interopérabilité. Afin de valider la pertinence de notre solution, nous proposons une étude (type questionnaire) auprès d’experts sécurité et d’administrateurs. Cette étude révèle des informations sur la taille des politiques gérées, la pénibilité à les définir ou encore l’utilité des fonctionnalités proposées pour résoudre les problèmes précédents. Enfin, nous testons notre preuve de concept sur des données aléatoires et réelles en prenant en compte les performances et la réactivité, validant ainsi que notre solution répond bien aux problèmes soulevés. / The main objective of this thesis is to solve the problem of unintentional data leakage within companies. These leaks can be caused by the use of both Access Control (AC) and Transmission Control (TC) policies. Moreover, using both AC and TC can lead to many problems for the security experts and the administrators that are in charge of the definition and maintenance of such policies. Among these problems, we can underline the genericity problem of existing models, the coherence problem between AC and TC rules and problems such as density, adaptability, interoperability and reactivity. In this thesis, we first define a meta-model to take into account the main AC models that are used within companies. We also propose a coherent and semi-automatic generation of TC policies based on existing AC to tackle the coherence problem. Moreover, several mechanisms have been proposed to tackle complexity, adaptability and interoperability issues. In order to validate the relevance of our solution, we have first conducted a survey among security experts and administrators. This survey has highlighted several information regarding the policies’ size and density, the tiresomeness of having to define them and the interest for several functionalities that can cover the aforementioned problems. Finally, our solution has been tested on stochastically generated and real policies in order to take performances and reactivity under consideration. Results of these tests have validated that our solution covers the underlined problems.

L’évolution actuelle des systèmes embarqués à bord des systèmes complexes (avions,satellites, navires, automobiles, etc.) les rend de plus en plus vulnérables à des attaques,en raison de : (1) la complexité croissante des applications ; (2) l’ouverture des systèmes vers des réseaux et systèmes qui ne sont pas totalement contrôlés ; (3) l’utilisation de composants sur étagère qui ne sont pas développés selon les méthodes exigées pour les systèmes embarqués critiques ; (4) le partage de ressources informatiques entre applications, qui va de pair avec l’accroissement de puissance des processeurs. Pour faire face aux risques de malveillances ciblant les systèmes embarqués, il est nécessaire d’appliquer ou d’adapter les méthodes et techniques de sécurité qui ont fait leurs preuves dans d’autres contextes : Méthodes formelles de spécification, développement et vérification ;Mécanismes et outils de sécurité (pare-feux, VPNs, etc.) ; Analyse de vulnérabilités et contre-mesures. C’est sur ce dernier point que portent nos travaux de thèse.En effet, cet aspect de la sécurité a peu fait l’objet de recherche, contrairement aux méthodes formelles. Cependant, il n’existe pas actuellement de modèle formel capable de couvrir à la fois des niveaux d’abstraction suffisamment élevés pour permettre d’exprimer les propriétés de sécurité désirées, et les détails d’implémentation où se situent la plupart des vulnérabilités susceptibles d’être exploitées par des attaquants : fonctions des noyaux d’OS dédiées à la protection des espaces d’adressage, à la gestion des interruptions et au changement de contextes, etc. ; implémentation matérielle des mécanismes de protection et d’autres fonctions ancillaires. C’est sur ces vulnérabilités de bas niveau que se focalise notre étude.Nos contributions sont résumées par la suite. Nous avons proposé une classification des attaques possibles sur un système temps-réel. En nous basant sur cette classification,nous avons effectué une analyse de vulnérabilité sur un système réaliste : une plateforme avionique expérimentale fournie par Airbus. Il s’agit d’un noyau temps-réel critique ordonnancé avec plusieurs autres applications, le tout exécuté sur une plateforme Freescale QorIQ P4080. C’est à travers une application dite « malveillante », présente parmi l’en-semble des applications, que nous essayons de modifier le comportement des autres applications ou du système global pour détecter des vulnérabilités. Cette méthode d’analyse de vulnérabilités a permis de détecter plusieurs problèmes concernant les accès mémoire,la communication entre applications, la gestion du temps et la gestion des erreurs qui pouvaient conduire à la défaillance du système global. Enfin, nous avons proposé des contre-mesures spécifiques à certaines attaques et des contre-mesures génériques pour le noyau temps-réel qui permet d’empêcher une application d’obtenir des accès privilégiés ou encore de perturber le comportement du système. / Security is becoming a major concern for embedded computing systems in variouscritical industrial sectors (aerospace, satellites, automotive, etc.). Indeed, recent trendsin the development and operation of such systems, have made them more and morevulnerable to potential attacks, for the following reasons : 1) increasing complexity of theapplications ; 2) openness to applications and networks that are note completely undercontrol ; 3) Use Commercial-Off-The-Shelf (COTS) hardware and software components ;4) Resource sharing among different applications, driven by the increase of processorscapabilities.To improve the security of such systems, it is necessary to apply or adapt methodsand techniques that have proven their efficiency in other contexts : Formal methods forspecification, development and verification ; Security mechanisms and tools (firewalls,VPNs, etc.) ; Vulnerability assessment and countermeasure provision.The research carried out in this thesis adresses the latter technique. This aspect ofsecurity analysis cannot be easily covered by current formal methods, since no exist-ing model is able to cover both high-level abstractions, where security properties canbe defined, and low-level implementation details, where most vulnerabilities that couldbe exploited by attackers lie : OS kernel implementation of address space protection,interrupt management, context switching, etc. ; hardware implementation of protectionmechanisms and other ancillary functions. Very few research projects are addressing thisaspect of security, which is the main objective of this thesis. In particular, our researchfocuses on low-level vulnerabilities, but contrarily with common practice, we aim todiscover and analyze them during the development process.Our contributions are summarized as follows. We elaborated a classification of low-level vulnerabilities for different implementations of real-time embedded systems. Basedon this classification, we carried out a vulnerability analysis study on a realistic system :An experimental avionic platform provided by Airbus. It consists of a critical real-timekernel scheduling the execution of different applications on a freescale QorIQ P4080platform. The identification and analysis of vulnerabilities is carried out based on a“malicious” application hosted on the platform that attempts to corrupt the behavior ofthe other applications or the global system considering different types of low level attacks.Such experiments allowed us to identify some problems related to the management ofmemory accesses, the communication between applications, time management and errorhandling that could lead to the global system failure.We have also proposed genericcounter measures to protect the real-time kernel against specific attacks, and to preventa given application from escalating its privileges or trying to compromise the systembehavior

"Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures en vue de l'obtention du grade de maîtrise en droit (LL.M.) option Nouvelles technologies de l'information" / Le développement exponentiel des réseaux informatiques a largement contribué à augmenter le volume des renseignements personnels disponibles et à remplacer les méthodes désuètes de collecte des renseignements par des méthodes plus rapides et plus efficaces. La vie privée et le contrôle sur les informations personnelles, telles que nous les connaissions il y a quelques décennies, sont des notions difficilement compatibles avec la société ouverte et commerciale comme la nôtre. Face à cette nouvelle réalité menaçante pour les droits et libertés de l'homme, il est essentiel de donner un cadre technique et légal stable qui garantisse un niveau de protection adéquat de ces données personnelles. Pour rester dans le marché ou bénéficier de la confiance des individus, les entreprises et les gouvernements doivent posséder une infrastructure de sécurité informatique efficace. Cette nouvelle donne a tendance à devenir plus qu'une simple règle de compétitivité, elle se transforme en une authentique obligation légale de protéger les données à caractère personnel par des mesures de sécurité adéquates et suffisantes. Ce mémoire aborde justement ces deux points: premièrement, l'étude du développement d'une obligation légale de sécurité et ensuite, l'encadrement juridique de la mise en place d'un programme de sécurisation des données personnelles par des mesures de sécurités qui respectent les standards minimaux imposés par les textes législatifs nationaux et internationaux. / The latest development in information networks largelly contributed to the increasing amount of personal data being collected by the public and private sector and the replacement of old fashioned collection methods by faster and cheaper techniques. Notions of privacy and control of personnal data are not as we used to know them a decade ago and they became somehow incompatible with an open and commercial society in which we live. Facing this new and dangerous reality to fondamental human rights and liberties, it is pressing to give a legal and technical stable framework insuring an adequate level of protection to personnal data. To keep a competitive position in the market and maintain individuals trust in the system, companies and governments must guarantee an efficent security infrastructure. If this feature was until now a strategie advantage, it has become an authentic legal obligation to protect personnal data by suffisant safeguards. The purpose of this work is essentially consider those two statements: the study of the development of a legal obligation to guarantee the security of personnal data and the legal backing for the implementation of a security policy respecting minimal standards imposed by national and international laws.

Pour faire face aux enjeux d’une économie mondialisée et aux fluctuations du marché, les entreprises (et principalement les PMEs) doivent développer de nouvelles stratégies de collaboration et d’organisation en réseau permettant de s’intéresser effectivement au réseau de création de valeur (et non pas se limiter à une simple organisation de chaîne de valeur) plus en rapport avec le contexte économique « blue ocean » visant le développement de produits et services innovants. Actuellement, ces réseaux de collaborations sont basés sur des relations de confiance et des communautés bien identifiées. Pour passer à une collaboration à très grande échelle, il importe d’accroître l’agilité et l’interopérabilité des entreprises et de leurs systèmes d’information pour permettre leur interconnexion. Cette stratégie de collaboration pose le problème d’une gestion de la sécurité « de bout en bout » pendant tout le cycle de vie des informations et processus partagés. Or les approches traditionnelles de sécurité ne proposent qu’une protection « statique » et « instantanée » ce qui ne permet pas de répondre aux contraintes de gestion des usage et d’adaptation dynamique requises par les organisations collaboratives. Pour répondre à ces enjeux, nous proposons d’adapter les approches de gestion des droits numériques (DRM) aux systèmes d’information. Après avoir proposé une architecture semi-distribuée de gestion des droits d’usage, nous avons proposé un modèle de politique de sécurité intégrant les droits d’usage et les obligations associées. Ceci nous a conduits à définir une syntaxe et une sémantique adaptée pour enrichir les politiques traditionnelles. Nos travaux ont porté ensuite sur la prise en compte de la dimension collaborative. Dans ce cadre nous avons proposé une algèbre d’intégration permettant de gérer la composition des politiques en fonction de l’ajout ou du retrait de partenaires dans l’organisation en analysant les processus métiers mis en œuvre par la collaboration. Enfin, notre architecture a été validée par un prototype incluant un moteur de négociation (construit sur l’outil «SUN XACML implementation»), un moteur d'agrégation s'appuyant sur JAVA DOM et JDOM et une composante d'analyse de contexte. / To fit the globalised economical environment, enterprises, and mostly SMEs, have to develop new networked and collaborative strategies, focusing on networked value creation (instead of the classical value chain vision), fitting the blue ocean context for innovative products and service development. Such collaborative networks are by now often based on trusted and well known communities. Developing large scale networked and collaborative strategies involve increasing both enterprise and information system agility and interoperability in order to allow their interconnection. This requires paying attention on an end-to end security and on the way information and process are used during their full life-cycle. As traditional security approaches and methodologies provide only an “instant” and rather static protection, they do not fit the dynamicity nor the life-cycle long protection constraints involved by such collaborative organisation. To overcome this limit, we propose to adapt the Digital Right Management approach (first defined for multimedia contents) to collaborative information systems. After proposing a semi-distributed architecture used to manage usage rights, we propose a security policy model including both usage rights and related obligations. This leads us to extend the security policy descriptions, including a dedicated syntax and semantics to model both policy organisation, usage and obligations before paying attention on the “collaborative environment constraints”. Paying attention on the way collaborative organisations are set and evolve, we have proposed an integration algebra to manage the way security and usage policies are composed depending on the way partners join and quit the collaborative context. This composition process and integration algebra analyse the collaborative business processes to identify the way policies are composed and negotiated. Lastly, we implement parts of our architecture to validate our proposals, mostly regarding the negotiation engine (using «SUN XACML implementation»), the aggregation engine(built upon JAVA DOM et JDOM) and a context analysis component.