Sécuriser des systèmes industriels, et en particulier des systèmes intégrés au système d'information, devient l'une des préoccupations les plus urgentes qui inquiètent non seulement tous les acteurs industriels mais aussi les gouvernements. Un nombre très important d'entités industrielles et d'infrastructures sont si critiques que toute cyber attaque réussie contre ces entités peut causer d'énormes dégâts aux entreprises, à l'environnement et plus gravement à la sécurité nationale et à la sûreté des personnes. Cette thèse étudie l'intégration des systèmes ICS avec les systèmes d'entreprise d'un point de vue sécurité. Notre objectif est d'étudier les vulnérabilités de sécurité des systèmes industriels intégrés et de proposer des modèles et des mécanismes pour améliorer leur sécurité et les protéger contre les attaques complexes. Après avoir réalisé une étude approfondie sur les vulnérabilités des systèmes ICS intégrés (IICS) et les solutions de sécurité existantes, nous nous sommes concentrés sur l'étude de la technique de défense en profondeur et son applicabilité aux systèmes ICS intégrés. Nous avons alors défini une nouvelle méthode générique de segmentation pour les IICS, SONICS, qui permet de simplifier la segmentation des IICS en se concentrant uniquement sur les aspects qui sont réellement significatifs pour la segmentation. Nous avons ensuite développé une version améliorée de SONICS, RIICS, une méthode de segmentation pour les systèmes IICS qui comble les lacunes de SONICS en se concentrant sur le risque en plus des spécificités techniques et industrielles. Pour compléter la méthode de segmentation, nous avons étudié les solutions de ségrégation et de contrôle d'accès. Nous avons proposé un nouveau modèle de contrôle de flux basé sur DTE (Domain Type Enforcement) pour les systèmes ICS intégrés. / Securing ICS systems, and especially integrated ones, is becoming one of the most urgent issues that disquiets not only all industrial actors but also governments. Very important number of industrial entities and infrastructures are so critical that any non contained cyber attack on these entities can cause huge damage to business, to environment and more gravely to national security and people safety.This thesis studies the integration of ICS with Corporate systems from a security standpoint. Our goal is to study integrated ICS systems security vulnerabilities and suggest models and mechanisms to improve their security and protect them against ceyberattacks. After conducting a study on the vulnerabilities of integrated ICS systems (IICS) and the existing security solutions, we focused on the study of defence in depth technique and its applicability to integrated ICS systems. We defined a new generic segmentation method for IICS, SONICS, which simplifies the segmentation of IICS by focusing only on spects that are really significant for segmentation. We next developed an improved version of SONICS, RIICS (Risk based IICS Segmentation), a segmentation method for IICS systems that fills the SONICS gaps by focusing on risk on top of technical and industrial specifications. To complement the segmentation method, we studied segregation and access control solutions. We proposed a new DTE-based l (Domain Type Enforcement) flow control model for integrated ICS systems.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la validation temporelle ainsi qu'au déploiement d'applications de contrôle industriel à base de composants. La technologie des composants retenue est celle des Blocs Fonctionnels définie dans la norme industrielle IEC 61499. Un Bloc Fonctionnel est défini comme un composant réactif supportant des fonctionnalités d'une application. L'avantage de cette norme, connue dans l'industrie, est la description statique de l'application ainsi que de son support d'exécution. Une première contribution de la thèse est l'interprétation des différents concepts définis dans la norme. Nous précisons, en particulier, la dynamique du composant en vue de décrire un comportement déterministe de l'application. Pour appliquer une validation temporelle exhaustive, nous proposons un modèle de comportement d'un Bloc Fonctionnel à l'aide du formalisme des automates temporisés. D'autre part, nous fournissons une sémantique au concept de réseau de Blocs Fonctionnels pour décrire une application comme une composition de Blocs. Une deuxième contribution de la thèse est le déploiement de tels réseaux sur une architecture distribuée multi-tâches tout en respectant des propriétés sur les temps de réponse de bout en bout. Nous transformons un réseau de Blocs Fonctionnels vers un ensemble de tâches élémentaires dépendantes, appelées actions. Cette transformation permet l'exploitation de résultats d'ordonnancement pour valider la correction temporelle de l'application. Pour déployer les blocs d'une application, nous proposons une approche hybride alliant un ordonnancement statique non-préemptif et un autre ordonnancement en ligne préemptif. L'ordonnancement statique permet la construction des tâches s'exécutant sur chaque calculateur. Ces tâches sont vues comme des séquencements statiques d'actions. Elles sont alors à ordonnancer dynamiquement selon une politique préemptive reposant sur EDF (Earliest Deadline First). Grâce à cette approche, nous réduisons le nombre de commutation de contexte en regroupant les actions au sein des tâches. De plus l'ordonnancement dynamique préemptif augmente la faisabilité du système. Enfin, une dernière contribution est une extension de la deuxième. Nous proposons une approche d'allocation de réseaux de blocs fonctionnels sur un support d'exécution distribué. Cette allocation, basée sur une heuristique de Liste, se repose sur la méthode hybride pour assurer un déploiement faisable de l'application. Le problème d'allocation est de trouver pour chaque bloc fonctionnel le calculateur capable de l'exécuter tout en respectant des contraintes fonctionnelles, temporelles et de support d'exécution. Notons enfin que l'heuristique proposée se base sur une technique de retour-arrière pour augmenter l'espace de solutions. / This thesis deals with the temporal validation and the deployment of component-based industrial control applications. We are interested in the Function Blocks approach, defined in the IEC 61499 standard, as a well known component based technology in the industry. A Function Block is an event triggered component owning data to support the application functionalities. The advantage of this technology is the taking into account of the application and also its execution support. The first thesis contribution deals with the interpretation of the different concepts defined in the standard. In particular, we propose a policy defining a deterministic behavior of a FB. To apply an exhaustive temporal validation of the application, we propose a behavioral model of a Block as Timed Automata. On the other hand, we propose a semantic for the concept of FBs networks to develop industrial control applications. The second thesis contribution deals with the deployment of FBs networks in a distributed multi-tasking architecture. Such deployment has to respect classical End to End Response Time Bounds as temporal constraints. To validate the temporal behavior of an application, we propose an approach transforming its blocks into an actions system with precedence constraints. The purpose is to exploit previous theories on the scheduling of real-time systems. To deploy FBs networks in feasible OS tasks, we propose a Hybrid scheduling approach combining an off-line non-preemptive scheduling and an on-line preemptive one. The off-line scheduling allows to construct OS tasks from FBs, whereas the on-line one allows to schedule these tasks according to the classical EDF policy. A constructed OS task is an actions sequence defining an execution scenario of the application. Thanks to this approach, we reduce the context switching at run-time by merging application actions in OS tasks. In addition, the system feasibility is increased by applying an on-line preemptive policy. Finally, the last thesis contribution is an extension of the previous one. We propose an approach allocating FBs networks in a distributed architecture. Based on a heuristic, such approach uses the hybrid method to construct feasible OS tasks in calculators. The allocation problem of a particular application FB is to look for a corresponding calculator while respecting functional, temporal and execution support constraints. We note that the proposed heuristic is based on a back-tracking technic to increase the solutions space.

Les systèmes de contrôle et d'automatisation industriels (IACS - Industrial Control and Automation Systems) reposent largement et de plus en plus sur les Technologies de l'Information et de la Communication. A l'origine, les IACS utilisaient des protocoles propriétaires sur des réseaux fermés, assurant ainsi une sécurité par obscurité et isolement. Mais les technologies et les usages ont évolué et cette sécurité intrinsèque n'existe plus désormais. Cette évolution concerne entre autre le domaine électrique : le réseau électrique devenant le "smart grid".Le standard IEC 61850 est un pilier pour le développement du smart grid. Il a pour objectif de rendre possible l'interopérabilité dans les "Systèmes et réseaux de communication pour l'automatisation des services de distribution d'énergie". Pour cela, la norme définit un modèle de données commun ainsi qu'une pile de protocoles répondant à divers besoins de communication.Le standard IEC 61850 n'aborde pas la question de la cyber sécurité malgré une prise de conscience générale qu'un risque cyber pèse sur les IACS.Ces travaux de recherche proposent de répondre à cette question de la cyber sécurité par de la détection d'intrusion dans les réseaux IEC 61850, et plus précisément dans les communications temps-réel GOOSE. L'idée est d'exploiter au maximum les sources d'informations que sont les spécifications du protocole et la configuration du système pour développer un système de détection d'intrusion réseau (NIDS - Network Intrusion Detection System) sur mesure. Cette approche comportementale déterministe est un gage de précision de détection.Ce manuscrit compte quatre chapitres. Les deux premiers consistent en un état de l'art détaillé sur les NIDS pour les IACS d'une part, et l'analyse du risque cyber d'autre part. Les deux autres chapitres présentent les contributions proprement dites de ces travaux de thèse. Le chapitre 3 explore tout d'abord le risque cyber pesant sur un poste électrique et pouvant compromettre la sûreté de fonctionnement du système. Dans un deuxième temps, est proposée une extension du modèle de données IEC 61850 dédiées à la détection d'intrusion dans les communication GOOSE. Le chapitre 4 commence avec la démonstration expérimentale de la faisabilité d'une attaque de type injection de données sur le protocole GOOSE, puis explique comment utiliser les fichiers de configuration du système pour spécifier les règles de détection. Un analyseur syntaxique pour le protocole GOOSE a été intégré à l'analyseur de trafic open source Bro, permettant l'implémentation d'un algorithme de détection. / Information and Communication Technologies have been pervading Industrial Automation and Control Systems (IACS) for a few decades now. Initially, IACS ran proprietary protocols on closed networks, thus ensuring some level of security through obscurity and isolation. Technologies and usages have evolved and today this intrinsic security does not exist any longer, though. This transition is in progress in the electricity domain, the power infrastructure turning into the "smart grid".The IEC 61850 standard is key to the smart grid development. It is aimed at making interoperability possible in ``Communication networks and systems for power utility automation''. It thus defines a common data object model and a stack of protocols answering different purposes.Although the cyber risk in IACS is now widely acknowledged, IEC 61850 does not address cyber security in any way whatsoever.This work tackles the question of cyber security through network intrusion detection in IEC 61850 networks, and more specifically in real-time GOOSE communications. The idea is to get the most out of the protocol specifications and system configuration while developing a tailored NIDS. This enables detection accuracy.