La sécurité des traitements numériques est quelque chose d'important dans notre société actuelle. Un grand nombre d'applications nécessite de forts niveaux de sécurité et/ou de sûreté. Pour répondre à ces besoins, les applications utilisent souvent des composants ASICs. Les principaux problèmes de ce type de composant sont qu'ils sont dédiés à une application et nécessitent de forts volumes de production. Une autre approche possible consiste à utiliser des plates-formes reconfigurables telles que des FPGAs de type SRAM. Cependant, la mémoire de configuration de ces FPGAs est sensible aux perturbations, ce qui nécessite une étude spécifique. Cette thèse a pour objectif principal de caractériser les effets des injections de fautes par tirs laser et par application de surtensions dans ce type de composant. Lors de ce travail, nous avons pu analyser pour un type de FPGA la sensibilité des différents éléments configurant la logique programmable et identifier les principaux types de modification des interconnexions. Les effets obtenus ont été étudiés en fonction de plusieurs paramètres : focalisation du faisceau laser ou amplitude des surtensions, durée des perturbations et énergie. Le déterminisme des effets a également été analysé. Il a été montré pour les attaques par laser que la forme des zones de sensibilité dépend de la valeur initiale du bit et une interprétation a été proposée. Suite à ces différentes caractérisations, un crypto-processeur AES sécurisé contre les injections de fautes a été implanté sur le FPGA et attaqué. Les différences de robustesse avec l'implantation ASIC ont en particulier été analysées et une amélioration des contre-mesures a été proposée, implantée et validée.

Les cartes à puce jouent un rôle crucial dans de nombreuses applications que nous utilisons quotidiennement : paiement par carte bancaire, téléphonie mobile, titres de transport électroniques, etc. C'est dans ce contexte que la technologie Java Card s'est imposée depuis son introduction en 1996, réduisant les coûts de développement et de déploiement d'applications pour cartes à puce et permettant la cohabitation de plusieurs applications au sein d'une même carte. La communauté scientifique a rapidement démontré que la possibilité donnée à un attaquant d'installer des applications sur les cartes représente une menace. Mais dans le même temps, la sécurité des systèmes embarqués a également été un sujet d'étude très productif, révélant que des algorithmes cryptographiques considérés comme sûrs pouvaient être facilement cassés si leurs implémentations ne prenaient pas en compte certaines propriétés physiques des composants électroniques qui les accueillent. En particulier, une partie des attaques publiées repose sur la capacité de l'attaquant à perturber physiquement le composant pendant qu'un calcul est exécuté. Ces attaques par injections de fautes n'ont que très peu été étudiées dans le contexte de la technologie Java Card. Cette thèse étudie et analyse la sécurité des Java Cards contre des attaques combinant injections de fautes et installations d'applications malicieuses. Tout d'abord, nous présentons différents chemins d'attaques combinées et exposons dans quelle mesure ces attaques permettent de casser différents mécanismes sécuritaires de la plateforme. En particulier, notre analyse sécuritaire permet de démontrer que la propriété de sûreté du typage, l'intégrité du flot de contrôle, ainsi que le mécanisme d'isolation des applications peuvent être contournés et exploités par des combinaisons adéquates. Puis, nous présentons différentes approches permettant d'améliorer la résistance de la plateforme Java Card ainsi que des applications qu'elle accueille contre des attaques combinées. Ainsi, nous définissons plusieurs contremesures rendant les attaques exposées ainsi que certaines attaques de l'état de l'art inopérantes, et ce en gardant à l'esprit les fortes contraintes inhérentes au monde des cartes à puce.

Au début des années 90, l'apparition de nouvelles méthodes de cryptanalyse a bouleversé la sécurité des dispositifs cryptographiques. Ces attaques se basent sur l'analyse de consommation en courant lorsque le microprocesseur d'une carte est en train de dérouler l'algorithme cryptographique. Dans cette thèse nous explorons, principalement, les attaques template, et y apportons quelques améliorations pratiques notamment par l'utilisation de différentes techniques de traitement du signal. Nous commençons par étudier l'efficacité de ces attaques sur des mises en oeuvre matérielles non protégées, et explorons au fur et à mesure quelque modèles de fuite d'information. Après cela, nous examinons la pertinence du cadre théorique sur les attaques par profilage présenté par F.-X. Standaert et al. à Eurocrypt 2009. Ces analyses consistent en des études de cas basées sur des mesures de courant acquises expérimentalement à partir d'un accélérateur cryptographique. À l'égard de précédentes analyses formelles effectuées sur des mesures par " simulations ", les investigations que nous décrivons sont plus complexes, en raison des différentes architectures et de la grande quantité de bruit algorithmique. Dans ce contexte, nous explorons la pertinence des différents choix pour les variables sensibles, et montrons qu'un attaquant conscient des transferts survenus pendant les opérations cryptographiques peut sélectionner les distingueurs les plus adéquats, et augmenter ainsi son taux de succès. Pour réduire la quantité de données, et représenter les modèles en deux dimensions, nous utilisons l'analyse en composantes principales (ACP) et donnons une interprétation physique des valeurs propres et vecteurs propres. Nous introduisons une méthode basée sur le seuillage de la fuite de données pour accélérer le profilage ainsi que l'attaque. Cette méthode permet de renforcer un attaquant qui peut avec un minimum de traces, améliorer 5 fois sa vitesse dans la phase en ligne de l'attaque. Aussi, il a été souligné que les différents modèles utilisés, ainsi que les échantillons recueillis durant la même acquisition peuvent transporter des informations complémentaires. Dans ce contexte, nous avons eu l'occasion d'étudier comment combiner au mieux différentes attaques en se basant sur différentes fuites. Cela nous a permis d'apporter des réponses concrètes au problème de la combinaison des attaques. Nous nous sommes concentrés également sur l'identification des problèmes qui surgissent quand il y a une divergence entre les templates et les traces attaquées. En effet, nous montrons que deux phénomènes peuvent entraver la réussite des attaques lorsque les templates sont obsolètes, à savoir, la désynchronisation des traces, et le redimensionnement des traces en amplitudes. Nous suggérons deux remèdes pour contourner ce type de problèmes : le réajustement des signaux et la normalisation des campagnes d'acquisitions. Finalement, nous proposons quelques méthodes du traitement du signal dans le contexte des attaques physiques. Nous montrons que lorsque les analyses sont effectuées en multi-résolution, il y a un gain considérable en nombre de traces nécessaires pour récupérer la clé secrète, par rapport à une attaque ordinaire.

Les systèmes de cryptographie à base de courbe elliptique (ECC) ont été adoptés comme des systèmes standardisés de cryptographie à clé publique (PKC) par l'IEEE, ANSI, NIST, SEC et WTLS. En comparaison avec la PKC traditionnelle, comme RSA et ElGamal, l'ECC offre le même niveau de sécurité avec des clés de plus petites tailles. Cela signifie des calculs plus rapides et une consommation d'énergie plus faible ainsi que des économies de mémoire et de bande passante. Par conséquent, ECC est devenue une technologie indispensable, plus populaire et considérée comme particulièrement adaptée à l'implémentation sur les dispositifs à ressources restreintes tels que les réseaux de capteurs sans fil (WSN). Le problème majeur avec les noeuds de capteurs chez les WSN, dès qu'il s'agit d'opérations cryptographiques, est les limitations de leurs ressources en termes de puissance, d'espace et de temps de réponse, ce qui limite la capacité du capteur à gérer les calculs supplémentaires nécessaires aux opérations cryptographiques. En outre, les mises en oeuvre actuelles de l'ECC sur WSN sont particulièrement vulnérables aux attaques par canaux auxiliaires (SCA), en particulier aux attaques par analyse de consommation (PAA), en raison de l'absence de la sécurité physique par blindage, leur déploiement dans les régions éloignées et le fait qu'elles soient laissées sans surveillance. Ainsi, les concepteurs de crypto-processeurs ECC sur WSN s'efforcent d'introduire des algorithmes et des architectures qui ne sont pas seulement résistants PAA, mais également efficaces sans aucun supplément en termes de temps, puissance et espace. Cette thèse présente plusieurs contributions dans le domaine des cryptoprocesseurs ECC conscientisés aux PAA, pour les dispositifs à ressources limitées comme le WSN. Premièrement, nous proposons deux architectures robustes et efficaces pour les ECC conscientisées au PAA. Ces architectures sont basées sur des algorithmes innovants qui assurent le fonctionnement de base des ECC et qui prévoient une sécurisation de l'ECC contre les PAA simples (SPA) sur les dispositifs à ressources limitées tels que les WSN. Deuxièmement, nous proposons deux architectures additionnelles qui prévoient une sécurisation des ECC contre les PAA différentiels (DPA). Troisièmement, un total de huit architectures qui incluent, en plus des quatre architectures citées ci-dessus pour SPA et DPA, deux autres architectures dérivées de l'architecture DPA conscientisée, ainsi que deux architectures PAA conscientisées. Les huit architectures proposées sont synthétisées en utilisant la technologie des réseaux de portes programmables in situ (FPGA). Quatrièmement, les huit architectures sont analysées et évaluées, et leurs performances comparées. En plus, une comparaison plus avancée effectuée sur le niveau de la complexité du coût (temps, puissance, et espace), fournit un cadre pour les concepteurs d'architecture pour sélectionner la conception la plus appropriée. Nos résultats montrent un avantage significatif de nos architectures proposées par rapport à la complexité du coût, en comparaison à d'autres solutions proposées récemment dans le domaine de la recherche.

Alors que l'importance des infrastructures ne fait que croître, les systèmes de détections et de traitements des attaques sont majoritairement faits pour remonter un seul type des deux grands formats d'attaques : les attaques de masses. Les attaques ciblées quant à elle, bien que d'une grande dangerosité de par leur spécificité et des profondeurs atteintes dans les systèmes, restent traités avec une certaine inefficacité par les systèmes informatiques. Pourtant il y a des équipements remontants des informations et des alertes mais les opérateurs souvent peu entraînés à la gestion des incidents se retrouvent engloutis par la quantité d'informations qu'ils leur sont remontés. Le principe de cette thèse serait de fournir des outils permettant la formation des opérateurs et un meilleur traitement des informations remontées. On approcherait le problème de la manière suivante : on va tout d'abord émuler le système informatique d'une petite entreprise avec ces différents utilisateurs et ces services informatiques. Cela servira à générer les données d'un comportement normal et régulier du système mais également le comportement d'une attaque. Une fois le système est émulé et les données sont générées on va se servir de ces données pour simuler le système selon les besoins que nous avons de la simulation. Cette simulation sera plus légère que l'émulation et sera capable de passage à l'échelle et une modification plus dynamique de l'architecture et du comportement du système. Le but étant d'avoir un outil léger et adaptable capable de simuler différents comportements et conditions d'un système d'entreprise pour être utiliser pour faire des formations d'opérateurs et des tests d'utilisation plus complet d'outil de sécurité. Le tout sera supervisé par la console de contrôle de simulation qui va gérer la simulation mais également recevoir les informations de chaque composant et de la console opérateur. Le contrôle de la simulation inclue la capacité de créer des incidents et problèmes dans le système mais également de créer des attaques à l'encontre du système. / The concern over the security of the infrastructure of a company is only growing deeper and became a source of worries for companies. They use different systems to detect and deal with attack but those systems are usually made to detect one type only of the two main type of attack: attacks made to target the largest amount of people possible. Targeted attacks are rarer but more dangerous as it penetrates deep into a system and are very specifics. However the systems used to deal with it are proved of limited efficiency. Even when they send alerts and news to the operator, there is just to much information going along with it making the often ill-trained operators unable to react and overwhelm by massive information. The goal of this thesis is to create a tool that would help to form operator but also help to test more efficiently security systems. We'll approach the problem by first emulating the infrastructure and services of a small company with its different users and services. It will be use to create the data of the regular operations and interactions of a company during normal activity but also under attack. Once the system is emulated and we collected the necessary data, we will start to simulate the system according to what we need the simulation for. This simulation would need less resources than the emulation and will be scalable and capable to be dynamically change according to the needs. The aim is to have a light tool capable to simulate different behaviors and different type of realist simulation of a system to help improve the formation of operators and also test security devices more fully. The whole would be supervised by a console of control of the simulation who will receive the information of the simulated elements and the simulated operator console. It would have the capacity to create incidents and problems into the systems along with attacks.

Un Système Contrôlé en Réseau (SCR en français, NCS (Networked Control System) en anglais) est un système de contrôle/commande distribué dans lequel les informations sont échangées en temps réel via un réseau reliant capteurs, actionneurs, contrôleurs, …) Ces SCR sont présents dans de nombreuses applications industrielles tels que les systèmes de production, les systèmes contrôlés à distance, les véhicules autonomes, la téléopération, …. Les principaux avantages de ces systèmes sont la flexibilité de leur architecture et la réduction des coûts d'installation et de maintenance, le principal inconvénient est les effets dus au réseau tels que les retards de transmission, qui influencent les performances et la stabilité de la boucle de régulation, ces systèmes sont également vulnérables aux cyber – attaques.Cette thèse apporte quelques contributions sur la détection des cyber attaques ainsi que le développement d'un contrôleur capable de traiter les effets des retards temporels.Pour atteindre cet objectif, la méthode proposée est d'adapter une commande sans modèle et d'améliorer son utilisation dans les Systèmes Contrôlés en Réseau. L'idée principale est basée sur le bénéfice mutuel d'un prédicteur de Smith et du modèle de base de la commande sans modèle. Ensuite, la structure intelligente de la commande sans modèle est appliquée avec une commande prédictive généralisée (GPC Generalized Predictive Control) de manière à obtenir une commande prédictive généralisée intelligente, qui est une amélioration du contrôleur généralisé standard. Ce contrôleur est conçu selon deux méthodes différentes pour détecter les cyber attaques.Parallèlement, un nouveau mécanisme de sécurité basé sur une réponse trompeuse pour les cyber attaques dans les Systèmes Contrôlés en Réseau est proposé. Le mécanisme proposé peut permettre d'arrêter une cyber-attaque en apportant une dernière ligne de défense lorsque l'attaquant a un accès à l'installation distante.Enfin, deux détecteurs d'attaque de piratage de commande sont introduits. L'objectif est de pouvoir détecter une attaque tel que le cas Stuxnet où le contrôleur a été détourné par reprogrammation. L'avantage des détecteurs proposés est qu'il ne nécessite pas d'avoir a priori un modèle mathématique du contrôleur. / A networked control system (NCS) is a control system in which the control loop is closed over a real-time network. NCSs are used in many industrial applications, and also in applications such as remote control, unmanned aerial vehicles or surgical teleoperation, ... The major advantages of NCS are a flexible architecture and a reduction of installation and maintenance costs, the main disadvantage of NCS is the network effects, such as time-delays, that influence the performance and stability of the control loop. These systems are also vulnerable to cyber attacks.This thesis makes some contributions regarding the detection of cyber-physical attacks as well as the development of a controller which capable of dealing with the other the bad effects of the network like time-delays.To achieve this goal, the proposed approach is to adapt model-free controller and to improve its use in NCS. The main idea is based on mutual benefit between Smith predictor and the basic model-free controller. Then, the intelligent structure of model-free control is applied along with Generalized Predictive Controller (GPC) to achieve the Intelligent Generalized Predictive Controller (IGPC) as an enhancement for the standard GPC. The IGPC is designed along with two different methods for cyber-attack detection.Moreover, a new security mechanism based on the deception for the cyber-physical attacks in NCS is proposed, this mechanism can allow to stop the cyber-attacks by providing the last line of defense when the attacker has an access to the remote plant.Finally, two detectors for controller hijacking attack are introduced. The objective is to be able to detect an attack such as the Stuxnet case where the controller has been reprogrammed and hijacked. The advantage of these proposed detectors is that there is not necessary to have a priori mathematical model of the controller.

Le présent mémoire a pour objectifs d’évaluer, chez les patients souffrant à la fois de douleurs thoraciques non cardiaques et d’attaques de panique, l’incidence du trouble panique six mois après une consultation dans un département d’urgence. Il vise également à identifier les facteurs prédicteurs du développement du trouble panique dans cette population. Cent trente-huit patients présentant à la fois des douleurs thoraciques non cardiaques et des attaques de panique ont été recrutés aux départements d’urgence du Centre hospitalier affilié universitaire Hôtel-Dieu de Lévis et du Centre Paul-Gilbert. Ils ont ensuite effectué une entrevue téléphonique et complété une batterie de questionnaires dans les 30 jours suivant leur consultation médicale, suivies d’une seconde entrevue six mois plus tard. Les résultats montrent que 10,1% des participants ont développé un trouble panique six mois après leur consultation dans un département d’urgence. Parmi tous les facteurs étudiés, seule la sensibilité à l’anxiété était significativement associée au développement du trouble panique. Des analyses de médiation suggèrent que l’effet de la détresse psychologique, tel que mesuré par l’Échelle hospitalière d’anxiété et de dépression, sur l’incidence du trouble panique est complètement médiatisé par la sensibilité à l’anxiété. Puisque la sensibilité à l’anxiété semble jouer un rôle prédominent dans le développement du trouble panique, il pourrait s’agir d’une cible clinique de choix pour la prévention du développement du trouble panique chez les patients présentant des douleurs thoraciques non cardiaques et des attaques de panique. / The purpose of this project is to evaluate the incidence of panic disorder in patients with both non-cardiac chest pain and panic attacks six months after consultation in an emergency department. It also aims to identify the predictors of the development of panic disorder in this population. One hundred and thirty-eight patients with both non-cardiac chest pain and panic attacks were recruited from the emergency departments of the Hôtel-Dieu Hospital Affiliated Center in Lévis and the Paul-Gilbert Center. They then completed a telephone interview and a battery of questionnaires within 30 days of their medical consultation, followed by a second interview six months later. The results show that 10.1% of participants developed panic disorder six months after their consultation in an emergency department. Of all the factors studied, only anxiety sensitivity was significantly associated with the development of panic disorder. Mediation analyzes suggest that the effect of psychological distress, as measured by the Hospital Anxiety and Depression Scale, on the incidence of panic disorder is fully mediated by anxiety sensitivity. Since anxiety sensitivity appears to be a predominant factor in the development of panic disorder, it may be a clinical target of choice to prevent the development of panic disorder in patients with non-cardiac chest pain and panic attacks.

Les serveurs du système de noms de domaine (DNS) représentent des éléments clés des réseaux Internet. Récemment, les attaquants ont profité de ce service pour lancer des attaques massives de déni de service distribué (DDoS) contre de nombreuses organisations [1, 2, 3]. Ceci est rendu possible grâce aux différentes vulnérabilités liées à la conception, implantation ou une mauvaise configuration du protocole DNS. Les attaques DDoS amplifiées par DNS sont des menaces dangereuses pour les utilisateurs d’Internet. L’objectif de cette étude est d’acquérir une meilleure compréhension des attaques DDoS amplifiées par DNS par l’investigation des résolveurs DNS ouverts à travers le monde. Dans ce contexte, il est nécessaire d’adopter une approche en phase précoce pour détecter les résolveurs DNS ouverts. Cela devient cruciale dans le processus d’enquête. Dans cette thèse, nous nous intéresserons à l’utilisation de résolveurs DNS ouverts dans les attaques DDoS amplifiées par DNS. Plus précisément, la principale contribution de notre recherche est la suivante : (i) Nous profilons les résolveurs DNS ouverts, ce qui implique : détecter les résolveurs ouverts, les localiser, détecter leur système d’exploitation et le type de leur connectivité, et étudier le but de leur vivacité. (ii) Nous effectuons une évaluation de la sécurité des résolveurs DNS ouverts et leurs vulnérabilités. De plus, nous discutons les fonctions de sécurité des résolveurs DNS, qui fournissent, par inadvertence, les attaquants par la capacité d’effectuer des attaques DDoS amplifiées par DNS. (iii) Nous présentons une analyse pour démontrer l’association des résolveurs DNS ouverts avec les menaces de logiciels malveillants. / Domain Name System (DNS) servers represent key components of Internet networks. Recently, attackers have taken advantage of this service to launch massive Distributed Denial of Service (DDoS) attacks against numerous organizations [1, 2, 3]. This is made possible due to the various vulnerabilities linked to the design, implementation or misconfiguration of the DNS protocol. DNS reflection DDoS attacks are harmful threats for internet users. The goal of this study is to gain a better understanding of DNS reflection DDoS attacks through the investigation of DNS open resolvers around the world. In this context, there is a need for an early phase approach to detect and fingerprint DNS open resolvers. This becomes crucial in the process of investigation. In this thesis, we elaborate on the usage of DNS open resolvers in DNS reflection DDoS attacks. More precisely, the main contribution of our research is as follows : (i) We profile DNS open resolvers, which involves : detecting open resolvers, locating them, fingerprinting their operating system, fingerprinting the type of their connectivity, studying the purpose of their liveness. (ii) We conduct an assessment with respect to DNS open resolvers security and their vulnerabilities. Moreover, we discuss the security features that DNS open resolvers are equipped with, which inadvertently provide the capability to the attackers in order to carry out DNS reflection DDoS attacks. (iii) We present an analysis to demonstrate the association of DNS open resolvers with malware threats.

L'évolution des besoins en sécurité des applications grand public a entraîné la multiplication du nombre de systèmes sur puces doués de capacités de chiffrement. En parallèle, l'évolution des techniques de cryptanalyse permet d'attaquer les implantations des méthodes de chiffrement utilisées dans ces applications. Cette thèse porte sur le développement d'une méthodologie permettant l'évaluation de la robustesse apportée par des protections intégrées dans le circuit. Cette évaluation est basée d'une part sur l'utilisation de plates-formes laser pour étudier les types de fautes induits dans un prototype de circuit sécurisé ; et d'autre part, sur l'utilisation d'une méthode basée sur des simulations pendant la phase de conception pour comparer l'influence sur les canaux cachés de protections contre les fautes. Cette méthodologie a été utilisée dans un premier temps sur le cas simple d'un registre protégé par redondance d'information, puis sur des primitives cryptographiques telles qu'une S-Box AES et des co-processeurs AES et RSA. Ces deux études ont montré que l'ajout de capacités de détection ou de correction améliore la robustesse du circuit face aux différentes attaques.

Dans cette thèse, Nous présentons différents aspects d'attaques physiques sur les implémentations cryptographiques de l'algorithme de chiffrement AES, ainsi qu'une étude sur les contre-mesures possibles. La première méthode d'injection utilisée est basée sur la violation temps de setup. Nous avons démontré pour la première fois que cette méthode globale permet l'injection de fautes exploitables dans les circuits cryptographiques ASIC et FPGA . On a également réalisé une attaque locale sur un microprocesseur ATmega128 en utilisant un laser. Nous présentons aussi dans cette thèse, une nouvelle approche pour contré les attaque en fautes basé sur la résilience. La résilience n'impose aucune destruction des secrets dans le cas d'une attaque en faute. Dans une implémentation protégée par résilience, quand une faute est injecté avec succès mais n'a pas de conséquence dans le calcul, le circuit ne présente aucune réaction par contre si le circuit est protégé par un système de détection arrête automatiquement le calcul même si la faute n'a pas d'effet. Dans une implémentation résilience même si la faute est injectée lors du calcul l'attaquant ne peut pas exploiter le résultat a fin d'exécuter une attaque DFA. Plusieurs méthodes concrètes pour mettre en oeuvre la résilience pour les chiffrements symétriques sont proposées, parmi lesquelles un mode aléatoire de fonctionnement qui convient pour des cartes à puce a faible coût. Nous proposons d'utiliser les logiques DPL comme méthode de protection. Ces logiques protègent simultanément contre les attaques par observation et par perturbation, et sont moins coûteux que la détection basée sur les codes.