Les réseaux de capteurs sans fil sont constitués d'un grand nombre de nœuds, déployés pour collecter des données du monde physique (température, humidité, pollution etc.) et les transmettre, de manière autonome, vers un ou plusieurs points de collectes appelés "puits". Dans cette thèse, nous nous focalisons sur la sécurité des protocoles de routage multi-sauts, plus particulièrement, sur la notion de résilience aux attaques. Les domaines d'applications des réseaux de capteurs sont variés, allant du suivi médical à la surveillance environnementale en passant par le bâtiment intelligent ou le monitoring urbain (éclairage, pollution, relevé de compteurs d'eau/électricité/gaz etc.). Dans ces applications, les capteurs sont souvent déployés dans des environnements ouverts et accessibles permettant aux éventuels attaquants de les détruire ou de les capturer afin d'en extraire les données sensibles (clés de chiffrement, identité, adresse, etc.). La compromission des nœuds est un problème majeur pour la sécurité de réseaux de capteurs, puisqu'un adversaire peut s'introduire à l'intérieur du périmètre de sécurité. Les méthodes traditionnelles, basées sur la cryptographie, permettent d'obtenir une sécurité de base (authentification, confidentialité, intégrité, non répudiation etc.), mais ne permettent pas toujours de se prémunir contre les attaques dues à la compromission des nœuds (réplication des nœuds, Sybil, Selective forwarding, Blackhole, Sinkhole, Wormhole etc.). Dans le but d'apporter des solutions algorithmiques complémentaires aux solutions cryptographiques, nous étudions la résilience des protocoles de communication en présence d'adversaires internes visant à perturber le routage de l'information à travers le réseau. Dans un premier temps, nous introduisons le concept de résilience. Notre objectif est de proposer une définition explicitant le terme de résilience dans notre contexte et une métrique, permettant de comparer efficacement les protocoles de routage. L'originalité de cette métrique est d'utiliser à la fois une représentation graphique et une méthode de calcul quantitative liée à celle-ci. La représentation graphique à deux dimensions permet une vision synthétique de la résilience des protocoles selon plusieurs paramètres de performance. La méthode de calcul quantitative liée à cette représentation graphique agrège les valeurs des paramètres et permet de classifier les protocoles en termes de résilience. Grâce à cet outil, nous avons évalué la résilience de plusieurs protocoles de routage classiques de différentes catégories. Cette étude nous a permis d'identifier les mécanismes permettant d'améliorer la résilience des protocoles. Dans un second temps, nous proposons les mécanismes résilients de routage pour les réseaux de capteurs. Les mécanismes résilients que nous proposons consistent en trois éléments : (i) introduire un comportement aléatoire (ii) limiter la longueur des routes (iii) ajouter de la réplication de paquets. Les comportements aléatoires augmentent l'incertitude pour les adversaires, rendant les protocoles moins prévisibles, les réplications des données permettent de bénéficier la diversification des routes créées entre les sources et le puits, en améliorant ainsi le succès et l'équité de livraison et la limitation de la longueur des routes est nécessaire pour diminuer la probabilité qu'un paquet tombe sur un nœud attaquant en route. La connexité entre les capteurs et le puits est ainsi augmentée. Grâce à notre métrique de résilience, nous avons proposé une nouvelle taxonomie de résilience. Selon cette taxonomie, le routage par gradient et la marche aléatoire biaisée avec les mécanismes proposés sont les plus résilients. Nous avons donc évalué par la suite le routage par gradient en cas d'attaques combinées pour approfondir notre étude, mais aussi pour savoir si ces mécanismes proposés permettent d'augmenter la résilience même en cas d'attaques plus complexes, visant différents aspects du routage (construction des routes, paquets de contrôle, etc.). Nous avons introduit plusieurs valeurs de biais aux variantes aléatoires du routage par gradient pour étudier l'influence de l'entropie et nous les avons comparées à sa version classique. Nous avons également évalué leur résilience en introduisant deux types de réplications (uniformes et adaptatives). Sans attaques, ce sont les variantes les plus biaisées sans réplications qui sont les plus performantes. En cas d'attaques peu importantes, les réplications uniformes sont plus efficaces, tandis qu'en cas d'attaques plus intenses, ce sont les réplications adaptatives qui se montrent les plus efficaces. Les études menées jusqu'à ici étaient produites par des simulations et nous avions donc besoin d'une justification théorique. Nous avons donc proposé une étude théorique de la marche aléatoire biaisée en cas d'attaques de non-retransmission des paquets. Nous avons évalué l'influence du biais, mais aussi les deux réplications que nous avions évaluées précédemment par des simulations. En premier lieu, nous avons étudié le succès de livraison et la consommation d'énergie pour tous les scénarios. Ensuite, nous les avons évalués selon notre métrique de résilience. Cette étude a permit de confirmer les résultats d'étude par simulations et elle a montré que le biais est indispensable pour la résilience et le seuil d'entropie bénéfique à la résilience est e=0.7 quand la réplication de données est introduite. En dessous de cette valeur, la marche aléatoire est inefficace à cause de la longueur de chemins trop importante. L'ensemble des travaux réalisés dans cette thèse se concentre autour de la résilience. Ce concept reste assez nouveau, en particulier dans le domaine des réseaux et télécommunications. À travers cette thèse, nous avons voulu donner notre vision sur ce thème en nous concentrant sur les problématiques de sécurité des protocoles de routage dans le contexte des réseaux de capteurs.

Cette thèse vise à contribuer à l'amélioration des méthodes d'évaluation des systèmes de détection d'intrusion (en anglais, Intrusion Detection Systems ou IDS). Ce travail est motivé par deux problèmes actuels : tout d'abord, l'augmentation du nombre et de la complexité des attaques que l'on observe aujourd'hui nécessite de faire évoluer les IDS pour leur permettre de les détecter. Deuxièmement, les IDS actuels génèrent de trop fréquentes fausses alertes, ce qui les rend inefficaces voir inutiles. Des moyens de test et d'évaluation sont nécessaires pour déterminer la qualité de détection des IDS et de leurs algorithmes de détection. Malheureusement, il n'existe pas actuellement de méthode d'évaluation satisfaisante. En effet, les méthodes employées jusqu'ici présentent trois défauts majeurs : 1) une absence de méthodologie rigoureuse, 2) l'utilisation de données de test non représentatives, et 3) l'utilisation de métriques incorrectes. Partant de ce constat, nous proposons une démarche rigoureuse couvrant l'ensemble de l'évaluation des IDS. Premièrement, nous proposons une méthodologie d'évaluation qui permet d'organiser l'ensemble du processus d'évaluation. Deuxièmement, afin d'obtenir des données de test représentatives, nous avons défini une classification des types d'attaques en fonction des moyens de détection utilisés par les IDS. Cela permet non seulement de choisir les attaques à inclure dans les données de test mais aussi d'analyser les résultats de l'évaluation selon les types d'attaques plutôt que sur chaque attaque individuellement. Troisièmement, nous avons analysé un grand nombre d'attaques réelles et de " maliciels " connus, tels que les virus et les vers. Grâce à cette analyse, nous avons pu construire un modèle générique de processus d'attaques qui met en évidence la dynamique des activités d'attaque. Ce modèle permet de générer un nombre important de scénarios d'attaques à la fois réalistes et variés. Les méthodes proposées ont été expérimentées su r deux systèmes de détection d'intrusion très différents, pour montrer la généralité de notre démarche. Les résultats montrent que l'approche proposée permet de surmonter les deux défauts principaux des évaluations existantes, à savoir l'absence de méthodologie et l'utilisation de données non représentatives. Elle permet en particulier de mieux gérer le processus d'évaluation et de choisir les cas de test pertinents pour les types d'IDS et les objectifs de l'évaluation, tout en couvrant une large partie de l'espace d'attaques.

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.

Les blocs cryptographiques utilisés dans les circuits intégrés implémentent des algorithmes prouvés robustes contre la cryptanalyse. Toutefois des manipulations malveillantes contre le circuit lui-même peuvent permettre de retrouver les données secrètes. Entre autres, les attaques dites " en fautes " se sont révélés particulièrement efficaces. Leur principe consiste à injecter une faute dans le circuit (à l'aide d'un faisceau laser par exemple), ce qui produira un résultat erroné et à le comparer à un résultat correct. Il est donc essentiel de pouvoir détecter ces erreurs lors du fonctionnement du circuit. Les travaux de thèse présentées dans ce mémoire ont pour objet la détection concurrente d'erreurs dans les circuits cryptographique, en prenant comme support l'implantation du standard d'encryption symétrique l'Advanced Encryption standard " AES ". Nous analysons donc plusieurs schémas de détection d'erreur basés sur de la redondance d'information (code détecteur), certains issus de la littérature, d'autres originaux utilisant un double code de parité entrée-sortie permettant l'amélioration du taux de détection d'erreur dans ces circuits. Nous présentons aussi une étude montrant que le choix du type du code détecteur le plus approprié dépend, d'une part du type d'erreur exploitable pouvant être produite par un attaquant, et d'autre part du type d'implémentation du circuit à protéger. Les circuits cryptographiques sont également la cible d'autres attaques, et en particulier les attaques par analyse de consommation. Les contre mesures proposés jusqu'à lors pour un type d'attaques, se révèlent la plupart du temps néfastes sur la résistance du circuit face à d'autres types d'attaque. Nous proposons dans cette thèse une contre mesure conjointe qui protège le circuit à la fois contre les attaques en fautes et les attaques par analyse de consommation.

La sécurité des Systèmes d’Information (SI) constitue un défi majeur car elle conditionne amplement la future exploitation d’un SI. C’est pourquoi l’étude des vulnérabilités d’un SI dès les phases conceptuelles est cruciale. Il s’agit d’étudier la validation de politiques de sécurité, souvent exprimées par des règles de contrôle d’accès, et d’effectuer des vérifications automatisées sur des modèles afin de garantir une certaine confiance dans le SI avant son opérationnalisation. Notre intérêt porte plus particulièrement sur la détection des vulnérabilités pouvant être exploitées par des utilisateurs internes afin de commettre des attaques, appelées attaques internes, en profitant de leur accès légitime au système. Pour ce faire, nous exploitons des spécifications formelles B générées, par la plateforme B4MSecure, à partir de modèles fonctionnels UML et d’une description Secure UML des règles de contrôle d’accès basées sur les rôles. Ces vulnérabilités étant dues à l’évolution dynamique de l’état fonctionnel du système, nous proposons d’étudier l’atteignabilité des états, dits indésirables, donnant lieu à des attaques potentielles, à partir d’un état normal du système. Les techniques proposées constituent une alternative aux techniques de model-checking. En effet, elles mettent en œuvre une recherche symbolique vers l’arrière fondée sur des approches complémentaires : la preuve et la résolution de contraintes. Ce processus de recherche est entièrement automatisé grâce à notre outil GenISIS qui a montré, sur la base d’études de cas disponibles dans la littérature, sa capacité à retrouver des attaques déjà publiées mais aussi des attaques nouvelles. / The early detection of potential threats during the modelling phase of a Secure Information System (IS) is required because it favours the design of a robust access control policy and the prevention of malicious behaviours during the system execution. This involves studying the validation of access control rules and performing vulnerabilities automated checks before the IS operationalization. We are particularly interested in detecting vulnerabilities that can be exploited by internal trusted users to commit attacks, called insider attacks, by taking advantage of their legitimate access to the system. To do so, we use formal B specifications which are generated by the B4MSecure platform from UML functional models and a SecureUML modelling of role-based access control rules. Since these vulnerabilities are due to the dynamic evolution of the functional state, we propose to study the reachability of someundesirable states starting from a normal state of the system. The proposed techniques are an alternative to model-checking techniques. Indeed, they implement symbolic backward search algorithm based on complementary approaches: proof and constraint solving. This rich technical background allowed the development of the GenISIS tool which automates our approach and which was successfully experimented on several case studies available in the literature. These experiments showed its capability to extract already published attacks but also new attacks.

La cristallisation du sel dans les pores peut conduire à l'expansion d'une variété de milieux poreux, y compris le béton, la pierre ou les sols. Par exemple, les attaques sulfatiques de matériaux cimentaires peuvent conduire à des cristallisations du gypse ou de l’ettringite, qui peuvent causer un endommagement et limiter la durabilité des structures en béton. Une meilleure compréhension de la façon dont la cristallisation induit la déformation des matériaux cimentaires est une condition préalable à la conception de moyens efficaces pour atténuer les effets néfastes de la cristallisation du sel. Dans cette thèse, nous cherchons à comprendre comment la cristallisation conduit à l'expansion, pour les matériaux à base de ciment dans le cas spécifique de la présence d'ions sulfatiques, qui est un cas pertinent pour la compréhension des attaques sulfatiques. La principale originalité de l'étude a été de réaliser des expériences avec des matériaux granulaires compactés dans des cellules œdométriques ou isochores. Les échantillons testés ont été fabriqués par broyage de pâtes de C3S, de pâtes de ciment Portland ordinaire, ou des mélanges des phases dont ces pâtes sont constituées (par exemple, monosulfoaluminate AFm), puis de les compacter dans des éprouvettes cylindriques sur une hauteur de 2 cm. Dans les cellules, les échantillons compactés sont très perméables et peuvent être saturés avec des solutions de sulfate de sodium en moins d’1 heure. Dans une cellule œdométrique, l'échantillon est empêché de se dilater radialement, mais est autorisé à se dilater axialement: nous avons mesuré comment des injections de solutions induisent une expansion axiale. Dans une cellule isochore, l'échantillon est empêché de se dilater à la fois radialement et axialement: nous avons mesuré comment des injections de solutions provoquent le développement de contraintes axiales et radiales. Un point notable des cellules isochores que nous avons développées est que toute solution s’évacue le long de l'échantillon et peut être récupérée: ainsi, à partir des mesures des concentrations et des volumes de solutions d'entrée et de sortie, la quantité de sulfates restant dans l'échantillon au cours des expériences pourrait être déterminée. En parallèle des mesures de déformation/contrainte, nous avons effectué des caractérisations minéralogiques et microstructurales des échantillons en utilisant une variété de techniques, notamment : la fluorescence X, l’analyse thermogravimétrique, la diffraction des rayons X, la résonance magnétique nucléaire d'aluminium et la microscopie électronique à balayage avec analyse aux rayons X. Les évolutions des concentrations de sortie et de la minéralogie au cours du processus d'injection ont pu être bien prédites avec le logiciel CHESS de modélisation géochimique. Les résultats expérimentaux de la campagne, en conjonction avec les résultats des caractérisations minéralogiques et microstructurales, ont permis de révéler quels sont les principaux paramètres qui régissent l'expansion. Grâce à ce protocole original que nous avons développé, l'expansion ou le développement de contraintes a commencé immédiatement après l'injection de la solution, s’est stabilisé au bout de quelques jours à quelques semaines, et la cristallisation a eu lieu de façon homogène sur toute la hauteur de l'échantillon. En outre, nous avons montré que la cristallisation du gypse contribue à l'expansion. Dans les tests isochores, nous montrons que les deux cristallisations d'ettringite et de gypse peuvent induire des contraintes, et que l'amplitude de ces contraintes dépend linéairement du volume de ces cristaux formés. Les conclusions tirées de cette étude expérimentale permettent de mieux comprendre les processus physiques par lesquels la cristallisation induit une expansion ou des contraintes dans des solides poreux, et permettent d’orienter la modélisation des attaques sulfatiques dans les matériaux cimentaires / In-pore crystallization can lead to expansion of a variety of porous media, including concrete, stone, or soils. For instance, sulfate attacks of cement-based materials can lead to crystallizations of gypsum or ettringite, which may cause damage and limit the durability of concrete structures. A better understanding of how crystallization induces deformation of cementitious materials is a prerequisite to designing efficient ways of mitigating the detrimental effects of salt crystallization. In this thesis, we aim at understanding how crystallization leads to expansion, for cement-based materials in the specific case of the presence of sulfate ions, which is relevant for sulfate attacks. The main originality of the study was to perform experiments with granular materials compacted into oedometric or isochoric cells. The tested samples were manufactured by grinding C3S pastes, regular Portland cement pastes, or mixtures of phases of which those pastes are made (e.g., monosulfoaluminate AFm), and then compacting them within the cell into 2-cm-high cylindrical specimens. In the cells, the highly permeable compacted samples could be flushed with sodium sulfate solutions in less than 1 hour. In an oedometric cell, the sample is prevented from expanding radially, but is allowed to expand axially: we measured how injections of solutions induced an axial expansion. In an isochoric cell, the sample is prevented from expanding both radially and axially: we measured how injections of solutions induced the development of axial and radial stresses. A salient feature of the isochoric cells we developed is that all solution flushed throughout the sample could be recovered: thus, from the measurements of concentrations and volumes of input and output solutions, the amount of sulfate remaining in the sample over the experiments could be determined. In parallel to the deformation/stress measurements, we also performed the mineralogical and microstructural characterizations of the samples before and after testing by using a variety of techniques, including X-ray fluorescence, thermogravimetric analysis, X-ray diffraction, aluminum nuclear magnetic resonance and scanning electron microscopy with X-ray analysis. The evolutions of the output concentrations and of the mineralogy over the injection process could be well predicted with the geochemical modeling software CHESS. Experimental results of the campaign, in conjunction with results from mineralogical and microstructural characterizations, made it possible to reveal what the main parameters are that govern expansion. Thanks to the original protocol we developed, expansion or development of stresses started immediately after the injection of solution, stabilized after a few days to a few dozen days, and crystallization occurred homogeneously throughout the height of the sample. One interesting conclusion is that, even when ettringite crystallizes in macropores, i.e., outside of the C-S-H gel porosity, ettringite can lead to an expansion. Also, we showed that gypsum crystallization contributes to expansion. In isochoric testing, we showed that both crystallization of ettringite and of gypsum can induce stresses, and that the magnitude of those stresses is linearly related to the volume of those crystals formed. The conclusions drawn from this experimental study make it possible to better understand the physical processes through which crystallization induces expansion or stresses in porous solids, and thus to orient the modeling of sulfate attacks in cement-based materials

Cette thèse aborde différents aspects de la cryptologie, subsumant des champs aussi variés que la conception de protocoles, l’amélioration d’outils algorithmiques et les attaques. Les deux principales focales de cette étude sont : un protocole de co-signature prouvé irréfragable et un système de chiffrement authentifié à sécurité prouvée. Notre protocole de co-signature permet l’équité légale. L’équité légale est une nouvelle variante de la notion d’équité, ne reposant pas sur des tiers. Notre instanciation d’équité légale est construite à l’aide des signatures de Schnorr. Nous présenterons également un protocole d’authentification distribué de type Fiat-Shamir. La deuxième partie de cette thèse est consacrée aux améliorations algorithmiques. Nous introduisons une méthode permettant de doubler la vitesse de l’algorithme de Barrett en utilisant des modules composites spécifiques et un nouvel algorithme de multiplication à retour sur trace, particulièrement adapté aux microprocesseurs bon marché. Nous nous intéresserons ensuite à la sécurité des composants en étudiant la régulation du débit des correcteurs de von Neumann et les attaques en fautes sur des implémentations de cryptographie à courbes elliptiques. Enfin, un des actes novatoires incidents notre travail sera d’adapter aux codes correcteurs d’erreurs deux techniques empruntées à la cryptographie : un premier résultat améliore l’efficacité calculatoire des codes BCH grâce à une version de l’algorithme de Barrett étendue aux polynômes. Le second est un nouveau code correcteur d’erreurs basé sur la théorie des nombres. / This thesis addresses various topics in cryptology, namely protocol design, algorithmic improvements and attacks. In addition, we venture out of cryptography and propose two new applications of cryptographic techniques to error correcting codes. Our main results comprise a provably secure co-signature protocol and a provably secure authenticated encryption scheme. Our co-signature protocol achieves legal fairness, a novel fairness variant that does not rely on third parties. Legal fairness is implemented using Schnorr signatures. We also present a distributed Fiat-Shamir authentication protocol. The second part of the thesis is devoted to computational improvements, we discuss a method for doubling the speed of Barrett’s algorithm by using specific composite moduli, devise new BCH speed-up strategies using polynomial extensions of Barrett’s algorithm, describe a new backtracking-based multiplication algorithm suited for lightweight microprocessors and present a new number theoretic error-correcting code. Fault injection attacks are further overviewed and a new fault attack on ECC implementations is proposed.

Cette thèse s'intéresse à la sécurité des programmes embarqués face aux attaques par injection de fautes. La prolifération des composants embarqués et la simplicité de mise en œuvre des attaques rendent impérieuse l'élaboration de contre-mesures.Un modèle de fautes par l'expérimentation basé sur des attaques par impulsion électromagnétique a été élaboré. Les résultats expérimentaux ont montré que les fautes réalisées étaient dues à la corruption des transferts sur les bus entre la mémoire Flash et le pipeline du processeur. Ces fautes permettent de réaliser des remplacements ou des saut d'instructions ainsi que des modifications de données chargées depuis la mémoire Flash. Le remplacement d'une instruction par une autre bien spécifique est très difficile à contrôler ; par contre, le saut d'une instruction ciblée a été observé fréquemment, est plus facilement réalisable, et permet de nombreuses attaques simples. Une contre-mesure empêchant ces attaques par saut d'instruction, en remplaçant chaque instruction par une séquence d'instructions, a été construite et vérifiée formellement à l'aide d'outils de model-checking. Cette contre-mesure ne protège cependant pas les chargements de données depuis la mémoire Flash. Elle peut néanmoins être combinée avec une autre contre-mesure au niveau assembleur qui réalise une détection de fautes. Plusieurs expérimentations de ces contre-mesures ont été réalisées, sur des instructions isolées et sur des codes complexes issus d'une implémentation de FreeRTOS. La contre-mesure proposée se révèle être un très bon complément pour cette contre-mesure de détection et permet d'en corriger certains défauts. / This thesis focuses on the security of embedded programs against fault injection attacks. Due to the spreadings of embedded systems in our common life, development of countermeasures is important.First, a fault model based on practical experiments with a pulsed electromagnetic fault injection technique has been built. The experimental results show that the injected faults were due to the corruption of the bus transfers between the Flash memory and the processor’s pipeline. Such faults enable to perform instruction replacements, instruction skips or to corrupt some data transfers from the Flash memory.Although replacing an instruction with another very specific one is very difficult to control, skipping an instruction seems much easier to perform in practice and has been observed very frequently. Furthermore many simple attacks can carried out with an instruction skip. A countermeasure that prevents such instruction skip attacks has been designed and formally verified with model-checking tool. The countermeasure replaces each instruction by a sequence of instructions. However, this countermeasure does not protect the data loads from the Flash memory. To do this, it can be combined with another assembly-level countermeasure that performs a fault detection. A first experimental test of these two countermeasures has been achieved, both on isolated instructions and complex codes from a FreeRTOS implementation. The proposed countermeasure appears to be a good complement for this detection countermeasure and allows to correct some of its flaws.

Les services Web permettent la communication de systèmes hétérogènes sur le Web. Ces facilités font que ces services sont particulièrement adaptés au déploiement dans le cloud. Les efforts de formalisation et de vérification permettent d’améliorer la confiance dans les services Web, néanmoins des problèmes tels que la haute disponibilité et la sécurité ne sont pas entièrement pris en compte. Par ailleurs, les services Web déployés dans une infrastructure cloud héritent des vulnérabilités de cette dernière. En raison de cette limitation, ils peuvent être incapables d’exécuter parfaitement leurs tâches. Dans cette thèse, nous pensons qu’une bonne tolérance nécessite un monitoring constant et des mécanismes de réaction fiables. Nous avons donc proposé une nouvelle méthodologie de monitoring tenant compte des risques auxquels peuvent être confrontés nos services. Pour mettre en oeuvre cette méthodologie, nous avons d’abord développé une méthode de tolérance aux attaques qui s’appuie sur la diversification au niveau modèle. On définit un modèle du système puis on dérive des variantes fonctionnellement équivalents qui remplaceront ce dernier en cas d’attaque. Pour ne pas dériver manuellement les variants et pour augmenter le niveau de diversification nous avons proposé une deuxième méthode complémentaire. Cette dernière consiste toujours à avoir des variants de nos services; mais contrairement à la première méthode, nous proposons un modèle unique avec des implantations différentes tant au niveau des interfaces, du langage qu’au niveau des exécutables. Par ailleurs, pour détecter les attaques internes, nous avons proposé un mécanisme de détection et de réaction basé sur la reflexivité. Lorsque le programme tourne, nous l’analysons pour détecter les exécutions malveillantes. Comme contremesure, on génère de nouvelles implantations en utilisant la reflexivité. Pour finir, nous avons étendu notre environnement formel et outillé de services Web en y incorporant de manière cohérente tous ces mécanismes. L’idée est de pouvoir combiner ces différentes méthodes afin de tirer profit des avantages de chacune d’elle. Nous avons validé toute cette approche par des expériences réalistes. / Web services allow the communication of heterogeneous systems on the Web. These facilities make them particularly suitable for deploying in the cloud. Although research on formalization and verification has improved trust in Web services, issues such as high availability and security are not fully addressed. In addition, Web services deployed in cloud infrastructures inherit their vulnerabilities. Because of this limitation, they may be unable to perform their tasks perfectly. In this thesis, we claim that a good tolerance requires attack detection and continuous monitoring on the one hand; and reliable reaction mechanisms on the other hand. We therefore proposed a new formal monitoring methodology that takes into account the risks that our services may face. To implement this methodology, we first developed an approach of attack tolerance that leverages model-level diversity. We define a model of the system and derive more robust functionally equivalent variants that can replace the first one in case of attack. To avoid manually deriving the variants and to increase the level of diversity, we proposed a second complementary approach. The latter always consists in having different variants of our services; but unlike the first, we have a single model and the implementations differ at the language, source code and binaries levels. Moreover, to ensure detection of insider attacks, we investigated a new detection and reaction mechanism based on software reflection. While the program is running, we analyze the methods to detect malicious executions. When these malicious activities are detected, using reflection again, new efficient implementations are generated as countermeasure. Finally, we extended a formal Web service testing framework by incorporating all these complementary mechanisms in order to take advantage of the benefits of each of them. We validated our approach with realistic experiments.

Le routage et la gestion des clés sont les plus grands défis dans les réseaux de véhicules. Un comportement de routage inapproprié peut affecter l’efficacité des communications et affecter la livraison des applications liées à la sécurité. D’autre part, la gestion des clés, en particulier en raison de l’utilisation de la gestion des certificats PKI, peut entraîner une latence élevée, ce qui peut ne pas convenir à de nombreuses applications critiques. Pour cette raison, nous proposons deux modèles de confiance pour aider le protocole de routage à sélectionner un chemin de bout en bout sécurisé pour le transfert. Le premier modèle se concentre sur la détection de noeuds égoïstes, y compris les attaques basées sur la réputation, conçues pour compromettre la «vraie» réputation d’un noeud. Le second modèle est destiné à détecter les redirecteurs qui modifient le contenu d’un paquet avant la retransmission. Dans la gestion des clés, nous avons développé un système de gestion des clés d’authentification et de sécurité (SA-KMP) qui utilise une cryptographie symétrique pour protéger la communication, y compris l’élimination des certificats pendant la communication pour réduire les retards liés à l’infrastructure PKI. / Routing and key management are the biggest challenges in vehicular networks. Inappropriate routing behaviour may affect the effectiveness of communications and affect the delivery of safety-related applications. On the other hand, key management, especially due to the use of PKI certificate management, can lead to high latency, which may not be suitable for many time-critical applications. For this reason, we propose two trust models to assist the routing protocol in selecting a secure end-to-end path for forwarding. The first model focusses on detecting selfish nodes, including reputation-based attacks, designed to compromise the “true” reputation of a node. The second model is intended to detect forwarders that modify the contents of a packet before retransmission. In key management, we have developed a Secure and Authentication Key Management Protocol (SA-KMP) scheme that uses symmetric cryptography to protect communication, including eliminating certificates during communication to reduce PKI-related delays.