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.

Ces travaux traitent des problèmes de sécurité et de flexibilité dans le domaine des circuits sécurisés. Dans ce manuscrit, après la présentation de notions cryptographiques, nous étudions deux problématiques distinctes. La première concerne les attaques par clonage et retro-ingénierie. Dans ce sens, nous proposons une solution basée sur l'utilisation de logique reconfigurable répartie, et traitons aussi du protocole de reconfiguration associé. La seconde problématique étudiée dans ce manuscrit vise à éviter les attaques par analyse des canaux cachés. Nous suggérons alors une contre-mesure, basée sur la reconfiguration dynamique des chemins de données du circuit intégré. Cette contre-mesure est présentée selon différentes variantes et évaluée selon différents placements et niveaux d'abstraction.

L'intérêt de la communauté de la sécurité numérique dans le domaine des Systems on Chip (SoC) s'est essentiellement focalisé sur les menaces logicielles, améliorant sans cesse le niveau de protection. Cependant, l'exploitation de ce vecteur d'attaque devenant de plus en plus difficile, il est fort probable que les attaques matérielles se multiplient. Par conséquent, il est primordial d'étudier ces dernières afin d'anticiper la menace qu'elles représentent. La sophistication de l'architecture et la rapidité d'évolution des technologies embarquées dans les SoC, justifient la mise en place d'une méthodologie adaptée pour évaluer efficacement leur niveau de sécurité. C'est dans ce contexte que cette thèse propose l'étude de cette catégorie d'attaques ainsi qu'un aperçu de leur impact sur la sécurité de ce type de systèmes. Alors que les architectures élaborées accroissent la difficulté de mise en place d'attaques physiques, elles augmentent également la surface d'attaque. Une première étude analyse les chemins d'attaques afin de déterminer les grandeurs physiques exploitables les plus pertinentes. Cette étape conduit, dans un deuxième temps, à l'élaboration de règles génériques pour l'évaluation sécuritaire des SoC présents sur le marché. Celles-ci combinent diverses techniques déjà utilisées dans le domaine de la carte à puce. L'ensemble de ce travail s'appuie sur plusieurs divers modules caractéristiques de la sécurité des SoC actuels. Tous les résultats soulignent que la complexité inhérente aux SoC n'est pas suffisante pour les protéger contre les attaques matérielles et l'implémentation des sécurités dans ces systèmes doit se faire sans se reposer sur cette propriété. / In the field of System on Chip (SoC), the digital security community has mainly focused on software threats; constantly working to improve the level of protection. Since the exploitation of this attack vector is becoming more and more difficult, it is most likely that the number of hardware attacks will increase. Therefore, it is essential to study these attacks in order to anticipate the threat they represent. The sophisticated architecture and the rapidly changing technologies embedded in the SoC justify the implementation of an adapted methodology, to effectively evaluate their level of security.In this context, this thesis examines the feasibility of this type of attacks and their impact on the security of these systems. While rich architectures increase the difficulty of setting up hardware attacks, they also increase the attack surface. Our study starts by analyzing the attack paths in order to determine the most relevant exploitable physical quantities. This has led to the development of a generic procedure for the security evaluation of SoCs on the market. This method combines various techniques that are already applied to smart cards. This entire work is based on several case studies related to various embedded modules characteristic of the security in current systems-on-chips. All the observed results lead to the same observations: the inherent complexity of SoCs is not sufficient to protect them against hardware attacks. The implementation of security in these systems must be done without relying on this property.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le développement d'une méthodologie de conception de circuits asynchrones Quasi Insensibles aux Délais (QDI) et son application à des circuits sécurisés. Contrairement aux circuits synchrones, les circuits asynchrones se caractérisent par l'absence de signal d'horloge. Ces circuits sont séquencés par un mécanisme de communication et de synchronisation local. En plus des nombreuses propriétés des circuits asynchrones telles que la robustesse, une faible consommation, un faible bruit et une excellente modularité, les propriétés de la logique QDI apparaissent également particulièrement intéressantes pour sécuriser l'implantation des circuits intégrés contre les attaques par analyse de courant. Cependant, le manque de méthode et d'outil de conception est un frein à leur adoption. C'est dans ce contexte que se situe ce travail de thèse, qui contribue au développement d'un outil de conception de circuits asynchrones développé au laboratoire TIMA : TAST.