Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse propose une approche pratique pour la rétro-conception automatisée de protocoles de communication non-documentés. Les travaux existants dans ce domaine ne permettent qu'un apprentissage incomplet des spécifications ou exigent trop de stimulation de l'implémentation du protocol cible avec le risque d'être vaincu par des techniques de contre-inférence. Cette thèse adresse ces problématiques en s'appuyant sur la sémantique du protocole cible pour améliorer la qualité, la rapidité et la furtivité du processus d'inférence. Nous appliquons cette approche à la rétro-conception des deux principaux aspects de la définition d'un protocole à savoir l'inférence de sa syntaxe et de sa grammaire. Nous proposons un outil open-source, appelé Netzob, qui implémente nos contributions pour aider les experts en sécurité dans leur lutte contre les dernières menaces informatiques. Selons nos recherches, Netzob apparait comme l'outil publié le plus avancé pour la rétro-conception et la simulation de protocoles de communications non-documentés. / This thesis exposes a practical approach for the automatic reverse engineering of undocumented communication protocols. Current work in the field of automated protocol reverse engineering either infer incomplete protocol specifications or require too many stimulation of the targeted implementation with the risk of being defeated by counter-inference techniques. We propose to tackle these issues by leveraging the semantic of the protocol to improve the quality, the speed and the stealthiness of the inference process. This work covers the two main aspects of the protocol reverse engineering, the inference of its syntactical definition and of its grammatical definition. We propose an open-source tool, called Netzob, that implements our work to help security experts in their work against latest cyber-threats. We claim Netzob is the most advanced published tool that tackles issues related to the reverse engineering and the simulation of undocumented protocols.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'ingénierie des Interfaces Homme-Machine. Elle a pour thème la conception et la réalisation des modèles d'IHM de la méthode MACAO. Nous étudions l'axe de création des interfaces utilisateur en différenciant trois niveaux de la conception à la réalisation. L'approche adoptée s'appuie sur une analyse théorique et sur des cas d'expériences pratiques des modèles. Cette démarche entre dans le cadre très en vogue des modèles et des transformations de modèles. Cette étude nous conduit à distinguer les étapes de conception d'une IHM en milieu industriel et à mettre en place un processus pour la réalisation des modèles et des maquettes dans la phase de recueil des besoins. En étudiant sur des projets réels la conception des IHM utilisant une représentation abstraite, nous soulignons toute l'importance de traiter de l'interface utilisateur avec l'utilisateur final et l'importance de la concevoir comme un élément de l'architecture générale dès les phases de conception. Nous proposons un procédé de conception de l'architecture de l'IHM qui répond aux besoins de la conception d'une IHM. Ce processus est complété par des modèles à des niveaux de raffinement différents. Nous proposons des métamodèles de ces différentes vues de la création des IHM. Et nous proposons un outil de génie logiciel qui permet d'éditer et d'utiliser le modèle du SNI. De part ses critères et ses techniques de représentation, MACAO représente une des plus douces et progressives façons d'implémenter une interface homme-machine.

No description available.

La cryptographie prend une place de plus en plus importante dans la vie des sociétés depuis que ses utilisateurs se rendent compte de son importance pour sécuriser divers aspects de la vie, depuis les moyens de paiement, de communication et de sauvegarde des éléments de la vie privée des citoyens, jusqu'à la sécurité nationale des pays et de leurs armées. Depuis une vingtaine d'années on sait que les algorithmes de cryptographie ne doivent pas seulement être sûrs mathématiquement parlant, mais que leurs implémentations dans un dispositif les rendent vulnérables à d'autres menaces par des voies d'informations alternatives : les canaux auxiliaires. Que ce soit la consommation électrique, le temps ou les émissions électromagnétiques, ... ces biais ont été évalués et depuis leur découverte les recherches de nouvelles attaques et protections se succèdent afin de garantir la sécurité des algorithmes. La présente thèse s'inscrit dans ce processus et présente plusieurs travaux de recherche traitant d'attaques et de contre-mesures dans le domaine de l'exploitation de canaux auxiliaires et d'injections de fautes. Une première partie présente des contributions classiques où l'on cherche à retrouver une clef cryptographique lorsque la seconde s’attelle à un domaine moins étudié pour l'instant consistant à retrouver les spécifications d'un algorithme tenu secret. / Cryptography is taking an ever more important part in the life of societies since the users are realising the importance to secure the different aspects of life from citizens means of payment, communication and records of private life to the national securities and armies. During the last twenty years we learned that to mathematically secure cryptography algorithms is not enough because of the vulnerabilities brought by their implementations in a device through an alternative means to get information: side channels. Whether it is from power consumption, time or electromagnetic emissions ... those biases have been evaluated and, since their discovery, the researches of new attacks follow new countermeasures in order to guarantee security of algorithms. This thesis is part of this process and shows several research works about attacks and countermeasures in the fields of side channel and fault injections analysis. The first part is about classic contributions where an attacker wants to recover a secret key when the second part deals with the less studied field of secret specifications recovery.

Le travail décrit dans cette thèse porte sur une nouvelle méthodologie de caractérisation des circuits sécurisés basée sur une rétro-conception matérielle partielle : d’une part afin d’améliorer l’injection de fautes laser, d’autre part afin de détecter la présence de Chevaux de Troie Matériels (CTMs). Notre approche est dite partielle car elle est basée sur une seule couche matérielle du composant et car elle ne vise pas à recréer une description schématique ou fonctionnelle de l’ensemble du circuit.Une méthodologie invasive de rétro-conception partielle bas coût, rapide et efficace est proposée. Elle permet d’obtenir une image globale du circuit où seule l’implémentation des caissons des transistors est visible. La mise en œuvre de cette méthodologie est appliquée sur différents circuits sécurisés. L’image obtenue selon la méthodologie déclinée précédemment est traitée afin de localiser spatialement les portes sensibles, voire critiques en matière de sécurité. Une fois ces portes sensibles identifiées, nous caractérisons l’effet du laser sur différentes parties de ces cellules de bases et nous montrons qu’il est possible de contrôler à l’aide d’injections de fautes laser la valeur contenue dans ces portes. Cette technique est inédite car elle valide le modèle de fautes sur une porte complexe en technologie 90 nm. Pour finir une méthode de détection de CTMs est proposée avec le traitement de l’image issue de la rétro-conception partielle. Nous mettons en évidence l’ajout de portes non répertoriées avec l’application sur un couple de circuits. La méthode permet donc de détecter, à moindre coût, de manière rapide et efficace la présence de CTMs. / The work described in this thesis covers an integrated circuit characterization methodology based on a partial hardware reverse engineering. On one hand in order to improve integrated circuit security characterization, on the other hand in order to detect the presence of Hardware Trojans. Our approach is said partial as it is only based on a single hardware layer of the component and also because it does not aim to recreate a schematic or functional description of the whole circuit. A low cost, fast and efficient reverse engineering methodology is proposed. The latter enables to get a global image of the circuit where only transistor's active regions are visible. It thus allows localizing every standard cell. The implementation of this methodology is applied over different secure devices. The obtained image according to the methodology declined earlier is processed in order to spatially localize sensible standard cells, nay critical in terms of security. Once these cells identified, we characterize the laser effect over different location of these standard cells and we show the possibility with the help of laser fault injection the value they contain. The technique is novel as it validates the fault model over a complex gate in 90nm technology node.Finally, a Hardware Trojan detection method is proposed using the partial reverse engineering output. We highlight the addition of few non listed cells with the application on a couple of circuits. The method implementation therefore permits to detect, without full reverse-engineering (and so cheaply), quickly and efficiently the presence of Hardware Trojans.

Cette thèse se situe dans la cryptanalyse physique des algorithmes de chiffrement par blocs. Un algorithme cryptographique est conçu pour être mathématiquement robuste. Cependant, une fois implémenté dans un circuit, il est possible d'attaquer les failles de ce dernier. Par opposition à la cryptanalyse classique, on parle alors d'attaques physiques. Celles-ci ne permettent pas d'attaquer l'algorithme en soi, mais son implémentation matérielle. Il existe deux grandes familles d'attaques physiques différentes : les attaques par observation du circuit durant le chiffrement, et les attaques par injections de fautes, qui analysent l'effet d'une perturbation intentionnelle sur le fonctionnement du circuit. Les attaques physiques ont deux types d'objectifs : rechercher la clé ou faire de la rétro-conception (retrouver une partie d'un algorithme de chiffrement privé, ex : s-boxes modifiées). Bien que leurs principes semblent distincts, cette thèse présente un formalisme qui permet d'unifier toutes ces attaques. L'idée est de décrire les attaques physiques de façon similaire, afin de pouvoir les comparer. De plus, ce formalisme a permis de mettre en évidence de nouvelles attaques. Des travaux novateurs ayant pour objet de retrouver la clé de chiffrement d'un AES, uniquement avec la consommation de courant ont été menés. Une nouvelle attaque de type FIRE (Fault Injection for Reverse Engineering) pour retrouver les s-boxes d'un pseudo DES est également présentée dans la thèse. Ce travail a abouti sur une réflexion plus générale, sur les attaques par injections de fautes dans les schémas de Feistel classiques et généralisés. / The main subject of this work is the physical cryptanalysis of blocks ciphers. Even if cryptographic algorithms are properly designed mathematically, they may be vulnerable to physical attacks. Physical attacks are mainly divided in two families: the side channel attacks which are based on the observation of the circuit behaviour during the computation, and the fault injection attacks which consist in disturbing the computation in order to alter the correct progress of the algorithm. These attacks are used to target the cipher key or to reverse engineer the algorithm. A formalism is proposed in order to describe the two families in a unified way. Unifying the different attacks under a same formalism allows to deal with them with common mathematical tools. Additionally, it allows a comparison between different attacks. Using this framework, a generic method to assess the vulnerabilities of generalized Feistel networks to differential fault analysis is presented. This work is furthermore extended to improve a FIRE attack on DES-like cryptosystems with customized s-boxes.