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RÉSUMÉ
Les systèmes embarqués sont omniprésents dans nos sociétés modernes. Ils sont complexes car ils regroupent des fonctionnalités logicielles pointues, des ressources matérielles intégrées très hétérogènes telles que les systèmes-sur-puce et de plus en plus souvent des capacités de communication. De plus leur conception est fortement contrainte pour permettre la meilleure intégration dans le système hôte (voiture, avion, électroménager, etc.). Cet article traite de la sécurité des systèmes embarqués qui font face à de nombreuses menaces logicielles, matérielles et mixtes. Il présente les grands principes des attaques logicielles et physiques pour permettre au lecteur d’appréhender les principales stratégies de protection.
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Embedded systems are ubiquitous in our modern societies. They are complex because they combine advanced software features, highly heterogeneous integrated hardware resources such as systems-on-chip, and more and more often communication capabilities. Their design is tightly constrained to enable optimum integration in the host system (car, plane, household appliances, etc.). This article discusses the security of embedded systems, which are vulnerable to many software, hardware, and mixed threats. The main principles of software and physical attacks are presented to help the reader understand the main protection strategies.
Auteur(s)
-
Lilian BOSSUET : Professeur des universités - Laboratoire Hubert Curien, CNRS UMR5516, Université Jean Monnet, Saint-Étienne
INTRODUCTION
Les systèmes embarqués sont la clé de voûte de l’architecture technologique de nos sociétés modernes. Ils sont présents dans tous les aspects de la vie moderne. Du réveil au coucher (et même durant la nuit), ils nous accompagnent dans nos déplacements au cœur des véhicules ou dans les transports en commun, dans nos loisirs associés à des objets connectés, dans nos maisons où la domotique se généralise pour augmenter notre confort et limiter nos besoins énergétiques, dans nos actions de consommation via nos moyens de paiement et, bien entendu, dans toutes les facettes de nos activités professionnelles. Au-delà de l’individu, les systèmes embarqués sont ultraprésents dans l’industrie et son évolution (industrie 4.0), dans l’Internet des objets, dans la distribution énergétique, dans les moyens de défense et de protection des nations. À l’énoncé de la place que prennent les systèmes embarqués dans nos sociétés, il est facile de comprendre à quel point leur sécurité est critique. Sont-ils pour autant protégés de toutes menaces ? Bien au contraire, excepté dans une certaine mesure (les systèmes dont la sécurité est une contrainte par définition – par exemple les domaines d’applications militaires et bancaires –), les systèmes embarqués sont très fortement menacés, non seulement par des attaques logicielles et sur les réseaux (comme tous systèmes informatiques), mais aussi par des attaques physiques ciblant leurs parties électroniques et microélectroniques.
Cet article présente les grandes stratégies d’attaques ciblant les systèmes embarqués, leurs parties logicielles et matérielles. Il présente aussi les grandes stratégies de défense et de protection. Les systèmes embarqués sont complexes car ils regroupent des fonctionnalités logicielles pointues, des ressources matérielles intégrées très hétérogènes telles que les systèmes-sur-puce et, de plus en plus souvent, des capacités de communication. Les protéger est un exercice délicat qui ne peut aboutir à une sécurité totale. Les concepteurs doivent aborder tous les niveaux de conception et apporter à chaque étape de la conception une réflexion et un soin tout particulier à la sécurité. Pour cela, ils doivent avoir conscience des menaces qui peuvent peser sur les systèmes embarqués qu’ils développent et avoir une idée des possibilités de protection, c’est ce que propose d’aborder cet article.
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KEYWORDS
embedded system | hardware security | software security | attack | countermeasure
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 2018 par Lilian BOSSUET
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Environnement d’exécution de confiance4. Attaques logicielles et physiques couplées
Les systèmes-sur-puce sont aujourd’hui de plus en plus complexes. Cette complexité conduit au développement de nouveaux chemins d’attaque couplant les aspects matériels et logiciels. Ainsi une attaque physique peut ouvrir une faille permettant une attaque logicielle, ou bien un code logiciel peut conduire à une défaillance matérielle .
4.1 Couplage des attaques logicielles et physiques
Un exemple d’attaques couplées ciblant les processeurs est la corruption matérielle d’une séquence sécurisée de chargement de boot (en anglais secured boot loader) permettant l’exécution d’un code malveillant. Lors d’une séquence sécurisée normale de chargement du boot, le code de boot est chargé (la plupart du temps par morceau) dans la mémoire RAM du processeur. Pour cela, une suite d’instructions de chargement dans un registre interne du processeur (load) de la donnée adressée dans la mémoire ROM puis de mémorisation de cette même donnée à une adresse précise de la mémoire RAM (store) est réalisée. À l’issue du chargement en RAM du code de boot, le système effectue un déchiffrement et une vérification du code déchiffré via une fonction de hachage afin de ne pas exécuter un code malveillant si la ROM a été remplacée par un attaquant. Il est cependant possible de corrompre cette séquence sécurisée. Pour cela, l’attaquant réalise une attaque en faute (par laser, rayonnement magnétique ou glitch) lors du chargement d’un code de boot depuis la mémoire ROM. L’attaque vise le registre par lequel les lignes de code et de données de la mémoire ROM transitent avant d’être stockées dans la mémoire RAM du processeur, nous appellerons ce registre le « registre A ». Le principe de l’attaque est de modifier quelques bits de l’adresse (ou numéro) du registre A de façon à ce que le numéro effectif du registre ciblé soit celui du pointeur d’instruction (appelé « registre PC » pour program counter)....
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Attaques logicielles et physiques couplées
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BADRIGNANS (B.), DANGER (J.L.), FISCHER (V.), GOGNIAT (G.), TORRES (L.) (eds.) - Security Trends for FPGAS – From Secured to Secure Reconfigurable Systems. - Springer (2011).
-
(2) - MAJERIC (F.) - Étude d’attaques matérielles et combinées sur les « System-on-Chip ». - Thèse de doctorat de l’université Jean Monnet de Saint-Étienne (2018).
-
(3) - THOMAS (O.) - Advanced IC Reverse Engineering techniques in Depth Analysis of a Modern Smart Card. - Black Hat (2015) – https://www.texplained.com/video.
-
(4) - JOYE (M.), TUNSTALL (M.) - Fault Analysis in Cryptography. - Springer (2012).
-
(5) - COURBON (F.) - Rétro-conception matérielle partielle appliquée à l’injection ciblée de fautes laser et à la détection efficace de chevaux de Troie matériels. - Thèse de doctorat de l’École nationale supérieure des mines de Saint-Étienne (2015).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Collection d’exemples de rétroconception de circuits intégrés :
Solutions de sécurité françaises, labellisées France Cybersecurity :
https://www.francecybersecurity.fr/en/
HAUT DE PAGE
Conference on Cryptographic Hardware and Embedded Systems (CHES) : https://ches.iacr.org/
IEEE International Symposium on hardware Oriented Security and Trust (HOST) : http://www.hostsymposium.org/
International Workshop on cryptographic Architectures Embedded in Logic Devices (CryptArchi) : https://labh-curien.univ-st-etienne.fr/cryptarchi/
International Workshop on Constructive Side-Channel Analysis and Secure Design (COSADE) : https://cosade.telecom-paristech.fr/
Workshop on Pratical Hardware Innovations in Security Implementation and Characterization (PHISIC)
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