Sécurité matérielle des objets connectés - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Hardware security of IoT devices

Sécurité matérielle des objets connectés

Résumé

Securing connected devices is one of the biggest challenge of the internet of things. Among existing threats, an attacker with a physical access to a device can use electromagnetic fault injection (EMFI) and laser fault injection (LFI) to alter the behavior of an electronic device in order to extract confidential information or be granted unauthorized privileges. While an extensive litterature describes how these techniques can be used to attack cryptographic devices, the threat that they represent for non-secure microcontrollers has not been fully assessed yet. This work provides an in-depth analysis of faults injected in four non-secure microcontrollers manufactured in CMOS 0.35 µm, 0.25 µm, 80 nm and 65 nm technologies. Faults are injected locally with an EM pulse in instructions and data loaded in the buffers of the embedded Flash memory with a high repeatability and the possibility to inject either bit set or bit reset faults in one or multiple instructions. High-precision bit set faults are also injected with a large laser spot in words loaded from the embedded NOR Flash memory with a high repeatability and a bit level precision. The laser fault injection mechanism described in this work highlight the underlying vulnerability of the matrix organization of an embedded Flash memory. Finally, the threats that these fault models represent are assessed in several practical case studies. A theoritical analysis of the fault attack paths in the secure-boot implementation of a secure microcontroller for IoT applications highlight the weaknesses of the read interface of a non-volatile memories during the secure-boot process.
La sécurité des objets connectés est un enjeu de premier plan. Or, l’implémentation à grande échelle de protections simples et modulaires pour des circuits intégrés aux ressources limitées est un défi de taille. La conception de solutions adaptées repose dès lors sur l'identification et l'évaluation des menaces qui pèsent sur ces circuits. Ces travaux proposent une analyse des vulnérabilités matérielles de quatre microcontrôleurs non-sécurisés fabriqués dans les technologies CMOS 350 nm, 250 nm, 80 nm et 65 nm face aux techniques d’injection de fautes par impulsions électromagnétiques (EM) et laser. Les résultats obtenus sur ces microcontrôleurs mettent en évidence plusieurs modèles de fautes originaux sur les interfaces des mémoires NOR Flash de ces circuits. Nous montrons que des perturbations EM et laser maîtrisées permettent de modifier sélectivement les bits des mots en transfert entre la mémoire NOR Flash et l’unité de calcul avec une grande résolution spatiale et temporelle. Ces perturbations peuvent ainsi être ajustées pour produire des corruptions ciblées ou des sauts d'instructions. Les relations entre l’architecture des mémoires NOR Flash et les caractéristiques des fautes obtenues par injection laser sont également analysées en réalisant une rétro-ingéniérie du mécanisme de faute. Les modèles de fautes étudiés dans ces travaux sont évaluées en pratique sur des algorithmes de sécurité. Une analyse théorique de la sécurité d’un mécanisme d’amorçage sécurisé met enfin en lumière le rôle clé de l’interface de lecture des mémoires non-volatiles dans la mise en œuvre d'une chaîne de confiance.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03879139 , version 1 (30-11-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03879139 , version 1

Citer

Alexandre Menu. Sécurité matérielle des objets connectés. Autre. Université de Lyon, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LYSEM032⟩. ⟨tel-03879139⟩
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