Attaque par canal auxiliaire

En sécurité informatique, une attaque par canal auxiliaire ou par canal latéral (en anglais : Side-channel attack ou SCA) est une technique d'attaque informatique qui ne cherche pas à casser directement un système de sécurité informatique, mais va rechercher et exploiter des failles dans son implémentation (logicielle ou matérielle).

En observant, dans un appareil et/ou un programme, des indices comme le bruit, le temps d'exécution, la consommation d'énergie et ses variations, des signaux électromagnétiques, les temps et moments d'accès au cache, etc., un attaquant peut réussir à deviner des informations cruciales, comme, par exemple, une clé de chiffrement ou des données sensibles. Ces attaques exploitent donc la manière dont un système est réellement construit et fonctionne, plutôt que ses principes théoriques.

Principe

Une sécurité « mathématique » ne garantit pas forcément une sécurité lors de l'utilisation en « pratique ».

Les attaques par canaux latéraux reposent sur l'exploitation de fuites physiques mesurables — telles que temps d'exécution, consommation d'énergie ou émissions électromagnétiques — permettant de déduire des informations secrètes (jusqu'aux clés cryptographiques ou modèles biométriques parfois)[1] ;

À titre d'exemple, l'une des premières attaques emblématiques faite par un canal latéral et réussie, décrite par Peter Wright (ancien agent du MI5) dans son livre « Spy Catcher » publié en 1987 : en 1965, le MI5 a réussi à exploiter les sons d'une machine de chiffrement égyptienne à rotor pour en déduire des informations secrètes[1].

Types d'attaques

Du point de vue de l'attaquant, une attaque est jugée utile dès qu'elle présente des performances supérieures à une attaque par force brute. Les attaques par canal auxiliaire sont nombreuses et variées et portent sur différents paramètres. On en distingue deux grandes catégories.

Attaques invasives

Les attaques invasives nécessitent une interaction avec le matériel (potentiellement destructive).

Attaque par sondage
Cette attaque consiste à placer une sonde directement dans le circuit à étudier, afin d'observer son comportement (généralement utilisée dans le cas des bus chiffrés).
Attaque par injection de faute
Cette attaque consiste en l'introduction volontaire d'erreurs dans le système pour provoquer certains comportements révélateurs (comme une impulsion laser ou électromagnétique[2], etc.).

Attaques non invasives

Les attaques non invasives se contentent de procéder à une observation extérieure du système (passive).

Attaque par faute
Cette attaque consiste à utiliser le système en dehors de sa plage de fonctionnement nominal, ce qui le fait fauter, fautes ensuite analysées pour en tirer des informations pertinentes.
Analyse d'émanations électromagnétiques
Cette attaque est similaire à la cryptanalyse acoustique, mais en utilise le rayonnement électromagnétique (émission d'ondes [signal Wi-Fi notamment][3], analyse d'une image thermique, du champ électromagnétique émise par un écran, etc.).
Analyse de consommation
Une consommation accrue indique un calcul important et peut donner des renseignements sur la clé.
Attaque par analyse du trafic
Intercepter des éléments sur la communication entre ses cibles permet de déduire des indices sur leur activité.
Attaque par prédiction de branches
L'étude des unités de prédiction de branches des nouvelles architectures des processeurs peut donner des informations intéressantes.
Attaque temporelle
Cette attaque consiste en l'étude du temps mis pour effectuer certaines opérations.
Cryptanalyse acoustique
Cette attaque consiste en l'étude du bruit généré par un ordinateur ou une machine (mécanique ou électronique) de chiffrement ou déchiffrement. En effet, le processeur émet du bruit qui varie en intensité et en nature selon sa consommation et les opérations effectuées (typiquement des condensateurs qui se chargent ou se déchargent émettent un claquement facilement mesurable).

Ces attaques peuvent être combinées pour obtenir des informations secrètes comme la clé de chiffrement. Leur mise en œuvre est étroitement liée au matériel ou au logiciel attaqué.

Exemples d'attaques

Une attaque exploitant les temps de réponse a été menée par Serge Vaudenay sur TLS/SSL, ce qui a forcé les concepteurs du standard à faire une mise à jour critique. Adi Shamir a montré l'efficacité en pratique de la cryptanalyse acoustique du bruit d'un processeur. Une attaque temporelle sur le cache d'un processeur a été démontrée pour une implémentation d'AES.

SCA et cybersécurité

Conception et certification des puces

Les systèmes et réseaux informatiques contiennent un nombre croissant de données sensibles[1].

La solution idéale serait de traiter uniquement des données chiffrées de bout en bout. Mais un processeur ne peut que traiter des opérations « en clair », c'est-à-dire déchiffrées. Un nombre croissant de puces d'unité de calcul (CPU ou SoC) sont donc dotées de systèmes de chiffrement intégrés ; ils sont efficaces mathématiquement, mais peuvent être écoutés et il est alors parfois possible d'en déduire la clef de chiffrement. Les concepteurs de puces essaient donc de protéger le plus efficacement possible leurs circuits en limitant la surconsommation, la prise d'espace physique des modules de chiffrement ou en brouillant le signal[1] (qui augmente le coût de la puce et la complexité de leur conception).

La solution parfaite rendrait la puce trop chère. Les concepteurs de circuits intégrés doivent donc jouer sur le design des unités de chiffrement. Des unités de cybersécurité des circuits intégrés procèdent ensuite à des tests de vulnérabilité de leur puces.
Les principaux tests consistent en des analyses statistiques ou par apprentissage profond[4] de fuites sur des canaux auxiliaires (side channel attack ou SCA), ou dynamiques par injection de fautes (perturbations par laser ou électromagnétiques). Ces tests permettent d'affiner le design de la puce et de maximiser ses performances.

Les concepteurs de puces communiquent ensuite leurs premiers exemplaires à des sociétés expertes tierces afin d'obtenir des certifications de robustesse.

Ce processus de design impliquant les problèmes de cybersécurité étant lent et lourd, des solutions de conception assistée par ordinateur de circuits intégrés peont permis de simuler finement le fonctionnement d'une puce et d'identifier de potentielles fuites sur des canaux auxiliaires (qui pourraient être exploitées). Cette analyse modélisant le circuit électronique traitant des signaux binaires est appelée « binary analysis » (« analyse de binaires ») et est effectuée en amont, en complément des analyses SCA[1].

Solutions

Les constructeurs de puces de chiffrement cherchent à aplanir leur courbe de consommation électrique pour dissimuler les opérations sous-jacentes, et des protections et des blindages en limitent le rayonnement vers l'extérieur du circuit. Il faut aussi tenir compte des états impossibles qui ne doivent pas se produire et doivent être traités correctement s'ils venaient à être détectés. Limiter les messages d'erreur et la communication d'informations diverses avec l'extérieur est aussi une solution, mais elle pénalise les développeurs et les utilisateurs du système.

Un autre solution est de laisser le système de chiffrage accessible, dans ce qu'on appelle une white box (« boîte blanche », par opposition à boîte noire », qui décrit un système dont le fonctionnement est totalement inconnu). Le but d'une white box est d'être suffisamment complexe pour qu'une personne malintentionnée ne puisse l'analyser. Malgré tout, des techniques de test de vulnérabilité de white box ont été développées[5].

Histoire

Le « mélangeur 131B2 », appareil de cryptographie de Bell, utilisé pour combiner (par opération XOR) les signaux de téléimprimeurs avec des masques jetables (clés de chiffrement à usage unique), fut le premier appareil dont un texte clair classifié secret a pu être extrait, en analysant ses « signaux rayonnés » (c'est-à-dire les émissions électromagnétiques résultant de son fonctionnement)

Les attaques par canal auxiliaire sont anciennes. Elles ont été utilisées dès la Première Guerre mondiale par analyse du trafic des troupes ennemies. Durant l'Opération Gold, la CIA a probablement fait appel à des attaques par canal auxiliaire pour récupérer des messages en clair sans avoir à déchiffrer le chiffrement russe. Les attaques visant les objets physiques sont assez récentes[1].

Durant la Seconde Guerre mondiale, la détection d'émissions compromettantes était pratiquée par les laboratoires Bell. Puis le programme américain TEMPEST (dans les années 1950) a notamment travaillé sur le blindage électromagnétique des circuits et/ou le contrôle de leur consommation d'énergie ou leur désynchronisation visant à décorréler cette consommation de l'exécution de tâches par le circuit[1].

Des démonstrations marquantes ont ensuite concerné l'interception des signaux de moniteurs, par exemple avec Wim van Eck qui, en 1985, a démontré qu'il pouvait, avec un simple matériel bon marché du commerce, intercepter les émissions de moniteurs informatiques proches et les afficher sur un écran TV ; après qu'on ait découvert l'espionnage, durant plus de huit ans, des machines à écrire électrique IBM par les services secrets russes à Moscou en 1984, via « seize micros électromécaniques implantés dans des machines à écrire américaines IBM Selectric II et Selectric II, à l'ambassade des États-Unis à Moscou, et au consulat américain de Leningrad ; l'attaque utilisait ici des magnétomètres pour déterminer quelle touche avait été pressée, puis la séquence tapée était envoyée par radio ». De telles attaques se sont développées, à partir des travaux fondateurs de Kocher dans les années 1990, s'étendant aux cartes à puce, aux processeurs, au réseau internet, au Cloud et à des objets comme les smartphones, en se classant soit en attaques passives (simples observations) soit en attaques proactives, visant par exemple à perturber le fonctionnement d'un système pour en extraire des données sensibles (ex : attaques par injection de fautes)[1].

Une préoccupation est le développement de la sophistication de ces attaques, qui peuvent maintenant être assistées ou portées par des Intelligences artificielles[1]. Les progrès du deep learning et la présence généralisée de microphones dans les appareils font que les attaques acoustiques sur les claviers restent menaçantes (un modèle entraîné sur des enregistrements réalisés avec un simple smartphone parvient à identifier des frappes avec une précision allant jusqu’à 95 %, et même 93 % via Zoom ; de même avec Skype), même s'il existe des pistes pour limiter ces risques[6],[7].

Le cas particulier de la biométrie

En 2013, un Groupe thématique sur la biométrie a été créé au sein du « Réseau de référence européen pour la protection des infrastructures critiques (ERNCIP) », afin d'étudier les usages potentiels de la biométrie pour renforcer la sécurité des infrastructures clés (M. Lewis et al., 2013)[1].

Les techniques biométriques ont des avantages forts (« contrairement aux clés ou mots de passe, les caractéristiques biométriques ne sont pas facilement révoquées ou renouvelées : si, par un certain moyen, votre empreinte digitale est compromise, il est très peu probable qu'une nouvelle empreinte soit émise afin de resécuriser vos informations », ce pourquoi elles ont été largement adoptées pour l'authentification dans des domaines aussi variés que la protection des smartphones, des paiements mobiles, ou encore le contrôle des frontières, ou les accès aux lieux sensibles par les forces de l'ordre, les militaires, les travailleurs du nucléaires, de réseaux d'énergie et de communication, etc. Des attaques par des voies auxiliaires sont difficiles[8], mais néanmoins possibles, y compris pour la « reconnaissance d'empreintes digitales »[9], la « reconnaissance faciale » ou d'autres « kryptosystèmes biométriques » (ainsi, l'étude d'informations physiques comme que le temps ou la consommation d'énergie récupérées lors du fonctionnement d'un système, avec l'aide de l'IA, d'inférer certains des secrets conservés dans ce système (y compris parfois des clés de chiffrement).

Ceci pose de nouveaux défis en termes de contre-mesures et de cybersécurité[10],[1].

Notes et références

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (en) Javier Galbally, « A new Foe in biometrics: A narrative review of side-channel attacks », Computers & Security, vol. 96,‎ , p. 101902 (DOI 10.1016/j.cose.2020.101902, lire en ligne, consulté le ).
  2. ↑ Olivier Hériveaux, « Injection de faute par laser en boîte-noire sur mémoire sécurisée », SSTIC,‎ .
  3. ↑ (en) Kamran Ali, Alex X. Liu, Wei Wang et Muhammad Shahzad, « Keystroke Recognition Using WiFi Signals », MOBICOM Proceedings MobiCom '15, ACM,‎ , p. 90–102 (ISBN 978-1-4503-3619-2, DOI 10.1145/2789168.2790109).
  4. ↑ (en) Benjamin Timon, « Non-Profiled Deep Learning-based Side-Channel attacks with Sensitivity Analysis », IACR Transactions on Cryptographic Hardware and Embedded Systems,‎ , p. 107–131 (ISSN 2569-2925, DOI 10.13154/tches.v2019.i2.107-131, lire en ligne, consulté le ).
  5. ↑ (en) Guillaume Vinet, « Optimized White-Box Tracing for Efficient Side-Channel Attacks »(Archive.org • Wikiwix • Google • Que faire ?) Accès libre, sur eshard.com, (consulté le ).
  6. ↑ (en) AJoshua Harrison, Ehsan Toreini et Maryam Mehrnezhad (2023) A Practical Deep Learning-Based Acoustic Side Channel Attack on Keyboards |éditeur=IEEE European Symposium on Security and Privacy Workshops |pages=270–280 |éditeur=IEEE |date=2023-07 |isbn=979-8-3503-2720-5 |doi=10.1109/EuroSPW59978.2023.00034 |lire en ligne=https://ieeexplore.ieee.org/document/10190721/ |consulté le=2026-02-23
  7. ↑ (en) Alberto Compagno, Mauro Conti, Daniele Lain et Gene Tsudik (2017) Don't Skype & Type!: Acoustic Eavesdropping in Voice-Over-IP |périodique=ConferencesASIA-CCSProceedingsASIA CCS '17Don't Skype & Type !: Acoustic Eavesdropping in Voice-Over-IP |pages=703–715 |éditeur=ACM |date=2017-04-02 |isbn=978-1-4503-4944-4 |doi=10.1145/3052973.3053005 |consulté le=2026-02-23.
  8. ↑ (en) Maël Berthier, Yves Bocktaels, Julien Bringer et Hervé Chabanne, « Studying Leakages on an Embedded Biometric System Using Side Channel Analysis », dans Constructive Side-Channel Analysis and Secure Design, vol. 8622, Constructive Side-Channel Analysis and Secure Design (Colloque), 281–298 p. (ISBN 978-3-319-10174-3, DOI 10.1007/978-3-319-10175-0_19, lire en ligne).
  9. ↑ Joshi, M., Mazumdar, B., & Dey, S. (2018). Security vulnerabilities against fingerprint biometric system. arXiv preprint arXiv:1805.07116.
  10. ↑ Cherrier E (2021) Authentification biométrique: comment (ré) concilier sécurité, utilisabilité et respect de la vie privée? (Thèse de Doctorat, Université de Normandie) |https://theses.hal.science/tel-03326656/document .

Voir aussi

Articles connexes

Bibliographie

  • Bartlow, N., & Cukic, B. (2005). The vulnerabilities of biometric systems–an integrated look and old and new ideas. In Biometric Consortium Conference.
  • Roberts, C. (2007). Biometric attack vectors and defences. computers & security, 26(1), 14-25.
  • icône décorative Portail de la cryptologie
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