Physical Attacks against Symmetric Cryptography Standards

L'essor des dispositifs embarqués à l'ère de l'Internet des Objets a accru la demande en algorithmes cryptographiques sécurisés. Bien que les algorithmes standardisés soient prouvés sécurisés dans le modèle de boîte noire, où un adversaire a seulement accès aux entrées et aux sorties, ce modèle n'est pas suffisant pour représenter les menaces du monde réel. En pratique, l'adversaire peut avoir un accès physique aux dispositifs et récupérer la clé secrète utilisée dans les algorithmes au moyen d'attaques physiques. Ces attaques sont généralement classées en deux catégories : les attaques par canaux auxiliaires (Side-Channel Attacks, SCA) et les attaques par injection de fautes (Fault Attacks, FA). Cette thèse étudie les menaces posées par de telles attaques contre les standards de la cryptographie symétrique, en se concentrant sur l'Advanced Encryption Standard (AES), largement utilisé depuis de nombreuses années, ainsi que sur Ascon-AEAD, récemment standardisé comme schéma de chiffrement authentifié léger.Dans la première partie de cette thèse, nous nous concentrons sur un type majeur de SCA, à savoir l'analyse de corrélation de consommation de puissance (Correlation Power Analysis, CPA), ciblant Ascon-AEAD. Nous étudions différentes approches pour choisir la fonction de sélection, un élément central de la CPA, afin de mieux comprendre les conditions dans lesquelles l'attaque réussit ou échoue. Notre analyse est validée par une attaque CPA d'ordre deux contre une implémentation logicielle masquée. Cela fournit également la première estimation pratique du coût en données et en calcul pour la récupération complète de la clé dans une implémentation protégée. De plus, nous proposons d'étendre la fonction de sélection d'un bit à plusieurs bits, ce qui permet d'augmenter le taux de réussite de l'attaque.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous concentrons sur deux types majeurs de FA, à savoir l'analyse statistique des fautes inefficaces (Statistical Ineffective Fault Analysis, SIFA) et l'analyse de fautes persistantes (Persistent Fault Analysis, PFA), ciblant Ascon-AEAD et AES. Pour la SIFA, nous proposons une analyse approfondie d'une stratégie d'attaque générique appliquée aux schémas de chiffrement authentifiés. Nos résultats montrent que, bien que la SIFA soit généralement puissante, elle peut échouer en pratique sous des fautes de type saut d'instruction. Ces conclusions sont illustrées par des démonstrations sur Ascon-AEAD. Pour la PFA, nous montrons que des fautes persistantes peuvent être induites par un saut d'instruction, ce qui est plus simple que les techniques d'altération de la mémoire rapportées dans la littérature. Nous présentons également la première PFA ciblant une constante autre que les éléments de la S-box. Spécifiquement, nous démontrons que l'altération d'une constante de tour d'AES peut conduire à la récupération complète de la clé. Nos résultats sont illustrés par des expériences sur l'implémentation AES de la bibliothèque MbedTLS largement utilisée.