Contributions à la sécurité des Java Card

178 Pages·2017·3.36 MB·French

Contributions à la sécurité des Java Card
Julien Iguchi-Cartigny
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Julien Iguchi-Cartigny. Contributions à la sécurité des Java Card. Cryptographie et sécurité [cs.CR].
Université de Limoges, 2014. ￿tel-01249879￿
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Contributions à la sécurité des Java
Card
Mémoire pour l’obtention de
l’Habilitation à diriger des recherches
Discipline : Informatique
par
Julien IGUCHI-CARTIGNY
présenté le
4 décembre 2014
Composition du jury :
Président : Gilles Grimaud Professeur - Université Lille 1 - LIFL
Rapporteurs : Pierre Paradinas Professeur titulaire de la chaire Systèmes embarqués au CNAM
Didier Donsez Professeur à l’Université de Grenoble 1
Daniel Hagimont Professeur à l’INPT/ENSEEIHT
Examinateur : Christophe Bidan Professeur à Supélec Rennes
Directeur : Jean-Louis Lanet Professeur à l’Université de Limoges

Table des matières
Table des matières 3
Table des figures 5
1 Présentation 13
1.1 Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2 Problématiques 17
2.1 De la réalité de la sécurité des cartes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 De l’attaque des et par des applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3 De l’importance des relations industrielles . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4 De l’évaluation de nos propositions de contre-mesures . . . . . . . . . . . 23
2.5 De l’intégration dans l’écosystème Java Card . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.6 Exposé des verrous scientifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.7 Programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3 De l’attaque de la JCVM par les applications 29
3.1 Évaluation des protocoles de communication . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2 Évaluation par applet frauduleux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.4 Ressources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4 De la sécurité de la machine virtuelle Java Card 43
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.2 Contrer les attaques en faute contre les applets . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.3 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.4 Mise à jour dynamique des applets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.5 Ressources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5 De la défense des applications par analyse statique 59
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.2 De l’analyse d’applet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.3 Protection du code du programmeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.4 Défense des applications web contre les attaques XSS . . . . . . . . . . . 62
5.5 Protection contre les attaques en fautes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.6 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.7 Ressources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6 Autre Travaux 71
3
4 TABLE DES MATIÈRES
6.1 Authentification par test de Turing graphique sur mobile . . . . . . . . . 71
6.2 VoIP complètement anonyme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.3 Réseau domestique sécurisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.4 Sécurité des mécanismes d’hypervision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
7 Bilan 73
7.1 Originalité de l’approche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
7.2 Bilan personnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
8 Perspectives 77
8.1 Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
8.2 Propositions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
8.3 MesoVisor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
8.4 Programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
8.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
9 Ressources 83
9.1 Projets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
9.2 Spin-off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
9.3 Thèses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
9.4 Ingénieurs associés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
9.5 Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
9.6 Projets étudiants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
10 Bibliographie personnelle 97
Thèses encadrées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Éditeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Revues internationales avec comité de lecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Chapitres d´ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Conférences internationales avec actes et comités de sélection . . . . . . . . . . 98
Workshops internationaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Conférences internationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Conférences nationales avec actes et comités de sélection . . . . . . . . . . . . 101
Conférences nationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Workshops nationaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Conférences invitées nationales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Posters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Rapports de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Thèses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Bibliographie 105
I Annexes 119
A CV détaillé 121
B Sélection d’articles 129
Table des figures
1.1 Flot de développement Java Card . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1 Flot de développement Java Card . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.1 Support HTTP et BIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2 Flot de fuzzing sur Java Card . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.1 Surcoût d’exécution des contre-mesures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.2 Architecture de EmbedDSU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.1 Flot d’analyse de SmartCM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.1 Modèle du MesoVisor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
9.1 Légende des ressources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
9.2 Détails des ressources de l’axe 1 et 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
9.3 Détails des ressources de l’axe 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5

Remerciements
J’exprime ma gratitude à :
— Pierre Paradinas, Professeur titulaire de la chaire Systèmes embarqués au CNAM;
— Didier Donsez, Professeur à l’Université de Grenoble 1;
— Daniel Hagimont, Professeur à l’INPT/ENSEEIHT;
pour l’honneur qu’ils me font d’avoir accepté la charge d’être rapporteurs et de participer
au Jury de ma soutenance d’Habilitation à Diriger les Recherches.
Je voudrais aussi remercier :
— Christophe Bidan, Professeur à Supélec Rennes;
— Gilles Grimaud, Professeur à l’Université de Lille 1;
— Jean-Louis Lanet, Professeur à l’Université de Limoges;
de les accompagner en tant qu’examinateurs durant cette soutenance.
Le garant de cette habilitation, Jean-Louis Lanet, m’a invité à joindre l’équipe SSD
après sa nomination en tant que Professeur à l’université de Limoges en 2007. Pendant 6
ans j’ai travaillé sous ses conseils sur les travaux développés dans ce mémoire. Je lui serai
éternellement reconnaissant pour cette expérience extrêmement enrichissante.
Je n’oublie pas l’ensemble des personnes qui ont partagé cette aventure académique,
que cela soit dans le travail de recherche mais aussi dans l’enseignement à l’université de
Limoges et plus particulièrement dans le Master CRYPTIS. Je pense dans un premier
temps à l’ensemble des membres de l’équipe SSD et plus particulièrement à Christophe
Clavier qui, outre son amitié, a partagé son expérience sur la cryptanalyse des cartes à
puce. L’équipe de cryptographie du département de mathématiques a aussi contribué à
cette aventure, notamment avec des personnes comme Thierry Berger, Philippe Gaborit,
Marc Rybowicz et Carlos Aguilar Melchior avec lesquelles j’ai collaboré sur des travaux
pré-SSD et avec qui je garde une sympathie profonde. Je n’oublie pas non plus l’autre
côté de l’informatique à Limoges avec l’ensemble des membres de l’équipe d’image et plus
particulièrement Benoit Crespin.
Je remercie les doctorants co-encadrés avec Jean-Louis Lanet : Agnès Noubisi, Ahma-
dou Séré et Nassima Kamel. Je garde aussi une pensée émue pour Céline Burgod, David
Pequegnot et Amaury Gauthier. De plus, je remercie l’ensemble des ingénieurs ayant
travaillé sur nos projets dans l’équipe SSD : Hanan Tadmori, Bhagyalekshmy Narayanan
Thampi et Matthieu Barreaud. J’accompagne plus particulièrement ces remerciements
à Clément Mazin et Jean-Baptiste Machemie qui furent non seulement ingénieurs dans
notre équipe mais ont aussi porté la spin-off Arya Security développée sur nos travaux.
De même je remercie les étudiants qui ont effectués sous ma responsabilité ou co-
responsabilité des travaux dans notre équipe sous la forme de stages ou de projets. Je
pense notamment à Pierrick Buret, Jean Dubreuil, Josselin Dolhen, Patrick Silvera, An-
thony Gautrault, Jordan Bouyat, Tiana Razafindralambo, Yorick Lesecque,Josselin Dol-
hen,LouisBida,LonnyBrissac,GuillaumeBouffard,JulienBoutet,EmilieFaugeron,An-
thony Dessiatnikoff, Damien Arcuset, Eric Linke, Romain Severin, Mamadou L. Balde,
7
8 Table des figures
Lylia Tikobaini, Nicolas Tarriol, Jérémy Clément, Silvère Cainaud, Amine Belhociné,
Aymerick Savary, Keita Ansoumane et Julie Rispal.
Endehorsdemontravail,jevoudraisparticulièrementremercierdufondducœurmon
épouse et mes enfants pour leur patience durant l’écriture de ce mémoire. Je prolonge
ces remerciements à l’ensemble de ma famille et plus particulièrement à mon père, à ma
mère et Vinca pour m’avoir encouragé dans mes études.
Enfin, un dernier paragraphe se doit d’évoquer l’ensemble des personnes qui ont relus
ce mémoire et plus particulièrement Elisabeth pour avoir survécu au travail de relecture
tardif.
Résumé
La Java Card est aujourd’hui le type de cartes à puce le plus déployé dans le milieu
bancaire ou dans la téléphonie mobile. Outres la présence de nombreuses contre-mesures
physiques pour protéger le microprocesseur contre les attaques externes, la machine vir-
tuelle Java Card possède un ensemble de mécanismes (comme le vérificateur de bytecode
et le pare-feu) qui, combinés avec le typage du langage Java, offrent des propriétés d’iso-
lation forte des applications (applets) vis-à-vis de l’exécution de la machine virtuelle Java
Card.
Mais l’évolution des attaques logicielles par confusion de type et par des moyens
physiques a montré des limitations au modèle d’isolation de la machine virtuelle. Dans
un premier temps, plusieurs travaux montrent des nouvelles menaces logiques, physiques
et hybrides afin de lever des secrets enfouis dans des instances de Java Card en exploitant
les applications chargées comme cibles et vecteurs d’attaque.
Par la suite, plusieurs stratégies de contre-mesures sont construites selon deux points
de vue. D’une part des protections réactives (contre les attaques en fautes) et proactives
(par mise à jour dynamique) sont intégrées dans la machine virtuelle Java Card. D’autre
part, des solutions d’analyse de code permettant d’aider le développeur sont évaluées
afin de renforcer la sécurité des applets contre des faiblesses de développement ou les
exploitations possibles du bytecode par des attaques en faute.
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