Résister aux attaques physiques

Exécuter une application avec des fonctions de sécurité sur un système embarqué demande de faire face à une nouvelle menace: les attaques physiques. L'attaquant a un accès physique au système faisant tourner votre application, ce qui lui offre de nombreuses possibilités: mesurer des temps d'exécution, écouter l'environnement électromagnétique, ou interagir directement avec le circuit ...

Votre mission

Vous avez été chargé de développer un code de vérification de code PIN sur un microcontrôleur. Le système reçoit 4 chiffres de 0 à 9 et doit les comparer à ceux, secrets, mémorisés sur la puce.

Vous avez été prévoyant et la mémoire de votre puce est TIP TOP SECURE: l'attaquant ne peut pas la lire une fois que le code secret y est présent. Il possède toutefois une copie de votre application, sans le code secret, ce qui lui permet de préparer ses attaques.

Votre adversaire fera tout pour récupérer ce secret, saurez-vous le contrer ?

Compte-rendu

Pour ce TP, vous devrez rédiger un compte rendu. Celui-ci devra avoir la forme suivante :

• Présentation : scénario et technologies utilisées pour le TP.
• Pour chaque attaque de B à H :
  • Une description de l'attaque
  • Une description des contremesures pour cette attaque
  • Une discussion, quand nécessaire, sur les éventuelles faiblesses des contremesures, sur une amélioration possible de l'attaque, etc.
• Une description et une évaluation qualitative de votre implémentation finale : quelles contremesures sont implémentées, quelles faiblesses restent présentes, etc.
• Une conclusion du TP. (N'hésitez pas à commenter sur le TP lui-même, les points à améliorer, etc.).

Mise en place de l'environnement de travail

Avant de coder, il va falloir mettre en place l'environnement de travail:

• une chaine de cross-compilation permettant de compiler le code pour le microcontrôleur depuis votre pc.
• python et certaines bibliothèques qui seront utilisés pour émuler la puce et simuler les attaques.
• à vous d'utiliser votre éditeur de code favori (emacs bien sûr).

Linux

Installation automatique (recommandée)

Installez le gestionnaire de paquets Nix (nécessite les permissions sudo, et curl).

curl -L https://nixos.org/nix/install | sh

Suivre les indications à l'écran pour finaliser l'installation.

Utiliser le fichier exercices/default.nix comme configuration Nix, par exemple

cd exercices
nix-shell

Vous donne un shell bash avec tout ce qu'il faut pour réaliser les exercices, et sans modifier votre système (en particulier pas besoin de virtualenv pour python).

(default.nix est le fichier par défaut recherché par nix-shell)

Installation manuelle (parce que vous ne voulez vraiment pas, mais vraiment pas utiliser Nix)

Commençons par installer la chaine de cross-compilation (commandes données avec apt pour Debian-like).

sudo apt install gcc-arm-none-eabi

Puis python, son gestionnaire de paquet (pip) et virtualenv.

sudo apt install python3
sudo apt install python3-pip
pip3 install virtualenv

Nous allons maintenant mettre en place un environnement virtualenv (il faut que l'exécutable soit dans PATH).

virtualenv exosenv

Enfin, avant chaque session de travail, il faut activer l'environnement:

source exosenv/bin/activate

À la fin de la session, l'environnement est désactivé à l'aide de

deactivate

Au sein d'une session (après le source, avant le deactivate), installer les bibliothèques python.

pip3 install unicorn
pip3 install numpy
pip3 install pyelftools
pip3 install termcolor

Pour la leçon 4, il faudra également installer les bibliothèques de deep learning. Attention, elles sont volumineuses.

pip3 install tensorflow
pip3 install keras

Déroulé de la formation

Le squelette de votre application de vérification de code PIN se trouve dans le dossier pin_verif, c'est celui-ci que vous modifierez pour obtenir l'application finale.

Il y a 4 leçons, de L1 à L4 permettant d'approcher différentes problématiques, à réaliser dans l'ordre:

• L1: Première implémentation d’un code PIN naïf.
• L2: Arrachage et dépendance temporelle (ou quand le temps est votre souci).
• L3: Lutter contre les attaques par injection de faute
• L4: Lutter conte les attaques par observation

Pour chaque leçon, suivre les instructions dans le Readme.md du dossier de la leçon.