Brevet FR3070076A1 — publié le 20190215

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de protection d'un dispositif électronique contre des attaques par injection de faute. ETAT DE LA TECHNIQUE De façon connue, une attaque par injection de faute consiste à perturber l'environnement physique d'un dispositif électronique qui exécute un programme, de sorte à modifier la valeur mémorisée par le dispositif d'une variable destinée à être utilisée par le programme. De telles perturbations peuvent être produites de différentes manières : variation d'une tension d'alimentation, variation d'une fréquence d'horloge du dispositif, émission de rayonnement électromagnétique ou laser, etc. Pour protéger un dispositif électronique contre des attaques par injection de faute, il a été proposé un procédé comprenant les étapes suivantes : - détection d'anomalies susceptible d'injecter une faute dans le dispositif électronique ou d'être provoquées par une injection de faute dans le dispositif électronique, - incrémenter un compteur d'anomalies chaque fois qu'une anomalie est détectée, - comparaison entre le compteur d'anomalies et un seuil, - mise en oeuvre d'une mesure de protection du dispositif électronique lorsque le nombre d'anomalies comptées atteint le seuil prédéterminé. Le compteur d'anomalie n'est jamais décrémenté au cours de la vie du dispositif électronique. La mesure de protection mise en oeuvre peut être parfois radicale. A titre d'exemple, certaines spécifications recommandent de rendre le dispositif électronique totalement inutilisable, par exemple en effaçant le contenu complet de la mémoire non volatile du dispositif électronique. Or, il se trouve que certaines anomalies susceptibles d'injecter une faute dans le dispositif électronique ne sont pas provoquées par une attaque intentée par une personne malveillante, mais sont simplement provoquées par une mauvaise manipulation du dispositif électronique par son utilisateur, sans que ce dernier ne soit malintentionné. A titre d'exemple, le dispositif électronique peut être amené à exécuter un certain traitement impliquant une communication de données avec un autre dispositif. A cet effet, le dispositif électronique peut être mis en contact électrique avec cet autre dispositif. Une rupture accidentelle de la communication entre les deux dispositifs en présence par 2 rupture de ce contact électrique peut être causée accidentellement et être catégorisée comme anomalie susceptible d'injecter une faute dans le dispositif électronique. Lorsque ces manipulations se produisent un trop grand nombre de fois, le seuil d'anomalies est dépassé et la mesure de protection est mise en oeuvre au détriment de 5 l'utilisateur du dispositif électronique, alors qu'aucune attaque n'a réellement été intentée. EXPOSE DE L'INVENTION 10 Un objectif visé par l'invention est de proposer un procédé qui permette de protéger un dispositif contre des attaques par injection de faute, sans que de mauvaises manipulations d'un utilisateur du dispositif électronique ne soient confondues avec de telles attaques. Il est dès lors proposé le procédé tel que défini en revendication 1. 15 Le procédé proposé se fonde sur la constatation suivante : des anomalies temporellement groupées sont davantage susceptibles d'être la conséquence d'attaques que des anomalies ponctuelles, très espacées dans le temps. L'utilisation du deuxième seuil pour conditionner l'incrémentation du compteur d'anomalies permet d'exploiter astucieusement cette constatation. 20 En effet, si un nombre relativement grand d'anomalies (supérieur au deuxième seuil) est détecté pour N traitements prédéterminés, on peut raisonnablement supposer que ces anomalies ne sont pas fortuites et sont par conséquent sanctionnées par une incrémentation du compteur d'anomalie. En revanche, une telle sanction n'est pas appliquée lorsque trop peu d'anomalies sont 25 détectées pour N traitements prédéterminés. En conséquence, la mise en oeuvre d'une mesure de protection n'est pas mise en oeuvre ou est tout du moins mise en oeuvre de manière retardée lorsque le dispositif électronique subit de ponctuellement des mauvaises manipulations. 30 DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 représente schématiquement un dispositif électronique selon un mode de réalisation de l'invention, 3 - La figure 2 est un organigramme d'étapes du procédé selon le premier mode de mise en oeuvre de l'invention, - La figure 3 est un organigramme d'étapes du procédé selon le premier mode de mise en oeuvre de l'invention, 5 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, un dispositif électronique 1 comprend au moins un processeur 2, au moins une mémoire non volatile 4 et une interface de communication 6 avec un autre dispositif 8. 10 La mémoire non volatile 4 mémorise des programmes et des données destinées à être manipulées par les programmes. Cette mémoire est par exemple de type flash ou eeprom. La mémoire 4 mémorise notamment : - au moins un programme cible, dont le fonctionnement est susceptible d'être affecté par une attaque par injection de faute, 15 - un programme de contrôle dont la fonction est de protéger le dispositif contre de telles attaques par injection de faute. Le processeur 2 est configure pour exécuter le programme de contrôle, notamment en parallèle d'au moins un programme cible. L'interface de communication 6 comprend par exemple au moins un contact 20 électrique destiné à être mis en contact électrique avec un contact de l'autre dispositif 6, de sorte que des signaux électriques porteurs de données puissent être communiqués entre les deux dispositifs. En variante ou à titre complémentaire, l'interface de communication comprend une antenne radio, par exemple pour établir une communication du type - en champ proche » (NEC). 25 En référence à la figure 2, le programme de contrôle est configure pour mettre en oeuvre un procédé comprenant les étapes suivantes, dans un premier mode de réalisation. Le programme de contrôle utilise plusieurs données prédéterminées : - un nombre N de traitements prédéterminés mis en oeuvre par au moins un des programmes cibles. Ce nombre N peut concerner un seul et même traitement ou 30 bien plusieurs traitements différents. - un premier seuil appelé - seuil_cpt_hist », - un deuxième seuil appelé - seuil_cpt_velo ». Ces données sont présentes dans la mémoire non volatile avant la première utilisation du dispositif électronique. 4 Les traitements prédéterminés peuvent par exemple être des traitements entraînant une incrémentation du compteur de vélocité (- velocity counter ») décrit dans l'une des quelconques spécifications suivantes : - - Security Guidelines for Java Card Et GlobalPlatform Implementations including 5 Mobile Payments » dont la version 1.0 a été publiée en novembre 2010, - - Security Guidelines for JavaCard Platform Implementation » dans sa version publiée en août 2006, - - Security Guidelines for Global Platform Implementations » dans sa version publiée en Mai 2010. 10 Dans la suite, on prendra l'exemple non limitatif de traitements prédéterminés comprenant la mise en oeuvre d'une transaction bancaire. Le programme utilise également trois compteurs alloués dans la mémoire non volatile. - un compteur de traitements prédéterminés, - un premier compteur d'anomalies - cpt_hist » 15 - un deuxième compteur d'anomalies - - cpt_velo ». Ces trois compteurs sont à zéro lors du premier démarrage du programme de contrôle. Le programme de contrôle dispose de moyens connus en eux-mêmes pour détecter qu'un des traitements prédéterminés a été exécuté par le processeur 2. A chaque nouvelle 20 exécution d'un de ces traitements, le compteur de traitements est incrémentéde 1 (ou de - 1 - cas d'une incrémentation négative). Par ailleurs, le programme de contrôle met en oeuvre les étapes suivantes, par exemple de manière asynchrone avec la détection des traitements et l'incrémentation du compteur de traitements. 25 Le programme de contrôle vérifie si une anomalie a été détectée (étape 100). Cette vérification 100 est par exemple mise en oeuvre périodiquement. Par exemple, l'un des programmes cibles est amené à comparer une donnée d'épreuve saisie par un utilisateur avec une donnée secrète de référence (typiquement un code PIN). Une anomalie peut être considérée comme détectée lorsque la donnée 30 d'épreuve et la donnée secrète de référence sont différentes (mise en avidence d'une anomalie par vérification de DAP ou - Data Authentication Pattern » selon la terminologie anglosaxonne généralement utilisée). Si aucune anomalie n'a été détectée alors le programme de contrôle compare alors le compteur de traitements avec le nombre N. Si le compteur de traitements est supérieur ou 5 égal à N, alors le premier compteur d'anomalies cpt_hist est remis à zéro (étape 102). Sinon, le premier compteur d'anomalies cpt_hist n'est pas remis à zéro. En réponse à une détection d'anomalie 100, le programme de contrôle incrémente le premier compteur d'anomalie cpt_hist d'un premier incrément, par exemple égal à 1 5 (étape 104). Le programme de contrôle compare ensuite le compteur cpt_hist avec le premier seuil seuil_cpt_hist (étape 106). Si le premier compteur d'anomalies cpt_hist est strictement inférieur au premier seuil seuil_cpt_hist, alors le deuxième compteur cpt_velo n'est pas incrémenté, mais le 10 programme de contrôle compare alors le compteur de traitements avec le nombre N. Si le compteur de traitements est supérieur ou égal à N, alors le premier compteur d'anomalies cpt_hist est remis à zéro (étape 108). Sinon, le premier compteur d'anomalies cpt_hist n'est pas remis à zéro. Si le premier compteur d'anomalies cpt_hist est supérieur ou égal au premier seuil 15 seuil_cpt_hist, alors le deuxième compteur est incrémenté d'un deuxième incrément (étape 110). Le deuxième incrément dépend de la valeur courante du premier compteur cpt_hist. En particulier, le deuxième incrément peut être égal à la valeur courante du premier compteur cpt_hist. Ce choix présente l'avantage d'être conforme aux recommandations de 20 GlobalPlatform. Lorsque le deuxième compteur cpt_velo a été incrémenté, le programme de contrôle compare le deuxième compteur cpt_velo au deuxième seuil seuil_cpt_velo (étape 112). Si le deuxième compteur d'anomalies cpt_velo est supérieur ou égal au deuxième seuil seuil_cpt_velo, alors le programme de contrôle met en oeuvre une mesure de 25 protection du dispositif électronique 1 (étape 114). Il est en effet supposé dans un tel cas que le dispositif 1 a fait l'objet d'une attaque par injection de faute. La mesure de protection comprend par exemple un effacement du contenu de la mémoire non volatile, en totalité ou en partie, de sorte à rendre le dispositif inutilisable. Si le deuxième compteur cpt_velo est strictement inférieur au deuxième seuil 30 seuil_cpt_velo, le premier compteur d'anomalies cpt_hist est remis à zéro (étape 116). Le programme de contrôle écrit par ailleurs dans la mémoire non volatile 4 la valeur de chaque compteur à chaque fois que ce compteur est modifié (étape 118). En outre, à chaque fois qu'un des traitements prédéterminés est exécuté une fois par le processeur 2, le programme de contrôle incrémente le compteur de traitements. 6 Au cours de la mise en oeuvre de ce procédé de protection, on peut relever que le compteur cpt_velo n'est incrémenté que si un nombre d'anomalies supérieur ou égal au seuil seuil_cpt_hist s'est produit au cours d'une période de durée variable durant laquelle s'est produit N traitements prédéterminés. 5 Le compteur cpt_velo n'est jamais décrémenté, en conformité avec les spécifications GlobalPlatform. Il convient de noter que le programme de contrôle peut : - compter les anomalies survenues et attendre que N traitements prédéterminés soient survenus pour décider si le compteur cpt_velo doit être incrémenté ou non 10 (auquel cas la période considérée, de durée variable, arrive à terme lorsque le Même traitement prédéterminé vient de se terminer), ou bien - compter les traitements prédéterminés et attendre que seuil_cpt_hist anomalies soient survenues pour décider si le compteur cpt_velo doit être incrémenté ou non (auquel cas la période considérée prend fin lorsque le nombre d'anomalies 15 prédéterminé seuil_cpt_hist est atteint). La survenance d'une nouvelle anomalie ou la mise en oeuvre d'un des traitements prédéterminés après le terme de cette période de durée variable marque le début d'une nouvelle période au cours de laquelle les étapes du procédé sont répétées. Pour contourner le procédé de protection mis en oeuvre, un attaquant désirant 20 effectuer une injection de faute devra forcément espacer ses attaques dans le temps, faute de quoi le dispositif électronique 1 sera rendu inutilisable à l'issue de l'étape 114. De préférence, au terme d'une période, le programme de contrôle modifie le nombre N de traitements prédéterminés et/ou la valeur du seuil seuil_cpt_hist. Une fois cette modification faite, les étapes du procédé sont mises en oeuvre au cours d'une nouvelle 25 période. Une telle modification rend le procédé moins prédictible dans le temps. Par conséquent, il est plus difficile pour un attaquant de comprendre la logique du procédé de protection mis en oeuvre, et ainsi d'estimer dans quelle mesure ses attaques doivent être espacées dans le temps. Encore plus préférentiellement, la nouvelle valeur de N ou la nouvelle valeur du seuil 30 seuil_cpt_hist est déterminée aléatoirement. Ceci présente l'avantage de rendre le procédé totalement imprédictible. Par ailleurs, le nombre N ou le seuil seuil_cpt_hist est de préférence : - diminué si le compteur d'anomalie cpt_velo a été incrémenté au cours de la période, 7 - augmenté si le compteur d'anomalie cpt_velo n'a pas été incrémenté au cours de la période. Avec une telle logique de modification, le procédé s'adapte dynamiquement au contexte d'utilisation du dispositif électronique. Il devient plus sévère lorsque le nombre 5 d'anomalie augmente d'une période à l'autre, et devient plus laxiste dans le cas inverse. On a illustré en figure 3 les étapes d'un procédé de protection du dispositif électronique contre des attaques par injection de faute selon un deuxième mode de réalisation. Une différence avec le procédé selon le premier mode de réalisation est que le 10 compteur cpt_hist est incrémenté à titre préventif avant qu'il ne soit détecté une anomalie, puis ensuite décrémenté s'il est confirmé qu'il ne s'est pas produit une anomalie. Ce deuxième mode de réalisation est particulièrement adapté à la gestion d'anomalies causées par une rupture de communication entre le dispositif électronique et 15 un autre dispositif. Les traitements prédéterminés scrutés dans ce deuxième mode de réalisation sont typiquement des traitements entraînant une incrémentation du compteur dit de - tearing décrit dans l'une quelconque des spécifications suivantes : - - Security Guidelines for Java Card Et GlobalPlatform Implementations including 20 Mobile Payments » dont la version 1.0 a été publiée en novembre 2010, - - Security Guidelines for JavaCard Platform Implementation » dans sa version publiée en août 2006, - - Security Guidelines for Global Platform Implementations » dans sa version publiée en Mai 2010. 25 On suppose qu'au moins un des traitements prédéterminés est un traitement susceptible d'être interrompu (c'est-à-dire stoppé anormalement) par une rupture anormale de communication entre le dispositif électronique et un autre dispositif. Ce traitement est appelé dans la suite - traitement de référence ». Le traitement de référence comprend par exemple une commande ADPU. 30 Dans ce mode de réalisation, le deuxième compteur cpt_velo est remplacé par un compteur cpt_tearing et le deuxième seuil seuil_cpt_velo est remplacé par un seuil seuil_cpt_tearing. Le procédé selon le deuxième mode de réalisation comprend les étapes suivantes. Le programme de contrôle dispose de moyens pour détecter que l'exécution du 35 traitement de référence par le dispositif électronique a été lancé. A chaque démarrage du 8 traitement de référence, le compteur de traitements est incrémenté, par exemple de 1 (étape 200). Le programme de contrôle compare ensuite le compteur de traitements cpt_hist avec le premier seuil seuil_cpt_hist (étape 202). 5 Si le premier compteur d'anomalies cpt_hist est strictement inférieur au premier seuil seuil_cpt_hist, alors le deuxième compteur cpt_tearing n'est pas incrémenté. Ensuite, le programme de contrôle écrit ou met à jour par ailleurs dans la mémoire 4 la valeur du premier compteur cpt_hist qui vient d'être incrémenté (étape 204). Si le premier compteur d'anomalies cpt_hist est supérieur ou égal au premier seuil 10 seuil_cpt_hist, alors le deuxième compteur seuil_tearing est incrémenté d'un deuxième incrément (étape 206). Le deuxième incrément dépend de la valeur courante du premier compteur cpt_hist. En particulier, le deuxième incrément peut être égal à la valeur courante du premier compteur. Ce choix présente l'avantage d'être conforme aux recommandations de 15 GlobalPlatform. Lorsque le deuxième compteur cpt_tearing a été incrémenté 206, le programme de contrôle compare le deuxième compteur cpt_tearing au deuxième seuil seuil_cpt_tearing (étape 208). Si le deuxième compteur cpt_tearing est supérieur ou égal au deuxième seuil 20 seuil_cpt_tearing, alors le programme de contrôle met en oeuvre une mesure de protection du dispositif électronique (210). Il est en effet supposé dans un tel cas que le dispositif a fait l'objet d'une attaque par injection de faute. La mesure de protection comprend par exemple un effacement du contenu de la mémoire non volatile, en totalité ou en partie, de sorte à rendre le dispositif inutilisable. 25 Si le deuxième compteur cpt_tearing est strictement inférieur au deuxième seuil, le deuxième compteur est remis à zéro (étape 211). Le programme de contrôle écrit (ou met à jour) par ailleurs dans la mémoire volatile la valeur de chaque compteur modifié, après la remise à zéro (étape 204). Par ailleurs, une fois qu'un des traitements prédéterminés se termine, le programme 30 de contrôle vérifie s'il s'est produit une anomalie au cours de la mise en oeuvre du traitement de référence. Le programme considère qu'il s'est produit une telle anomalie lorsque le traitement a été interrompu de manière anormale avant sa complétion. Lorsque le dispositif électronique 1 communique avec l'autre dispositif 8 par un canal de communication sans 35 fil, une telle interruption peut être causée par un éloignement mutuel accidentel des deux 9 dispositifs 1 et 8 en présence. Lorsque ces deux dispositifs 1 et 8 communiquent par contact électrique, cette interruption peut être causée par rupture accidentelle de ce contact électrique. Si le programme de contrôle ne détecte pas d'anomalie, il décrémente le premier 5 compteur cpt_hist (étape 212). Sinon (une anomalie a été détectée), le programme de contrôle ne décrémente pas le premier compteur cpt_hist. En outre, le programme de contrôle compte le nombre d'exécutions de traitements prédéterminés. Le programme de contrôle incrémente par exemple le compteur de traitements de 1 à chaque terminaison, normale ou anormale, d'un traitement 10 prédéterminé. Lorsque ce compteur de traitements atteint N, le programme de contrôle remet à zéro le premier compteur cpt_hist (étape 214). Le programme de contrôle écrit et met à jour par ailleurs dans la mémoire non volatile 4 la valeur de chaque compteur modifié (étape 204). 15 On notera qu'il y a toujours une écriture, qu'il y ait ou non une attaque, le programme utilisant à cet effet le cas échéant des écritures fictives. En effet, si on incrémentait un compteur seulement lorsqu'il y a une attaque il serait aisé pour un attaquant de la supprimer / ou contourner. Le compteur cpt_tearing n'est jamais décrémenté, REVENDICATIONS1. Procédé de protection d'un dispositif électronique (1) contre des attaques par injection de faute, le procédé comprenant des étapes de - détection (100) d'anomalies susceptibles d'injecter une faute dans le dispositif électronique (1) ou d'être provoquées par une injection de faute dans le dispositif électronique (1), - incrémentation (110, 206) d'un compteur d'anomalies (cpt_velo, cpt_tearing) en fonction des anomalies détectées, - comparaison (112, 208) entre le compteur d'anomalies (cpt_velo, cpt_tearing) et un premier seuil (seuil_cpt_velo, seuil_cpt_tearing), - mise en oeuvre d'une mesure de protection (114, 210) du dispositif électronique (1) lorsque le nombre d'anomalies comptées atteint le seuil prédéterminé, le procédé étant caractérisé en ce que le compteur d'anomalie (cpt_velo, cpt_tearing) n'est incrémenté (110, 206) que s'il a été détecté : - un nombre d'anomalies supérieur ou égal à un deuxième seuil (seuil_cpt_hist) strictement inférieur au premier seuil (seuil_cpt_velo, seuil_cpt_tearing) au cours d'une période durant laquelle s'est produit un nombre prédéterminé (N) de traitements prédéterminés, ou - un nombre de traitements prédéterminés supérieur ou égal à un deuxième seuil (N) au cours d'une période durant laquelle s'est produit un nombre d'anomalies prédéterminé strictement inférieur au premier seuil (seuil_cpt_velo, seuil_cpt_tearing). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le compteur d'anomalies (seuil_cpt_velo, seuil_cpt_tearing) est incrémenté d'une valeur égale au nombre d'anomalies détectées au cours de la période. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre des étapes de - au terme de la période, modification du nombre prédéterminé de traitements prédéterminés et/ou du deuxième seuil, - après l'étape de modification, répétition des étapes de détection et d'incrémentation du compteur d'anomalies au cours d'une nouvelle période. 11 4. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la modification attribue au nombre prédéterminé de traitements prédéterminés et/ou au deuxième seuil une nouvelle valeur déterminée aléatoirement. 5 5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel, au cours de l'étape de modification, le nombre prédéterminé d'évènements prédéterminés et/ou le deuxième seuil est : - diminué si le compteur d'anomalie a été incrémenté au cours de la période, - augmenté si le compteur d'anomalie n'a pas été incrémenté au cours de la période. 10 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant des étapes de - mise à zéro d'un deuxième compteur (cpt_hist) au début de la période, - incrémentation du deuxième compteur (cpt_hist) en réponse à une détection d'anomalie (100) survenue au cours de la période, 15 - si le deuxième compteur (cpt_hist) est supérieur ou égal au deuxième seuil (seuil_cpt_hist) au terme de la période, incrémentation (110) du compteur d'anomalies (cpt_velo) avec la valeur du deuxième compteur (cpt_hist), - si le deuxième compteur (cpt_hist) n'est pas supérieur ou égal au deuxième seuil (seuil_cpt_hist) au terme de la période, pas d'incrémentation du compteur 20 d'anomalies. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant des étapes de - mise à zéro d'un deuxième compteur (cpt_hist) au début de la période, - incrémentation (200) du deuxième compteur (cpt_hist) chaque fois qu'un traitement 25 prédéterminé est exécuté par le dispositif électronique (1), - décrémentation (212) du deuxième compteur (cpt_hist) sélectivement chaque fois qu'un traitement prédéterminé a été exécuté jusqu'à son terme par le dispositif électronique (1), - si le deuxième compteur (cpt_hist) est supérieur ou égal au deuxième seuil 30 (seuil_cpt_hist) au terme de la période, incrémentation (206) du compteur d'anomalies d'une valeur égale au deuxième compteur (cpt_hist). 8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le traitement prédéterminé est un traitement interruptible par une rupture anormale de communication entre le dispositif électronique (1) et un autre dispositif (8). 12 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la mise en oeuvre d'une mesure de protection (114, 211) comprend l'effacement dans une mémoire du dispositif électronique d'un contenu susceptible d'avoir été modifié par une attaque par injection de 5 faute. 10. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une des revendications précédentes, lorsque ce procédé est exécuté par au moins un processeur. 10 15