Brevet FR3105834A1 — publié le 20210702

Dispositif de détection et protection contre les attaques par interposition lors de transactions entre deux appareils distants. L’invention concerne un dispositif de détection et de mesures de distance et position d’un appareil par rapport à un autre lors de transaction sans contact. Particulièrement les transactions entre un terminal et un téléphone mobile. Le mobile équipé d’un moyen de détection de mouvement de faible amplitude basé sur les technologies radar à onde millimétriques, provoque la génération d’un signal connu dans le terminal qui crée une vibration de son haut-parleur ou oscillateur piézo-électrique. La vibration détectée par le radar du téléphone mobile permet la mesure précise de la position du terminal par le mobile et éventuellement son authentification. Le dispositif selon l’invention est particulièrement adapté à sécuriser les transactions de paiements contre l’attaque par interposition. Dispositif de protection de transaction sans contact contre l’attaque de l’homme du milieu Domaine de l’invention. Un dispositif de protection des transactions sans contact contre les attaques par interposition dites « attaque de l’homme du milieu ». Etat de l’art La proximité et la distance ont jusqu'à présent été utilisées comme élément de sécurité et dans le cadre d’applications critiques pour la sécurité. La proximité indique l'action volontaire et l’intention d'ouvrir que ce soit des voitures, des bureaux, ou encore d'effectuer des paiements, d'établir clés cryptographiques pour le contrôle d'accès. De nombreux système de mesure sans fil et des techniques de localisation ont été développées au cours de la dernière décennie. Ceux-ci sont basés essentiellement sur le temps l’instant d’arrivé et son décalage par rapport à l’instant du départ, ou encore basé sur la mesure du RSSI pour estimer la distance. Sans ce type de moyen, les transactions sécurisées sont soumises a l’attaque de l’homme du milieu (Man in the middle attack). Les transactions sont en effet vulnérables aux attaques des couches physiques. Les exemples les plus notables incluent l'usurpation d'identité attaques sur GPS, les attaques par relais sur entrée / démarrage passif des systèmes dans les voitures et encore les paiements par carte de crédit particulièrement sans contact. Ceux vulnérabilités ont des implications réelles, comme les vols de voiture. Dans les attaques sur la distance, les manipulations sur la couche physique permettre à l'attaquant de réduire les distances mesurées par les appareils, violant donc la sécurité des systèmes qui reposent sur ces informations (par exemple, autoriser le déverrouillage et démarrage de la voiture). Au niveau logique, ces manipulations, sont facilement évitées en utilisant des protocoles de mesures de temps aller-retour (Round Trip Protocols) à distance. Contrairement aux attaques de couche logique qui utilisent les manipulations de bits de message, les attaques de couche physique impliquent la manipulation des caractéristiques du signal dans le but de tromper le récepteur en décodant des bits incorrects ou provocant des mesures de phase incorrecte, ou du temps de transfert du signal. Un certain nombre de systèmes de télémétrie se sont révélés vulnérables aux attaques de couche physique : par exemple, UWB 802.15.4a. Ces attaques sont efficaces malgré protocoles d'authentification et de délimitation de distances, car ils ciblent la couche physique et ne changent pas le message contenu. La radio à impulsion UWB, normalisée dans 802.15.4a, f, a émergé comme une technique de pointe pour une mesure de portée précise. Différents travaux ont montré que l'IR UWB peut être utilisé pour prévenir les attaques de manipulation de distance en utilisant de courtes impulsions UWB des mesures précises et sûres du temps de vol (ToF). Ces mesures et contremesures physiques ont un certain nombre de contraintes importantes pour leur déploiement sur les grands marchés tel que celui du paiement. En effet, chacune de ces techniques implique la présence d’un émetteur et d’un récepteur dans les deux appareils entrant en communication. Ainsi, l’usage d’UWB nécessite d’intégrer un émetteur/récepteur UWB de part et d’autre de la communication. Dans le cas du paiement sans contact sur mobile, le composant UWB devrait être intégré à la fois sur le téléphone mobile mais aussi dans tous les terminaux de paiement. Autant, l’intégration de ces nouvelles technologies dans les téléphones mobiles ne pose pas de réel problème compte tenu de leur faible cycle de vie (2 à 5 ans) autant dans le cas de grandes infrastructures, comme par exemple le paiement sans contact, cela implique de modifier et d’équiper tous les terminaux de paiements d’émetteur /récepteur UWB alors que ceux-ci viennent de migrer vers la technologie sans contact et BLE (Bluetooth Low Energy) La présente invention résous ce problème en proposant une technologie qui nécessite d’être implémentée uniquement dans l’appareil mobile comme le téléphone mobile, sans modification de l’infrastructure comme par exemple les terminaux de paiements. L’invention concerne un dispositif de détection et de mesures de distance et position d’un appareil par rapport à un autre lors de transaction sans contact. Particulièrement les transactions entre un terminal et un téléphone mobile. Le Téléphone mobile équipé d’un moyen de détection de mouvement de faible amplitude basé sur les technologies radar à onde millimétriques, provoque la génération d’un signal connu dans le terminal qui crée une vibration de son haut-parleur ou oscillateur piézo-électrique. La vibration détectée par le radar du téléphone mobile permet la mesure précise de la position du terminal par le mobile et éventuellement son authentification. La solution proposée ici, repose sur l’exploitation des radars à ondes millimétriques particulièrement de type FMCW. Ces radars, s’ils sont bien choisis, permettent aisément la mesure de distance de façon précise. Leurs propriétés majeure repose sur leur capacité à détecter et mesurer des mouvements extrêmement faibles et ceci de façon très précise. Ainsi, un radar FMCW dans les bandes V et ou W de fréquence 50 à 110 GHz par exemple mesure des distances avec une précision de 2,7 à 4mm environ et des mouvements inférieurs à 75 µm. On retrouve ce type de technologie et de dispositif de détection dans les documents US 2017/0328997 qui exploite déjà ces principes. Le principe de l’invention consiste à mesurer depuis le téléphone mobile, un mouvement prédéfini, répétitif au niveau du terminal, par exemple de paiement, afin d’une part de l’identifier, de déterminer sa position par rapport au mobile avant d’éventuellement valider la transaction. Dans un mode préféré de réalisation, le mouvement mesuré sera celui du buzzer du terminal (haut-parleur ou oscillateur piézo-électrique dont la présence est obligatoire pour valider l’acte de paiement). La solution proposée ci-après est un dispositif de détection de mouvements périodiques complexes détectés aux moyens de traitements appropriés des signaux d’un radar à onde millimétrique de très faible puissance dit FMCW « continuous wave frequency modulate ». Cette détection associée à un traitement informatique par exemple de « machine Learning » permet à l’aide d’identification de pattern de discriminer et identifier les différents signaux émis par la source de mouvements ou de vibration du terminal visé. Dans un mode préféré de réalisation, le radar à onde continue modulée en fréquence dispose d’une antenne, réalisée au moyen de circuit imprimé, permettant de couvrir un volume visé. Le volume pourra être directif ou étendu en fonction des caractéristiques de l’antenne réalisée. Le radar à onde continue modulée en fréquence est choisi de préférence couvrant une gamme de fréquence vobulé entre 77 et 81 GHZ en utilisant des formes de modulation judicieusement choisie. Cette gamme permet de disposer de plus de 4 GHz de bande passante et autorise des précisions de mesures compatibles avec l’analyse de signaux vibratoires ou de pression sonore tel que fréquence, amplitude et vitesse des mouvements. La richesse des informations restituées par ce type de signaux radar exploitées par des modélisations mathématique permettent l’analyse fine de courbes produites par les mouvements. Le radar à onde millimétrique est une classe spéciale de technologie radar qui utilise les ondes courtes. Les systèmes radar émettent des ondes électromagnétiques que les objets présents réfléchissent. En capturant le signal réfléchi, un radar peut déterminer la distance, la vitesse de déplacement et l'angle sous lequel sont vu les objets. La longueur d’onde millimétrique utilisée est l'un des avantages de cette technologie. En effet, la taille des composants du système tels que les antennes nécessaires pour traiter les signaux sont petites. Un autre avantage des courtes longueurs d'onde est la haute précision. Ici le système fonctionnant à 77-81 GHz (longueur d'onde d'environ 4 mm), aura la capacité de détecter les mouvements d’une fraction de millimètre. Un système radar millimétrique complet comprend la transmission (TX) et la réception (RX), des composants analogiques et des composants numériques tels que les convertisseurs analogiques-numériques (CAN), les microcontrôleurs (MCU) et processeurs de signaux numériques (DSP). En outre, le radar à onde continue type FMCW transmet un signal modulé en fréquence en continu afin de mesurer la distance ainsi que l'angle et la vitesse des éléments visés. Cela diffère des systèmes de radar à impulsions traditionnels, qui transmettent des impulsions périodiquement. Dans notre cas de radars FMCW, la fréquence du signal peut augmenter linéairement avec le temps. Ce type de signal est appelé un « chirp ». La montre une représentation d'un tel signal chirp avec la variation d’amplitude en fonction du temps. La décrit le même signal en fonction du temps. Le chirp est caractérisé par une fréquence de démarrage (fc), une bande passante (B) et sa durée (Tc). La pente du chirp (S) détermine le taux de changement de fréquence. Dans l'exemple fourni à la , fc = 77 GHz, B = 4 GHz, Tc = 40 μs et S = 100 MHz / μs. Sans trop entrer dans les détails de fonctionnement d’un radar FMCW qui sont connu de l’homme de l’art, le principe ici est néanmoins de transmettre un signal de chirp spécifique adapté à l’application souhaitée et de capturer les signaux réfléchis par les objets présents dans son champ. La représente un schéma de principe simplifié indiquant les principaux composants RF d'un radar FMCW. Ce dernier fonctionne comme suit : Un synthétiseur (210) génère un chirp. Le chirp est transmis par une antenne d'émission (200), La réflexion du chirp par un objet génère un chirp réfléchi capturé par la ou les antennes de réception (220). Un mélangeur (230) combine les signaux RX (220) et TX (200) afin de produire un signal de fréquence intermédiaire IF (240). La sortie (240) présente un signal « out » à une fréquence instantanée égale à la différence de fréquences instantanée des deux signaux des d'entrée RX et TX. La phase du signal « out » est égale à la différence de phases des deux signaux d'entrée RX et TX. Dans l'innovation proposé ici, afin d’une part de couvrir suffisamment de volume de détection pour analyser tout mouvement utile et d’autre part afin de discriminer la provenance des différentes sources de mouvement généré par ce dernier, le radar est doté de plusieurs antennes de réception séparée par une distance l Θmax = sin -1 (λ/2l). Dans un mode préféré de réalisation la fréquence de notre radar est de 77 GHZ à 81 GHz couvrant une longueur d’onde de l’ordre de 3,9mm. Ainsi l’AoA (Angle of Arrival) de notre système est suffisant pour discriminer l’origine de différentes sources de mouvement. L'estimation angulaire est basée sur l'observation qu’un petit changement dans la distance d'un objet (400) produit une variation de phase du pic de la résultante de la transformé de fourrier du signal réfléchi correspondant à cette distance. En utilisant 2 antennes de réception (420) comme illustré en , ce résultat est utilisé pour effectuer une estimation de l’angle entre la position de l’antenne et celle de l’objet visé. L’écart de distance entre l'objet et chacune des antennes provoque un changement de phase du maximum d’amplitude de la FFT (Fast Fourrier Transform). Ce changement de phase permet l’estimation de l’AoA. Afin de mesurer la vitesse des mouvements de plusieurs points de la source en mouvement (le buzzer par exemple) situé à des distances très proches ou égale par rapport aux antennes du radar, le système radar transmet une trame de chirp qui est un ensemble de N chirps équidistants comme représenté en . Les techniques de traitement du signal permettent de traiter chacun des chirps réfléchis afin d’en déterminer la contribution aux variations de phase qui résulte des vitesses individuelles de chacun des points qui réfléchissent les signaux du radar. Une première FFT traite l'ensemble des chirps réfléchis, résultant en un ensemble de N pics chacun avec une phase différente incorporant la phase de chaque objet, une seconde FFT appelé Doppler-FFT est effectué sur chacune des phases pour discriminer chacun des mouvements des différents points. Les signaux du radar de cette manière autorisent une cartographie des mouvements et vitesse de chacun des points de la cible présente dans le champ du radar. Ils sont après calculs mathématiques utilisés comme décrit plus haut à des fins de détection et d’analyse des mouvements. Dans l’invention proposée, et afin de sécuriser la transaction entre un téléphone mobile et un terminal, le téléphone mobile sera équipé d’un composant radar FMCW tel que décrit plus haut. Dans un mode de préféré de réalisation qui utilise l’interface BLE, par exemple pour une transaction de paiement. Cette dernière initiée par le terminal de paiement peut s’appairer avec le téléphone mobile de différentes manières. Une fois appairé, le mobile par l’envoie d’une commande BLE au terminal, provoque l’émission d’un signal (SIG) destiné à exciter le « buzzer » ou haut-parleur ou l’élément de vibration dudit terminal. Le signal SIG est constitué d’au moins une fréquence (fs) connu du mobile. SIG provoque ainsi une vibration et/ou un mouvement physique détectable par le radar FMCW du mobile. La montre les positions extrêmes d’une membrane (300) de haut-parleur (310) excité par le signal SIG. Le déplacement de la membrane du haut-parleur entre push et pull est détectable par le radar. Dès lors, ce mouvement répétitif connu du mobile indique la position exacte du terminal de paiement par rapport au mobile. Si cette position est conforme aux règles choisis par le mobile alors la transaction de paiement peut se poursuivre par exemple par le canal BLE. Dans un autre mode de réalisation, le signal SIG peut être composé d’une fréquence comprise entre 100 Hz et 20 KHz, et ceci sur une durée inférieure à une seconde. Le terminal peut être situé à une distance de 0 à plusieurs mètres par rapport au mobile. Dans un autre mode de réalisation, SIG peut être un signal complexe correspondant a un message logique codé en binaire par l’usage d’au moins une fréquence associée à un état logique. Ainsi tout type de message peut être échangé entre le terminal et le mobile par l’intermédiaire de ce canal physique de mouvement ou vibration. Le terminal grâce à SIG s’authentifie auprès du mobile grâce à cette détection des mouvements provoquées par SIG. SIG peut être réalisé de façon très variable, il peut être basé sur une modulation de largeur d’impulsion du type PWM (pulse width modulation) afin de coder tout type de message, ou encore fonctionner en modulation de fréquence . Dans un autre mode de réalisation, le signal SIG pourra coder via ces vibrations un Token (un message binaire) préalablement transmis par le mobile via le canal BLE par exemple. Dans un autre mode préféré de réalisation, par exemple dans un schéma d’authentification a base de certificat ou clé publique, le terminal pourra utiliser le canal BLE pour transmettre au mobile un identifiant (TID), une chaine de certificat (CERT) qui contient la clé publique du Terminal (Kpu_T) ainsi qu’un nombre aléatoire RANDT. Le mobile après vérification de la clé publique du terminal transmet toujours via BLE une série d’éléments comme un identifiant, un nombre aléatoire. Le terminal calcul une signature électronique (SIGN_T) de ces éléments en utilisant sa clé privé Kpr_T. Cette Signature est transmise au mobile via le signal SIG vibratoire détectable par le RADAR FMCW du mobile. Ce dernier après vérification à authentifier le terminal qui a ainsi prouvé sa position à proximité du mobile. La résume cette transaction. Dispositif de protection contre les attaques par interposition lors de transactions entre deux appareils distants tel qu’un terminal et un objet mobile, comprenant un équipement de radiodétection radar à onde continue modulé en fréquence dans la bande de V à W de 50 à 110 GHz (210)dans le mobile, au moins une antenne d’émission (200) radar, une ou plusieurs antennes de réception des signaux du radar, des moyens de traitement des signaux radar détectés, au moins un canal de communication radio entre les deux appareils distants, par exemple Bluetooth, au moins un élément vibrant contenu dans ou proche du terminal des moyens de pilotage par le terminal de l’élément vibrant pour créer un mouvement vibratoire périodique. Ledit dispositif effectue : une étape de configuration du radar par le mobile pour détecter des mouvements vibratoires périodiques de faible amplitude, par exemple de 0 à 5mm, une étape d’émission par le mobile via le canal de communication radio d’une commande transmise à l’attention du terminal, une étape de mise en vibration par le terminal de l’élément vibrant, une étape de traitement et d’analyse temps réel des signaux réfléchie reçus par le radar (240) en vue de détecter les vibrations d’un élément vibrant , une étape de traitement par le mobile des signaux radar détectés qui localise la position précise, distance et angle du terminal par rapport audit mobile. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le mouvement vibratoire provoqué par l’un des deux objets est connu de l’autre objet comportant les moyens de détection de la vibration. Dispositif selon la revendication 1 à 2 caractérisé en ce que le mouvement vibratoire code un message logique. Dispositif selon la revendication 1 à 3 caractérisé en ce que le message logique est une signature électronique. Dispositif selon la revendication 1 à 4 caractérisé en ce que le mouvement vibratoire est généré par le terminal au moyen d’une modulation de fréquence ou de largeur d’impulsion. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l’élément vibrant est un haut-parleur ou oscillateur piézo-électrique.