A NOVEL METHODOLOGY TO DESIGN SECURITY PROTOCOLS BASED ON A NEW SET OF DESIGN PRINCIPLES

This paper presents a novel design methodology based on a new set of design principles to develop step-by-step security protocols for up to three participants, guiding the designer on each step. It accompanies the designer through a succession of six abstraction levels proposed in this work: protocol objectives, protocol constraints, security mechanisms, message flow, protocol conformation and authentication tests. The methodology proposed is based on a new set of design principles extracted from different sources and combined using the systemic approach, which considers the designer and client’s security and functional needs. The resulting model separates highlevel tasks from implementation details, allowing the designer to specify the security requirements and functionality desired for each abstraction level. Consequently, the protocol design is linked with the best-fitting design principle. To corroborate the results of the methodology, the resulting protocol in the Alice and Bob notation in the fifth level is tested using the “Strand Spaces” Model. The Needham-Schroeder protocol with symmetric keys was successfully used as a test. The security goals achieved were: authentication, confidentiality, integrity, and non-repudiation

Statically detecting message confusions in a multi-protocol setting

In a multi-protocol setting, different protocols are concurrently executed, and each principal can participate in more than one. The possibilities of attacks therefore increase, often due to the presence of similar patterns in messages. Messages coming from one protocol can be confused with similar messages coming from another protocol. As a consequence, data of one type may be interpreted as data of another, and it is also possible that the type is the expected one, but the message is addressed to another protocol. In this paper, we shall present an extension of the LySa calculus [7, 4] that decorates encryption with tags including the protocol identifier, the protocol step identifier and the intended types of the encrypted terms. The additional information allows us to find the messages that can be confused and therefore to have hints to reconstruct the attack. We extend accordingly the standard static Control Flow Analysis for LySa, which over-approximates all the possible behaviour of the studied protocols, included the possible message confusions that may occur at run-time. Our analysis has been implemented and successfully applied to small sets of protocols. In particular, we discovered an undocumented family of attacks, that may arise when Bauer-Berson-Feiertag and the Woo-Lam authentication protocols are running in parallel. The implementation complexity of the analysis is low polynomial

A class of theory-decidable inference systems

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2004-2005Dans les deux dernières décennies, l’Internet a apporté une nouvelle dimension aux communications. Il est maintenant possible de communiquer avec n’importe qui, n’importe où, n’importe quand et ce, en quelques secondes. Alors que certains systèmes de communication distribués, comme le courriel, le chat, . . . , sont plutôt informels et ne nécessitent aucune sécurité, d’autres comme l’échange d’informations militaires ou encore médicales, le commerce électronique, . . . , sont très formels et nécessitent de très hauts niveaux de sécurité. Pour atteindre les objectifs de sécurité voulus, les protocoles cryptographiques sont souvent utilisés. Cependant, la création et l’analyse de ces protocoles sont très difficiles. Certains protocoles ont été montrés incorrects plusieurs années après leur conception. Nous savons maintenant que les méthodes formelles sont le seul espoir pour avoir des protocoles parfaitement corrects. Ce travail est une contribution dans le domaine de l’analyse des protocoles cryptographiques de la façon suivante: • Une classification des méthodes formelles utilisées pour l’analyse des protocoles cryptographiques. • L’utilisation des systèmes d’inférence pour la mod´elisation des protocoles cryptographiques. • La définition d’une classe de systèmes d’inférence qui ont une theorie décidable. • La proposition d’une procédure de décision pour une grande classe de protocoles cryptographiquesIn the last two decades, Internet brought a new dimension to communications. It is now possible to communicate with anyone, anywhere at anytime in few seconds. While some distributed communications, like e-mail, chat, . . . , are rather informal and require no security at all, others, like military or medical information exchange, electronic-commerce, . . . , are highly formal and require a quite strong security. To achieve security goals in distributed communications, it is common to use cryptographic protocols. However, the informal design and analysis of such protocols are error-prone. Some protocols were shown to be deficient many years after their conception. It is now well known that formal methods are the only hope of designing completely secure cryptographic protocols. This thesis is a contribution in the field of cryptographic protocols analysis in the following way: • A classification of the formal methods used in cryptographic protocols analysis. • The use of inference systems to model cryptographic protocols. • The definition of a class of theory-decidable inference systems. • The proposition of a decision procedure for a wide class of cryptographic protocols

Keeping Fairness Alive : Design and formal verification of optimistic fair exchange protocols

Fokkink, W.J. [Promotor]Pol, J.C. van de [Promotor

Analyse automatique de propriétés d’équivalence pour les protocoles cryptographiques

As the number of devices able to communicate grows, so does the need to secure their interactions. The design of cryptographic protocols is a difficult task and prone to human errors. Formal verification of such protocols offers a way to automatically and exactly prove their security. In particular, we focus on automated verification methods to prove the equivalence of cryptographic protocols for a un-bounded number of sessions. This kind of property naturally arises when dealing with the anonymity of electronic votingor the untracability of electronic passports. Because the verification of equivalence properties is a complex issue, we first propose two methods to simplify it: first we design a transformation on protocols to delete any nonce while maintaining the soundness of equivalence checking; then we prove a typing result which decreases the search space for attacks without affecting the power of the attacker. Finally, we describe three classes of protocols for which equivalence is decidable in the symbolic model. These classes benefit from the simplification results stated earlier and enable us to automatically analyze tagged protocols with or without nonces, as well as ping-pong protocols.À mesure que le nombre d’objets capables de communiquer croît, le besoin de sécuriser leurs interactions également. La conception des protocoles cryptographiques nécessaires pour cela est une tâche notoirement complexe et fréquemment sujette aux erreurs humaines. La vérification formelle de protocoles entend offrir des méthodes automatiques et exactes pour s’assurer de leur sécurité. Nous nous intéressons en particulier aux méthodes de vérification automatique des propriétés d’équivalence pour de tels protocoles dans le modèle symbolique et pour un nombre non borné de sessions. Les propriétés d’équivalences ont naturellement employées pour s’assurer, par exemple, de l’anonymat du vote électronique ou de la non-traçabilité des passeports électroniques. Parce que la vérification de propriétés d’équivalence est un problème complexe, nous proposons dans un premier temps deux méthodes pour en simplifier la vérification : tout d’abord une méthode pour supprimer l’utilisation des nonces dans un protocole tout en préservant la correction de la vérification automatique; puis nous démontrons un résultat de typage qui permet de restreindre l’espace de recherche d’attaques sans pour autant affecter le pouvoir de l’attaquant. Dans un second temps nous exposons trois classes de protocoles pour lesquelles la vérification de l’équivalence dans le modèle symbolique est décidable. Ces classes bénéficient des méthodes de simplification présentées plus tôt et permettent d’étudier automatiquement des protocoles taggués, avec ou sans nonces, ou encore des protocoles ping-pong