Conception de protocoles cryptographiques préservant la vie privée pour les services mobiles sans contact

The increasing number of worldwide mobile platforms and the emergence of new technologies such as the NFC (Near Field Communication) lead to a growing tendency to build a user's life depending on mobile phones. This context brings also new security and privacy challenges. In this thesis, we pay further attention to privacy issues in NFC services as well as the security of the mobile applications private data and credentials namely in Trusted Execution Environments (TEE). We first provide two solutions for public transport use case: an m-pass (transport subscription card) and a m-ticketing validation protocols. Our solutions ensure users' privacy while respecting functional requirements of transport operators. To this end, we propose new variants of group signatures and the first practical set-membership proof that do not require pairing computations at the prover's side. These novelties significantly reduce the execution time of such schemes when implemented in resource constrained environments. We implemented the m-pass and m-ticketing protocols in a standard SIM card: the validation phase occurs in less than 300ms whilst using strong security parameters. Our solutions also work even when the mobile is switched off or the battery is flat. When these applications are implemented in TEE, we introduce a new TEE migration protocol that ensures the privacy and integrity of the TEE credentials and user's private data. We construct our protocol based on a proxy re-encryption scheme and a new TEE model. Finally, we formally prove the security of our protocols using either game-based experiments in the random oracle model or automated model checker of security protocols.Avec l'émergence de nouvelles technologies telles que le NFC (Communication à champ proche) et l'accroissement du nombre de plates-formes mobiles, les téléphones mobiles vont devenir de plus en plus indispensables dans notre vie quotidienne. Ce contexte introduit de nouveaux défis en termes de sécurité et de respect de la vie privée. Dans cette thèse, nous nous focalisons sur les problématiques liées au respect de la vie privée dans les services NFC ainsi qu’à la protection des données privées et secrets des applications mobiles dans les environnements d'exécution de confiance (TEE). Nous fournissons deux solutions pour le transport public: une solution utilisant des cartes d'abonnement (m-pass) et une autre à base de tickets électroniques (m-ticketing). Nos solutions préservent la vie privée des utilisateurs tout en respectant les exigences fonctionnelles établies par les opérateurs de transport. À cette fin, nous proposons de nouvelles variantes de signatures de groupe ainsi que la première preuve pratique d’appartenance à un ensemble, à apport nul de connaissance, et qui ne nécessite pas de calculs de couplages du côté du prouveur. Ces améliorations permettent de réduire considérablement le temps d'exécution de ces schémas lorsqu’ils sont implémentés dans des environnements contraints par exemple sur carte à puce. Nous avons développé les protocoles de m-passe et de m-ticketing dans une carte SIM standard : la validation d'un ticket ou d'un m-pass s'effectue en moins de 300ms et ce tout en utilisant des tailles de clés adéquates. Nos solutions fonctionnent également lorsque le mobile est éteint ou lorsque sa batterie est déchargée. Si les applications s'exécutent dans un TEE, nous introduisons un nouveau protocole de migration de données privées, d'un TEE à un autre, qui assure la confidentialité et l'intégrité de ces données. Notre protocole est fondé sur l’utilisation d’un schéma de proxy de rechiffrement ainsi que sur un nouveau modèle d’architecture du TEE. Enfin, nous prouvons formellement la sécurité de nos protocoles soit dans le modèle calculatoire pour les protocoles de m-pass et de ticketing soit dans le modèle symbolique pour le protocole de migration de données entre TEE

Processus sécurisés de dématérialisation de cartes sans contact

Au fil des années, la technologie sans contact NFC s'est imposée dans notre quotidien au travers des différents services proposés. Les cas d'utilisation sont nombreux allant des cartes de fidélité, des cartes de transport, des cartes de paiement sans contact jusqu'aux cartes de contrôle d'accès. Cependant, les premières générations des cartes NFC ont une sécurité minimale reposant sur l'hypothèse de leur non-clonabilité. De multiples vulnérabilités ont été découvertes et leur exploitation a permis des copies frauduleuses. Afin de remédier à ces vulnérabilités, une nouvelle génération de cartes à la sécurité augmentée a vu le jour. Ces cartes permettent une authentification avec un lecteur basée sur des algorithmes de chiffrements symétriques tels qu'AES, DES, et 3DES. Elles sont plus robustes que la première génération mais ont subi des également une attaque en reverse-engineering. Pour garantir et améliorer le niveau de sécurité du système de contrôle d'accès, nous proposons dans le cadre de l'opération neOCampus, la dématérialisation sécurisée de la carte sans contact sur un smartphone muni de la technologie NFC. Cette dématérialisation nous permet d'exploiter la puissance de calcul et la capacité de stockage du smartphone afin de déployer des algorithmes d'authentification plus robustes. Cependant, l'OS du smartphone ne peut être considéré comme un environnement de confiance. Afin de répondre à la problématique du stockage et du traitement sécurisés sur un smartphone, plusieurs solutions ont été proposées : les Secure Elements (SE), les Trusted Platform Module (TPM), les Trusted Execution Environment (TEE) et la virtualisation. Afin de stocker et de traiter de manière sécurisée les données d'authentification, le TEE apparait comme la solution idéale avec le meilleur compromis sécurité/performances. Cependant, de nombreux smartphones n'embarquent pas encore de TEE. Pour remédier à cette contrainte, nous proposons une architecture basée sur l'utilisation de TEEs déportés sur le Cloud. Le smartphone peut le contacter via une liaison Wi-Fi ou 4G. Pour se faire, un protocole d'authentification basé sur IBAKE est proposé. En plus de ce scénario nominal, deux autres scenarii complémentaires ont été proposés permettant d'accompagner le développement et la démocratisation des TEE non seulement dans le monde des smartphones mais aussi sur des dispositifs peu onéreux comme le Raspberry Pi 3. Ces architectures déploient le même algorithme d'authentification que le scénario nominal. Nous proposons aussi une architecture hors ligne permettant à un utilisateur de s'authentifier à l'aide d'un jeton de connexion en cas d'absence de réseaux sans fil. Cette solution permet de relâcher la contrainte sur la connectivité du smartphone à son Cloud. Nous procédons à une évaluation de l'architecture de dématérialisation et de l'algorithme d'authentification en terme de performances et de sécurité. Les opérations cryptographiques du protocole d'authentification sont les plus coûteuses. Nous avons alors procédé à leur évaluation en nous intéressant en particulier aux opérations de chiffrement IBE et à la génération de challenges ECC. Nos implémentations ont été évaluées pour l'infrastructure Cloud et l'environnement mobile. Nous avons ensuite procédé à une validation du protocole d'authentification sur les trois architectures sélectionnées à l'aide de l'outil Scyther. Nous avons montré, que pour les trois scenarii, la clé de session négociée via le protocole d'authentification restait secrète durant tout le protocole. Cette caractéristique nous garantit que les données d'authentification chiffrées avec cette clé resteront secrètes et que la phase d'identification de la personne est protégée tout en préservant l'ergonomie du système existant