Sécurité et performances des réseaux de nouvelle génération

L’IMS (IP Multimedia Subsystem) constitue l’architecture clé de contrôle pour les réseaux de nouvelle génération (NGN : Next Generation Network). IMS offre aux opérateurs réseaux la possibilité d'étendre leurs services, en intégrant la voix et des communications multimédia et de les livrer dans de nouveaux environnements avec de nouveaux objectifs. Sa sécurité totale mais à moindre coût est donc primordiale, principalement l’authentification. En IMS l’authentification est divisée en deux phases, une au niveau du domaine PS (Packet-Switch) avec le protocole 3GPP-AKA, et l’autre au niveau IMS en utilisant le protocole IMS-AKA. Dans notre première contribution, nous proposons un nouveau protocole d’authentification plus sécurisé que celui utilisé en IMS (IMS-AKA) et plus performant en termes d’utilisation de la bande passante et de temps de traitement. Notre méthode d’analyse repose sur la quantification de la signalisation induite par l’authentification IMS. La quantification est effectuée à l’aide d’expérimentations réelles. Sur la base des résultats obtenues, nous pouvons confirmer que notre protocole (1) peut économiser au moins 21,5% du trafic SIP/Cx par rapport à l’IMS-AKA, (2) permet de réduire la consommation de la bande passante de 27% par rapport à l’IMS-AKA, (3) résiste aux attaques atteignant la confidentialité et l’intégrité des données lors d’un enregistrement IMS (validé par AVISPA). Dans notre seconde contribution, nous avons présenté un nouveau modèle, nommé virtual walled-garden, de fourniture de services centré sur l'utilisateur en IMS. Ce modèle de fourniture de service permet d'offrir plus de liberté d'utiliser les services de tout fournisseur de contenu en fonction des besoins et préférences des utilisateurs. De cette manière les trois parties (utilisateur, fournisseurs de services et opérateur IMS) sont satisfaites. Les utilisateurs auront accès à un plus large éventail de services soutenus par l'IMS, les fournisseurs de services peuvent mettre en œuvre un large éventail de services IMS/SIP sans aucun investissement sur la mise en œuvre d'un réseau de cœur IMS ou de sa maintenance. Quant aux opérateurs cette façon de faire constitue une nouvelle forme de partenariat d'affaires avec les fournisseurs de services. Le modèle virtual walled-garden se base sur une fédération d'identité multi niveaux pour prendre en considération plusieurs niveaux de sécurité selon la criticité des applications sollicitées. ABSTRACT : The IMS (IP Multimedia Subsystem) architecture is the key control for next generation networks (NGN). IMS gives network operators the opportunity to extend their services, including voice and multimedia communications and deliver them in new environments with new goals. Its security is paramount, especially authentication. In IMS, authentication is divided into two phases a PS (Packet-Switch) domain-level with the 3GPP-AKA protocol, and a second at IMS level using the IMS-AKA protocol. In our first contribution, we propose a new IMS authentication mechanism that improves the IMS-AKA in terms of security and more efficient in the use of bandwidth and processing time. Based on the results obtained, we can confirm that our protocol can save at least 21.5% of SIP/Cx traffic compared to the IMS-AKA and resists to attack reaching the confidentiality and integrity of data in an IMS registration (validated by AVISPA). In our second contribution, we propose a new Service provisioning model: Virtual Walled-Garden. This new model allows the user accessing all the applications, even the external ones transparently, simulating a walled-garden environment. This model will create a trust link between IMS domain and external services, and will reduce the burden of both end users and SPs through a Single Sign-On (SSO) feature, using identity federation. We also introduce the notion of security level to classify the SPs in a Multi-level model

Un nouveau modèle de correspondance pour un service de messagerie électronique avancée

The ease of use and efficiency of the email service contributed to its widespread adoption. It became an essential service and authorizing multiples and various uses (private, professional, administrative, governmental, military ...). However, all existing systems are technically reduced to the implementation of global policies, compiling in a static way a limited set of features. These approaches prevent differentiated adaptations of the system to the uses. The rigid and monolithic nature of these policies can moreover lead to unnecessary execution of expensive treatments or to the inability to simultaneously satisfy conflicting requirements. We address this problem of the evolution of e-mail in the general context of interpersonal communication of a sender to a receiver. We identify the sender's intention of communication, as a key parameter of any interpersonal communication, insofar as it allows to finely discriminate the successful communications, between all the ones that are understood. A second parameter which is orthogonal to the first, defined as the context of the sender, is important because it allows to determine the successful aspect of an interpersonal communication. The declination of these two parameters in the electronic mail led us to define the concept of electronic correspondence. This one is a generalization of the email the implementation of which provides a sufficient condition of qualification successful exchanges via this medium. A correspondence allows taking into account for each message, the intention of communication and context of its sender. Its implementation requires in certain points of the network, the enforcement of specific policies depending of an administrative domain and which take as argument the intention of communication and the current context of the sender. A second benefit provided by this concept concerns the level of customization of messaging reaching a maximum granularity, because it can be applied in a differentiated way, to each message instance. These works led to the description of a representative architecture and the definition of three extensions to existing standards (SUBMISSION, IMF and S/MIME). Our approach has been illustrated through two main use cases, compliant with recommended specifications for administration (RGS - Référentiel Général de Sécurité) and military (MMHS - Military Message Handling System) domains.Le service de courrier électronique en raison de sa simplicité d'utilisation combinée à son efficacité, a constitué l'un des principaux vecteurs de popularisation d'Internet. Il est devenu un service incontournable dont la richesse s'exprime au travers des usages variés et multiples qu'il autorise (privé, professionnel, administratif, officiel, militaire...). Cependant, toutes les réalisations existantes se réduisent techniquement à la mise en oeuvre de politiques globales, compilant de façon statique un ensemble limité de fonctionnalités. Ces approches ne permettent pas au système de s'adapter de façon différenciée aux usages. De plus, le caractère rigide et monolithique de ces politiques peut parfois conduire à l'exécution inutile de traitements coûteux ou à l'impossibilité de satisfaire simultanément des exigences contradictoires. Nous abordons cette problématique de l'évolution de la messagerie électronique dans le cadre général de la communication interpersonnelle d'un locuteur vers un interlocuteur. Nous identifions l'intention de communication du locuteur, comme un paramètre clé de toute communication interpersonnelle, dans la mesure où il permet de discriminer finement les communications réussies, parmi toutes celles qui sont comprises. Un second paramètre orthogonal au premier, défini comme le contexte du locuteur, s'avère déterminant lorsqu'il s'agit d'aborder la réalisation concrète des communications interpersonnelles réussies. La déclinaison de ces deux paramètres dans le cadre de la messagerie électronique nous conduit à concevoir la notion de correspondance. Cette dernière constitue une généralisation du courrier électronique dont la mise en oeuvre offre une condition suffisante de qualification des échanges réussis, via ce média. Une correspondance permet de prendre en compte pour chaque message, l'intention de communication et le contexte de son émetteur. Sa mise en oeuvre impose l'application en certains points du réseau, de politiques spécifiques au domaine administratif de référence, qui prennent en argument l'intention de communication et le contexte courant de l'émetteur. Un second bénéfice apporté par ce concept concerne le niveau de personnalisation du service de messagerie qui atteint une granularité de finesse maximale, du fait qu'il peut s'appliquer de façon différenciée, à chaque occurrence de message. Ces travaux ont abouti à la description d'une architecture représentative accompagnée de la définition de trois extensions de standards existants (SUBMISSION, IMF et S/MIME). Notre approche a été illustrée à travers deux cas d'usages importants, conformes à des spécifications recommandées pour les domaines administratif (RGS- référentiel général de sécurité) et militaire (MMHS - Military Message Handling System)

Analyse de sécurité et QoS dans les réseaux à contraintes temporelles

Dans le domaine des réseaux, deux précieux objectifs doivent être atteints, à savoir la QoS et la sécurité, plus particulièrement lorsqu’il s’agit des réseaux à caractère critique et à fortes contraintes temporelles. Malheureusement, un conflit existe : tandis que la QoS œuvre à réduire les temps de traitement, les mécanismes de sécurité quant à eux requièrent d’importants temps de traitement et causent, par conséquent, des délais et dégradent la QoS. Par ailleurs, les systèmes temps réel, la QoS et la sécurité ont très souvent été étudiés séparément, par des communautés différentes. Dans le contexte des réseaux avioniques de données, de nombreux domaines et applications, de criticités différentes, échangent mutuellement des informations, souvent à travers des passerelles. Il apparaît clairement que ces informations présentent différents niveaux de sensibilité en termes de sécurité et de QoS. Tenant compte de cela, le but de cette thèse est d’accroître la robustesse des futures générations de réseaux avioniques de données en contrant les menaces de sécurité et évitant les ruptures de trafic de données. A cet effet, nous avons réalisé un état de l’art des mécanismes de sécurité, de la QoS et des applications à contraintes temporelles. Nous avons, ensuite étudié la nouvelle génération des réseaux avioniques de données. Chose qui nous a permis de déterminer correctement les différentes menaces de sécurité. Sur la base de cette étude, nous avons identifié à la fois les exigences de sécurité et de QoS de cette nouvelle génération de réseaux avioniques. Afin de les satisfaire, nous avons proposé une architecture de passerelle de sécurité tenant compte de la QoS pour protéger ces réseaux avioniques et assurer une haute disponibilité en faveur des données critiques. Pour assurer l’intégration des différentes composantes de la passerelle, nous avons développé une table de session intégrée permettant de stocker toutes les informations nécessaires relatives aux sessions et d’accélérer les traitements appliqués aux paquets (filtrage à états, les traductions d’adresses NAT, la classification QoS et le routage). Cela a donc nécessité, en premier lieu, l'étude de la structure existante de la table de session puis, en second lieu, la proposition d'une toute nouvelle structure répondant à nos objectifs. Aussi, avons-nous présenté un algorithme permettant l’accès et l’exploitation de la nouvelle table de session intégrée. En ce qui concerne le composant VPN IPSec, nous avons détecté que le trafic chiffré par le protocole ESP d’IPSec ne peut pas être classé correctement par les routeurs de bordure. Afin de surmonter ce problème, nous avons développé un protocole, Q-ESP, permettant la classification des trafics chiffrés et offrant les services de sécurité fournis par les protocoles AH et ESP combinés. Plusieurs techniques de gestion de bande passante ont été développées en vue d’optimiser la gestion du trafic réseau. Pour évaluer les performances offertes par ces techniques et identifier laquelle serait la plus appropriée dans notre cas, nous avons effectué une comparaison basée sur le critère du délai, par le biais de tests expérimentaux. En dernière étape, nous avons évalué et comparé les performances de la passerelle de sécurité que nous proposons par rapport à trois produits commerciaux offrant les fonctions de passerelle de sécurité logicielle en vue de déterminer les points forts et faibles de notre implémentation pour la développer ultérieurement. Le manuscrit s’organise en deux parties : la première est rédigée en français et représente un résumé détaillé de la deuxième partie qui est, quant à elle, rédigée en anglais. ABSTRACT : QoS and security are two precious objectives for network systems to attain, especially for critical networks with temporal constraints. Unfortunately, they often conflict; while QoS tries to minimize the processing delay, strong security protection requires more processing time and causes traffic delay and QoS degradation. Moreover, real-time systems, QoS and security have often been studied separately and by different communities. In the context of the avionic data network various domains and heterogeneous applications with different levels of criticality cooperate for the mutual exchange of information, often through gateways. It is clear that this information has different levels of sensitivity in terms of security and QoS constraints. Given this context, the major goal of this thesis is then to increase the robustness of the next generation e-enabled avionic data network with respect to security threats and ruptures in traffic characteristics. From this perspective, we surveyed the literature to establish state of the art network security, QoS and applications with time constraints. Then, we studied the next generation e-enabled avionic data network. This allowed us to draw a map of the field, and to understand security threats. Based on this study we identified both security and QoS requirements of the next generation e-enabled avionic data network. In order to satisfy these requirements we proposed the architecture of QoS capable integrated security gateway to protect the next generation e-enabled avionic data network and ensure the availability of critical traffic. To provide for a true integration between the different gateway components we built an integrated session table to store all the needed session information and to speed up the packet processing (firewall stateful inspection, NAT mapping, QoS classification and routing). This necessitates the study of the existing session table structure and the proposition of a new structure to fulfill our objective. Also, we present the necessary processing algorithms to access the new integrated session table. In IPSec VPN component we identified the problem that IPSec ESP encrypted traffic cannot be classified appropriately by QoS edge routers. To overcome this problem, we developed a Q-ESP protocol which allows the classifications of encrypted traffic and combines the security services provided by IPSec ESP and AH. To manage the network traffic wisely, a variety of bandwidth management techniques have been developed. To assess their performance and identify which bandwidth management technique is the most suitable given our context we performed a delay-based comparison using experimental tests. In the final stage, we benchmarked our implemented security gateway against three commercially available software gateways. The goal of this benchmark test is to evaluate performance and identify problems for future research work. This dissertation is divided into two parts: in French and in English respectively. Both parts follow the same structure where the first is an extended summary of the second