Assurer la vie privée dans les villes intelligentes avec des bons de permission

À l'ère des villes intelligentes, il y a une demande croissante pour des méthodes d'Authentification sécurisées et privées. Le Protocole de Bon de Permission est conçu pour aider les gens à s'authentifier avec des cartes d'identité numériques tout en garantissant que leur vie privée reste intacte. C’est comme avoir un ticket en or qui prouve qui tu es sans divulguer d’infos personnelles à tout le monde autour de toi.

Ce système fonctionne en toute transparence dans les environnements urbains intelligents, permettant aux individus d'accéder aux services sans exposer des données sensibles. Mais comment sait-on que ce protocole est sécurisé ? C’est là que la Vérification Formelle entre en jeu.

#C'est quoi la Vérification Formelle ?

La vérification formelle, c'est un terme chic pour vérifier qu'un système fonctionne comme il se doit, surtout en matière de sécurité. Pense à ça comme une inspection rigoureuse d'un pont avant que des voitures ne puissent passer dessus. On construit un modèle détaillé qui décrit comment tout fonctionne dans le protocole, y compris comment les utilisateurs et les attaquants potentiels interagissent.

En appliquant des règles mathématiques et de la logique, on peut confirmer si les mesures de sécurité tiennent ou s'il y a des moyens sournois pour les attaquants d'exploiter des vulnérabilités.

#Propriétés de Sécurité Clés

Les propriétés de sécurité sont comme des points de contrôle qui assurent que le protocole fait son boulot correctement. Certaines de ces propriétés incluent :

• Authentification : Ça garantit que la personne ou le dispositif qui prétend être qui il est, l'est vraiment. C’est comme montrer ta carte d'identité avant d'entrer dans une boîte.

• Confidentialité : Cette propriété garantit que personne ne peut lire les messages échangés entre les utilisateurs à moins qu'ils ne soient censés le faire. C’est comme sceller une lettre dans une enveloppe avant de l’envoyer.

• Intégrité : Ça garantit que les messages ne sont pas modifiés pendant leur transmission. Imagine envoyer une carte d'anniversaire, et qu'elle arrive intacte, avec tous les mots que t'as écrits.

• Prévention des Replays : Ça empêche les attaquants de capturer et de renvoyer des données valides pour tromper le système en pensant qu'ils sont des utilisateurs légitimes. Pense à ça comme s'assurer qu'une invitation à une fête ne peut pas être réutilisée pour entrer à nouveau.

#Approches de la Vérification Formelle

Il y a plusieurs façons d'analyser formellement les protocoles de sécurité, chacune avec son style unique. Voici trois méthodes principales :

#Algèbre de Processus

L'algèbre de processus est une approche mathématique qui décrit comment divers processus interagissent, comme des personnages dans une pièce de théâtre. Elle utilise des expressions algébriques pour représenter ces interactions, ce qui facilite la réflexion sur leur comportement.

Pour les protocoles de sécurité, l'algèbre de processus peut modéliser comment les messages sont échangés et comment les différentes parties se comportent. Ce cadre peut aider à prouver si le protocole répond aux propriétés de sécurité nécessaires ou si quelque chose semble suspect.

#Calcul Pi

Le calcul pi est une variante plus dynamique, se concentrant sur les systèmes concurrents où les processus peuvent changer. Il permet de modéliser des canaux de communication qui peuvent être créés et modifiés en temps réel.

Cette méthode est particulièrement utile pour les protocoles qui reposent sur des opérations cryptographiques, comme le chiffrement ou les signatures numériques. Des outils comme ProVerif utilisent le calcul pi pour analyser automatiquement les protocoles, aidant ainsi à vérifier leur sécurité.

#Modèles Symboliques

Les modèles symboliques adoptent une approche plus abstraite, se concentrant sur les messages eux-mêmes plutôt que sur les détails sous-jacents. Ils représentent les messages par des symboles et utilisent des règles pour décrire comment ces messages sont traités.

Les propriétés de sécurité peuvent être vérifiées à l'aide de ces représentations symboliques, permettant d'analyser une large gamme de scénarios d'attaques potentielles.

#Outils de Vérification

Pour mettre les théories en pratique, divers outils ont été développés pour analyser les protocoles de sécurité. Ces outils utilisent différentes méthodes et offrent des capacités distinctes. Voici un rapide aperçu de certains des plus populaires :

• Isabelle/HOL : Un outil flexible et expressif qui nécessite une input utilisateur mais offre un haut niveau de détail.

• Coq : Un assistant de preuve qui aide à créer et vérifier des preuves mathématiques.

• CryptoVerif : Analyse les protocoles basés sur des modèles cryptographiques pour établir des garanties de sécurité.

• Scyther : Un vérificateur de modèle convivial qui identifie rapidement les faiblesses potentielles dans un protocole.

• AVISPA : Intègre divers outils d'analyse pour simplifier le processus de vérification.

• ProVerif : Basé sur le calcul pi, il peut confirmer ou infirmer des propriétés de sécurité complexes.

• Tamarin Prover : Un outil polyvalent qui peut analyser des propriétés de sécurité complexes et simuler différents scénarios d'attaque.

#Le Modèle Dolev-Yao

Dans le domaine de l'analyse des protocoles de sécurité, le modèle Dolev-Yao sert de cadre fondamental. Introduit par Danny Dolev et Andrew Yao, il repose sur trois hypothèses clés :

1. Cryptographie Parfaite : Les opérations cryptographiques sont traitées comme des boîtes noires, permettant d'analyser les protocoles sans plonger dans les détails compliqués des vulnérabilités cryptographiques.

2. Exécution Illimitée : Un protocole peut être exécuté autant de fois que nécessaire, reflétant l'utilisation réelle à travers de grands réseaux. Cela aide à analyser comment les différentes combinaisons d'exécutions peuvent affecter la performance du protocole.

3. Adversaire Réseau : L'attaquant contrôle le réseau de communication, lui permettant d'intercepter et de modifier les messages. Cependant, l'adversaire ne peut pas briser les protections cryptographiques, limitant ses actions aux messages non sécurisés.

#Pourquoi Choisir Tamarin Prover ?

Tamarin Prover se distingue par sa capacité à analyser rigoureusement les protocoles cryptographiques du monde réel. Il a été utilisé pour des tâches significatives, comme traiter des exploits de sécurité dans le Wi-Fi.

L'un des points forts de Tamarin est son approche basée sur des règles de réécriture multiensembles, permettant une description claire de la façon dont les messages sont échangés. Cela aide à identifier des vulnérabilités à travers divers scénarios d'attaque.

Tamarin prend en charge à la fois la construction de preuves automatisées et interactives, offrant un équilibre entre facilité et flexibilité. Il gère également des opérations cryptographiques complexes, ce qui le rend idéal pour analyser des protocoles de sécurité avancés utilisés dans des systèmes comme Transport Layer Security (TLS).

#Modélisation des Protocoles avec Tamarin

Pour valider un protocole de sécurité avec Tamarin, un script spécifique doit être créé. Ce script décrit la structure du protocole et les propriétés de sécurité à analyser.

#Structure d'un Modèle Tamarin

Un modèle Tamarin typique se compose de plusieurs éléments :

• Déclarations : Cette section définit les fonctions de base et les constantes utilisées dans le protocole.

• Règles : Celles-ci décrivent comment les messages circulent et les actions entreprises par différentes parties.

• Faits et Événements d'État : Les faits capturent les informations dynamiques et statiques, tandis que les événements enregistrent des occurrences significatives.

• Modèle d'Adversaire : Les capacités de l'adversaire sont explicitement définies, déterminant comment il peut interagir avec le protocole.

• Propriétés de Sécurité (Lémmas) : La section finale décrit les propriétés de sécurité à vérifier.

#Scénarios Exemples

Regardons quelques exemples modélisés dans Tamarin :

#Chiffrement Symétrique

Dans le chiffrement symétrique, les deux parties partagent une clé secrète. Le modèle définirait des fonctions de chiffrement et de déchiffrement et assurerait que seul le destinataire prévu peut lire le message.

#Chiffrement Asymétrique

Dans le chiffrement asymétrique, une clé publique est utilisée pour chiffrer des messages que seul le destinataire prévu peut déchiffrer avec sa clé privée. Le modèle prouve que seul le bon destinataire peut accéder à l'information.

#Intégrité des Messages

Pour assurer l'intégrité des messages, un code d'authentification de message (MAC) est utilisé. Le modèle vérifie que si le MAC est valide, le message n'a pas été altéré pendant sa transmission.

#Authentification

Un protocole de défi-réponse simple pourrait être utilisé pour démontrer l'authentification. Dans ce cas, une partie envoie un défi, et l'autre répond avec une valeur calculée pour prouver son identité.

#Le Processus de Vérification

Une fois que le protocole est modélisé, Tamarin utilise son moteur de raisonnement pour prouver ou infirmer les propriétés de sécurité définies :

• Lémmas Prouvés : Si un lemme est prouvé, le protocole est jugé sécurisé en termes de la propriété spécifiée.

• Lémmas Falsifiés : Si un lemme échoue, un contre-exemple est produit, révélant un scénario d'attaque potentiel. Ces traces aident à identifier les vulnérabilités et fournissent une feuille de route pour l'amélioration.

#Signification Visuelle des Graphes de Dépendance

Tamarin utilise des graphes de dépendance pour illustrer les relations entre les différents lémmas. Si un lemme est prouvé, il est mis en surbrillance en vert ; si un contre-exemple est trouvé, il est marqué en rouge.

Les flèches dans le graphe indiquent divers éléments dans la visualisation des preuves, aidant les utilisateurs à interpréter le flux du processus de vérification.

#Exemple d'Attaque par Rejeu

Pour illustrer une vulnérabilité, nous modélisons un scénario d'attaque par rejeu. Dans ce cas, un attaquant capture un message et l'envoie à nouveau pour contourner les mécanismes de sécurité.

En modélisant l'interaction et en établissant un lemme qui prouve qu'aucune attaque par rejeu n'est possible, nous pouvons garantir que le système est sécurisé contre de telles menaces.

#Propriétés de Sécurité Formelles

Lors de l'évaluation d'un protocole, plusieurs propriétés de sécurité critiques doivent être considérées :

• Authentification : Vérification des identités pour éviter les accès non autorisés.

• Authentification Mutuelle : S'assurer que les deux parties vérifient l'identité de l'autre pour éviter l'usurpation.

• Prévention des Attaques de l'Homme du Milieu (MitM) : Défendre contre les attaquants qui interceptent et manipulent les communications.

• Confirmation de Clé : S'assurer que les deux parties utilisent la même clé cryptographique.

• Unicité de la Session : S'assurer que chaque session de communication est distincte pour éviter le détournement de session.

• Non-répudiation : Empêcher les parties de contester leur implication dans une communication.

• Confidentialité : Protéger les données sensibles contre un accès non autorisé.

• Intégrité : S'assurer que les données restent inchangées pendant la transmission.

• Prévention des Replays : Éviter la réutilisation des messages capturés.

• Validation de Clé : S'assurer que les clés cryptographiques sont sécurisées et non compromises.

#Vérification Formelle du Bon de Permission

Pour valider le Protocole de Bon de Permission, nous nous concentrons sur différentes phases du protocole et analysons leurs propriétés de sécurité respectives. Les relations de confiance et les canaux sont définis, ce qui mène à l'identification des lémmas de sécurité.

#Relations de Confiance et Canaux

Les canaux sécurisés incluent :

• ID APP et ID-CARD (NFC) : C'est sécurisé grâce à la proximité physique, garantissant la confidentialité et l'intégrité.

• ID APP et PROPRIÉTAIRE (Saisie du PIN) : L'entrée du PIN garantit que seul le propriétaire peut s'authentifier.

Les canaux partiellement fiables incluent :

• PROPRIÉTAIRE et SERVICE sur site (Connexion UWB) : Ce canal pourrait être intercepté, ce qui signifie que le protocole doit protéger contre l'usurpation et les attaques par rejeu.

• SERVICE sur site et ID-VERIFICATEUR : L'intégrité de ce canal est clé, et il pourrait être vulnérable aux attaques.

#Lémmas de Sécurité pour le Bon de Permission

Le modèle inclut divers lémmas, tels que :

• Un lemme qui confirme l'entrée sécurisée du PIN et des données de carte.
• Un lemme qui assure l'intégrité du bon signé.
• Un lemme qui vérifie la validité de la signature lors de la validation.

#Faiblesses Identifiées

Bien que le modèle soit robuste, plusieurs vulnérabilités existent. L'ID-VERIFICATEUR pourrait être compromis, et l'ajout d'une authentification mutuelle renforcerait le processus de vérification.

Le modèle manque de vérifications pour les bons de permission expirés, et un mécanisme de validation du temps pourrait éviter les bons réutilisés. Des règles de gestion et de distribution des clés sont également nécessaires pour garantir que les clés restent sécurisées pendant la durée de vie du protocole.

#Limitations Connues

Bien que Tamarin soit un outil de vérification puissant, il a certaines limitations :

• Stratégie de Preuve : Le modèle symbolique limite la capacité de Tamarin à détecter certaines attaques complexes.

• Mode de Trace vs. Mode d'Équivalence Observatoire : Ces modes ont leurs forces, mais il reste des lacunes dans la détection de certaines attaques.

• Évolutivité et Performance : Tamarin peut avoir du mal avec des protocoles plus grands, entraînant des temps d'analyse augmentés.

#Conclusion

Avec l'avènement des villes intelligentes, le besoin de méthodes d'authentification sécurisées et efficaces est plus grand que jamais. Le Protocole de Bon de Permission est une solution prometteuse qui utilise la vérification formelle pour garantir que les propriétés de sécurité sont respectées.

Grâce à des outils comme Tamarin Prover, nous pouvons analyser rigoureusement les protocoles, identifier les faiblesses et créer au final des systèmes plus sûrs pour tout le monde. Alors, alors qu'on entre dans le futur, apprécions les petits tickets numériques que nous portons dans nos poches, en sachant qu'ils ont passé un contrôle de sécurité rigoureux avant d'être utilisés.