Améliorer la cybersécurité dans l'industrie avec des HSM

La technologie avance à grandes enjambées, surtout dans l'industrie avec l'émergence de l'Industrie 4.0. Cette nouvelle phase inclut des technologies clés comme l'Internet des objets (IoT), le cloud computing, le big data et l'analyse de données. Même si ces outils améliorent l'efficacité, ils entraînent aussi plus d'attaques informatiques, notamment dans le secteur manufacturier. Un type d'attaque courant est l'attaque « homme du milieu » (MITM). Cette menace peut sérieusement perturber le transfert de données, surtout pour des infos importantes provenant de capteurs dans les machines.

Pour remédier à ces problèmes, un Module de sécurité matériel (HSM) a été développé. Ce module utilise un réseau de portes programmables sur le terrain (FPGA) avec une méthode d'authentification spéciale appelée fonction physique non clonable (PUF) et un système de chiffrement hybride pour garder les données en sécurité. Les résultats expérimentaux montrent que ce système renforce certains aspects importants de la cybersécurité dans l'industrie, offrant un moyen fiable pour protéger des données critiques.

#Comprendre les menaces

À mesure que les industries s'automatisent et dépendent de plus en plus des machines, elles font face à des menaces croissantes d'attaques informatiques. L'un des types d'attaques les plus dangereux est l'attaque MITM. Dans ce cas, un attaquant se place discrètement entre deux utilisateurs pour espionner ou modifier les informations échangées sans que personne ne s'en rende compte.

Dans le secteur manufacturier, les attaques MITM peuvent survenir lors du transfert d'informations sensibles, par exemple pendant les mises à jour de logiciels pour les machines. Cela montre un réel besoin de solutions de transfert de données sécurisées pour protéger les informations cruciales.

#La solution : Module de sécurité matériel (HSM)

Une réponse efficace à ces menaces de sécurité est le développement d'un module de sécurité matériel (HSM). Un HSM est un dispositif spécialisé qui effectue des opérations cryptographiques. Il peut gérer les clés de chiffrement et stocker en toute sécurité des informations importantes, ce qui complique la tâche des attaquants pour extraire des données.

Dans cette étude, le HSM est créé en utilisant la technologie FPGA, ce qui permet d'ajouter des fonctionnalités uniques qui renforcent la sécurité. Le HSM utilise le PUF pour authentifier les utilisateurs et un système de chiffrement hybride qui combine deux types de méthodes de chiffrement pour protéger l'intégrité des données.

#Caractéristiques clés du HSM

#1. Authentification basée sur PUF

Le PUF est l'une des principales caractéristiques du HSM. Il génère des réponses numériques uniques basées sur des variations physiques dans le matériel. Cela veut dire que chaque HSM est unique et difficile à copier.

Quand un utilisateur essaie d'accéder au module, un défi est envoyé au PUF, qui répond avec une sortie spécifique. Si la réponse correspond à la sortie attendue, l'utilisateur est authentifié et l'accès est accordé. Cette méthode ajoute une couche de sécurité que les attaquants ont du mal à contourner.

#2. Système de chiffrement hybride

Le système de chiffrement hybride combine deux algorithmes de chiffrement bien connus : AES (Advanced Encryption Standard) et RSA (Rivest-Shamir-Adleman).

• AES est utilisé pour chiffrer les données rapidement et en toute sécurité, offrant une forte protection pour les données réelles en cours de transfert.
• RSA est utilisé pour chiffrer les clés qui déverrouillent les données chiffrées par AES, garantissant que même si quelqu'un obtient les données chiffrées, il ne peut pas y accéder sans la bonne clé.

En combinant ces deux méthodes, le HSM offre une protection robuste contre l'accès non autorisé aux données.

#Conception du système

Le système HSM est composé de plusieurs composants cruciaux :

1. FPGA : Le dispositif principal qui inclut le PUF et gère l'authentification.
2. Ordinateur à carte unique (SBC) : Comme le Jetson Nano, qui stocke des fichiers chiffrés et effectue le déchiffrement des données une fois l'authentification réussie.
3. Ordinateur : Utilisé pour le processus de chiffrement initial des données.

#Comment ça marche

Le processus commence quand l'ordinateur chiffre des données en utilisant l'algorithme AES. Les fichiers de données chiffrées sont ensuite stockés dans la mémoire du SBC. En même temps, la clé AES (utilisée pour le chiffrement) est protégée en la chiffrant davantage avec l'algorithme RSA.

L'étape suivante consiste à transférer la clé AES chiffrée au FPGA pour l'authentification. Le FPGA vérifie si la clé RSA privée saisie correspond à ses valeurs attendues. Si c'est bon, le déchiffrement se fait sur le SBC.

#Test du HSM

#Test d'unicité

Pour s'assurer que la fonctionnalité PUF fonctionne correctement, une série de tests sont menés. Ces tests mesurent à quel point les réponses du PUF sont uniques lorsqu'on lui pose différents défis. Une valeur d'unicité élevée indique que le PUF génère des réponses différentes pour chaque entrée, garantissant la sécurité.

Les tests montrent une haute valeur d'unicité, ce qui confirme l'efficacité du PUF dans le maintien d'une forte sécurité.

#Test d'intégrité des données

Un autre facteur important est de garantir que les données restent intactes durant les processus de chiffrement et de déchiffrement. Pour cela, des données d'image sont testées avant et après traitement.

Les résultats indiquent que les images restent inchangées en apparence et en taille. Cela assure qu'aucune corruption de données ne se produit, ce qui donne confiance dans les capacités du HSM à protéger les données durant le traitement.

#Test de consommation de temps

L'efficacité temporelle est cruciale pour tout système de sécurité. Des tests sont réalisés pour mesurer combien de temps le HSM met à traiter les données. Différentes tailles de fichiers sont testées pour voir comment le système se comporte sous différentes charges.

Les résultats montrent que le HSM peut traiter de gros fichiers dans un délai raisonnable, ce qui indique qu'il fonctionne bien sous pression, ce qui est vital pour des applications industrielles en temps réel.

#Conclusion

Le HSM développé pour cette étude a montré des résultats prometteurs dans les domaines de la protection des données, de l'efficacité temporelle et de la sécurité globale. Des caractéristiques clés comme l'authentification basée sur PUF et le chiffrement hybride offrent de fortes protections contre les attaques informatiques.

Les travaux futurs peuvent s'appuyer sur cette base, en explorant d'autres améliorations et en intégrant des méthodes de chiffrement plus modernes pour suivre l'évolution des menaces. Ce travail représente une étape importante pour sécuriser des données critiques dans des environnements industriels, répondant aux défis actuels et futurs en matière de cybersécurité.