Evaluation quantitative de la sécurité informatique : approche par les vulnérabilités

This thesis presents a new approach for quantitative security evaluation for computer systems. The main objective of this work is to define and evaluate several quantitative measures. These measures are probabilistic and aim at quantifying the environment influence on the computer system security considering vulnerabilities. Initially, we identified the three factors that have a high influence on system state: 1) the vulnerability life cycle, 2) the attacker behaviour and 3) the administrator behaviour. We studied these three factors and their interdependencies and distinguished two main scenarios based on nature of vulnerability discovery, i.e. malicious or non malicious. This step allowed us to identify the different states of the system considering the vulnerability exploitation process and to define four measures relating to the states of the system: vulnerable, exposed, compromised, patched and secure. To evaluate these measures, we modelled the process of system compromising by vulnerability exploitation. Afterwards, we characterized the vulnerability life cycle events quantitatively, using real data from a vulnerability database, in order to assign realistic values to the parameters of the models. The simulation of these models enabled to obtain the values of the four measures we had defined. Finally, we studied how to extend the modelling to consider several vulnerabilities. So, this approach allows the evaluation of measures quantifying the influences of several factors on the system security.Cette thèse présente une nouvelle approche pour l'évaluation quantitative de la sécurité des systèmes informatiques. L'objectif de ces travaux est de définir et d'évaluer plusieurs mesures quantitatives. Ces mesures sont des mesures probabilistes visant à quantifier les influences de l'environnement sur un système informatique en présence de vulnérabilités. Dans un premier temps, nous avons identifié les trois facteurs ayant une influence importante sur l'état du système : 1) le cycle de vie de la vulnérabilité, 2) le comportement de la population des attaquants et 3) le comportement de l'administrateur du système. Nous avons étudié ces trois facteurs et leurs interdépendances et distingué ainsi deux scénarios principaux, basés sur la nature de la découverte de la vulnérabilité, malveillante ou non. Cette étape nous a permis d'identifier les états possibles du système en considérant le processus d'exploitation de la vulnérabilité et de définir quatre mesures relatives à l'état du système qui peut être vulnérable, exposé, compromis, corrigé ou sûr. Afin d'évaluer ces mesures, nous avons modélisé ce processus de compromission. Par la suite, nous avons caractérisé de manière quantitative les événements du cycle de vie de la vulnérabilité à partir de données réelles issues d'une base de données de vulnérabilités pour paramétrer nos modèles de manière réaliste. La simulation de ces modèles a permis d'obtenir les valeurs des mesures définies. Enfin, nous avons étudié la manière d'étendre le modèle à plusieurs vulnérabilités. Ainsi, cette approche a permis l'évaluation de mesures quantifiant les influences de différents facteurs sur la sécurité du système