Security Verification of Protocol Implementation

En ce qui concerne le développement des technologies informatique, les systèmes et les réseaux informatiques sont intensément utilisés dans la vie quotidienne. Ces systèmes sont responsables de nombreuses tâches essentielles pour notre communauté sociale (par exemple, système de traitement médical, E-Commerce, Système d'avion, système de vaisseau spatial, etc.). Quand ces systèmes cessent de fonctionner ou sont corrompus, les pertes économiques peuvent atteindre des sommes inacceptables. Pour éviter ces situations, les systèmes doivent être sécurisés avant leur installation. Alors que la plupart de ces systèmes sont mis en œuvre à partir de spécifications des protocoles, les problèmes de vérification de la sécurité de systèmes concrets renvient à vérifier la sécurité de l'implémentation de ces protocoles. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les méthodes de vérification de la sécurité des implémentations des protocoles et nous sommes intéressés à deux principaux types d'attaques sur les réseaux : Déni de service (DoS) et attaque de Protocol d’authentification. Nous étudions les caractéristiques de ces attaques et les méthodes de vérification formelles. Puis nous proposons modèle étendu de IOLTS et les algorithmes correspondants à la génération de les cas de test pour la vérification de sécurité automatique. Afin d'éviter les explosions d'état possibles, nous formalisons également les expériences de sécurité du testeur comme le « Objectif de Sécurité » pour contrôler la génération de test sur la volée. Parallèlement, une méthode d'analyse basée sur le modèle pour la Systèmes de Détection d'intrusion Anomalie (Anomaly IDS) est également proposée dans cette thèse, ce qui peut améliorer les capacités de détecter des anomalies de l'IDS. Ces méthodes de vérification proposées sont mises en évidence par l'étude de RADIUS protocole et un outil intégré de graphique est également proposé pour facilement les opérations de la génération de test.Regarding the development of computer technologies, computer systems have been deeply used in our daily life. Those systems have become the foundation of our modern information society. Some of them even take responsibilities for many essential and sensitive tasks (e.g., Medical Treatment System, E-Commerce, Airplane System, Spaceship System, etc.). Once those systems are executed with problems, the loss on the economy may reach an unacceptable number. In order to avoid these disappointing situations, the security of the current systems needs to be verified before their installations. While, most of the systems are implemented from protocol specifications, the problems of verifying the security of concrete system can be transformed to verify the security of protocol implementation. In this thesis, we focus on the security verification methods of protocol implementations and we are interested with two main types of network attacks: Denis-of-Services (DoS) attacks and Protocol Authentication attacks. We investigate the features of these attacks and the existed formal verification methods and propose two extended models of IOLTS and the corresponding algorithms to generate the security verification test cases automatically. In order to avoid the possible state explosions, we also formalize the security experiences of the tester as Security Objective to control the test generation on-the-fly. Meanwhile, a modeled based Anomaly Intrusion Detection Systems (IDS) analysis method is also proposed in this thesis, which can enhance the detect abilities of Anomaly IDS. These proposed verification methods are demonstrated with the case study of RADIUS protocol and an integrated GUI tool is also proposed to simply the operations of test generation