Adaptive and energy efficient security in the internet of things

La sécurité des circuits intégrés pour l’IoT est généralement incompatible avec la faible consommation énergétique attendue de ces circuits. Cette thèse a donc pour but de proposer de nouvelles manières de concilier sécurité et efficacité énergétique pour les circuits intégrés.Dans un premier temps, la sécurisation d’un mécanisme de gestion de l’énergie est étudiée. Les radios de réveil permettent de gérer la sortie de veille d’objets connectés, en réveillant un tel objet lors de la réception d’un code de réveil spécifique, mais elles sont vulnérables aux attaques par déni de sommeil, qui consistent à réveiller constamment l’objet en répétant un même code de réveil de sorte à vider sa batterie. Une nouvelle manière de générer des codes de réveils est proposée, qui permet de contrer efficacement ces attaques avec un coût négligeable en énergie.Dans un second temps, l’efficacité énergétique des contre-mesures contre les attaques matérielles est améliorée à travers deux approches différentes. Une nouvelle contre-mesure mixte, ayant une consommation énergétique plus faible que les protections mixtes existantes, est proposée ; elle consiste en un lissage algorithmique de la consommation offrant une détection intrinsèque des fautes. L’implémentation adaptative de contre-mesures matérielles est également proposée ; elle consiste à moduler le niveau de protection fourni par ces contre-mesures au cours du fonctionnement d’un algorithme protégé, afin d’optimiser la sécurité et la consommation énergétique. Une évaluation de la sécurité des contre-mesures montre qu’elles fournissent une protection efficace contre les attaques matérielles existantes.The goal of this work is to propose new methods that provide both a high security and a high energy efficiency for integrated circuits for the IoT.On the one side, we study the security of a mechanism dedicated to energy management. Wake-up radios trigger the wake-up of integrated circuits upon receipt of specific wake-up tokens, but they are vulnerable to denial-of-sleep attacks, during which an attacker replays such a token indefinitely to wake-up a circuit and deplete its battery. We propose a new method to generate unpredictable wake-up tokens at each wake-up, which efficiently prevents these attacks at the cost of a negligible energy overhead.On the other side, we improve on the energy efficiency of hardware countermeasures against fault and side-channel attacks, with two different approaches. First, we present a new combined countermeasure, which increases by four times the power consumption compared to an unprotected implementation, introduces no performance overhead, and requires less than 8 bits of randomness. Therefore, it has a lower energy overhead than existing combined protections. It consists in an algorithm-level power balancing that inherently detects faults. Then, we propose an adaptive implementation of hardware countermeasures, which consists in applying or removing these countermeasures on demand, during the execution of the protected algorithm, in order to tune the security level and the energy consumption. A security evaluation of all the proposed countermeasures indicates that they provide an efficient protection against existing hardware attacks