Optimizations of side-channel attacks

L’ère numérique d’aujourd’hui relie tous les objets entre eux grâce à l’Internet des objets (IoT). Cela conduit à une omniprésence des systèmes embarqués, qui sont dotés de protocoles cryptographiques. Néanmoins, les implémentations de ces protocoles, entraînent des fuites d’informations sensibles pendant leur exécution. Les attaques par canaux auxiliaires (SCA) est un domaine dont l’objectif est l’analyse de ces fuites d’informations, afin de récupérer les paramètres secrets des protocoles.En fonction des habilités de l’adversaire, l’attaque optimale est soit l’analyse par corrélation de la consommation (CPA), Analyse par information mutuelle (MIA), Analyse par Régression Linéaire (LRA) ou les attaques Template (TA). Une première contribution de cette thèse est l’introduction d’une nouvelle stratégie pour améliorer le taux de succès de la CPA à messages choisis.Au lieu de mener une SCA directement sur les traces brutes, on peut la mener en utilisant les traces regroupées par la valeur du message et moyennées. En utilisant cette approche dite par coalescence, on peut réduire considérablement la complexité des SCA. Cela est asymptotiquement sans perte d’efficacité.En utilisant la Transformée de Walsh-Hadamard, on peut accélérer la CPA d’une complexité quadratique à une complexité quasi-linéaire, sous certaines conditions. Dans cette thèse, nous généralisons d’abord l’utilisation de cette approche spectrale dans la CPA. Par la suite, en utilisant à la fois le principe de coalescence, l’approche spectrale et d’autres optimisations, nous fournissons plusieurs améliorations de la complexité d’implémentation des attaques CPA, LRA et TA.Today’s digital era connects everything in between through the Internet of Things (IoT). That leads to an omnipresence of embedded systems endowed with cryptographic protocols. Nevertheless, cryptographic protocol implementations leak sensitive information during their execution. The field of Side-channel attacks (SCA) aims to analyze this leaked information, in order to recover the secret parameters of the protocols.As stated in the SCA literature, according to the adversary abilities (knowing or not the leakage model of the device, having or not a copy of this target device . . . ) the optimal attack is either the Correlation Power Analysis (CPA), Mutual Information Analysis (MIA), Linear regression Analysis (LRA) or the Template attacks (TA). A first contribution of this thesis is the introduction of a new chosen message strategy to improve the CPA success rate.Instead of carrying out an SCA straightforwardly on the rough traces, one can carry it out using the averaged leakage per message value. Using this coalescence one can reduce significantly the SCAs’ complexities, while these attacks with and without coalescence are asymptotically equivalent (which is proven in the current thesis, for the first time).Using the Walsh-Hadamard Transform (WHT), one can speed up the correlation power analysis (CPA) from a quadratic to a quasi-linear complexity, under certain conditions. In this thesis we first generalize the use of this spectral approach for any situation. Consequently, using both of the coalescence principal, the spectral approach, and others optimizations, we provide several improvements of the implementation complexity in both of CPA, LRA and the Template attacks