Contributions à la sécurité dans les réseaux de capteurs sans fil

Abstract

Les avancées technologiques dans les noeuds de capteurs sans fil et l'apparition de la notion de l'Internet des objets (IoT) ont renforcé l'intérêt pour les réseaux de capteurs sans fil (RCSF), comme l'un des éléments de base sur lesquels s'appuie l'IoT. Cependant, la sécurité des données échangées entre les noeuds, qui sont sensibles à plusieurs types d'attaques, reste l'un des défis auxquels sont confrontés les RCSFs. Le but de cette thèse est de concevoir et de mettre en oeuvre, dans un circuit FPGA, un noeud de capteur sans fil avec des coprocesseurs intégrés personnalisés pour sécuriser et surtout accélérer les opérations de transfert de données et d'échange de clés. Ces coprocesseurs nous permettent d'établir une communication sécurisée en utilisant la cryptographie symétrique et asymétrique. De plus, nous implémentons un protocole d'échange de clés fiable, pour authentifier un nouveau noeud avant de partager la clé de chiffrement symétrique avec lui. Cet échange de clés est basé sur le protocole Diffie_Hellman, et amélioré avec un mécanisme de défense léger contre les attaques de l'homme du milieu (MITM). Les coprocesseurs de sécurité mis en oeuvre sont: le coprocesseur AES-128 qui effectue la norme de chiffrement avancé pour effectuer la cryptographie symétrique; le coprocesseur ECC-163 qui effectue la cryptographie à courbe elliptique pour effectuer les opérations de base des courbes elliptiques pour la cryptographie asymétrique; et le coprocesseur SHA-256 pour un algorithme de fonction de hachage qui peut être utilisée pour la signature numérique, l'authentification et la génération de clés aléatoires. Tous ces coprocesseurs sont supervisés par le processeur soft-core MicroBlaze. L'implémentation matérielle de ces algorithmes réduit leurs temps d'exécution, ce qui nous permet de diminuer le temps nécessaire pour effectuer le protocole d'échange de clés Diffie_Hellman à moins de 12 ms et d'effectuer notre protocole amélioré en environ 35 ms. Le noeud sans fil développé est équipé du module émetteur-récepteur nRF24L01+ 2,4 GHz, implémenté et testé dans un FPGA Artix-7 XC7A35T avec une consommation maximale de ressources inférieure à 55%.