Sécurisation de programmes assembleur face aux attaques

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THÈSE DE DOCTORAT DE
l’UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE
Spécialité
Informatique
École doctorale Informatique, Télécommunications et Électronique (Paris)
Présentée par
Nicolas MORO
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR de l’UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE
Sujet de la thèse :
Sécurisation de programmes assembleur face aux attaques
visant les processeurs embarqués
Soutenue à Paris le 13 novembre 2014
M. Pascal BERTHOMÉ Rapporteur INSA Centre Val de Loire, Bourges
M. Jean-Louis LANET Rapporteur INRIA, Rennes
M. Jean-Claude BAJARD Examinateur UPMC, Paris
M. Christophe GIRAUD Examinateur Oberthur Technologies, Bordeaux
M. Sylvain GUILLEY Examinateur Telecom ParisTech, Paris
M. Jean-François LALANDE Examinateur INSA Centre Val de Loire, Bourges
M. Pascal PAILLIER Invité CryptoExperts, Paris
Mme Emmanuelle ENCRENAZ Directrice UPMC, Paris
M. Bruno ROBISSON Co-directeur CEA, Gardanne
Mme Karine HEYDEMANN Encadrante UPMC, Paris

Remerciements
Le lecteur averti aura noté un nombre anormalement élevé de logos en première
page, et pourrait se demander pourquoi tant d’encre couleur a été utilisée. Si ce
même lecteur effectue une recherche sur Internet et tombe sur mon CV, il risque de
se poser quelques questions. . . une thèse CEA à Gardanne, dans une équipe d’abord
rattachée au LETI de Grenoble, puis ensuite rattachée à la division CEA-Tech PACA
de Cadarache, tout en étant inscrit comme étudiant de l’Université Pierre et Marie
Curie à Paris et pour au final travailler à l’École des Mines de Saint-Étienne. . . mais
pas à Saint-Étienne. La quintessence de la complexité administrative à la française !
Mais concrètement, j’ai passé le plus clair de mon temps à Gardanne et ce manuscrit
de thèse représente l’aboutissement de 6 années passées (dont 3 comme élève-
ingénieur) sur le site Georges Charpak de l’École des Mines de Saint-Étienne, à
Gardanne.
Après cet avant-propos nécessaire pour clarifier un peu ma situation, je souhaiterais
tout d’abord remercier Pascal Berthomé et Jean-Louis Lanet pour avoir accepté d’être
rapporteurs pour ce travail de thèse. Un grand merci également à Jean-Claude Bajard,
Christophe Giraud, Sylvain Guilley, Jean-François Lalande et Pascal Paillier pour avoir
accepté de faire partie de mon jury de thèse. J’adresse également mes remerciements
à Jean-Luc Danger et Franck Wajsbürt, qui avaient bien généreusement accepté
d’être les membres de mon jury d’évaluation de mi-thèse.
Ensuite, je souhaiterais bien évidemment remercier tous ceux qui, par leur soutien,
ont contribué à la réussite de cette thèse. En premier lieu, je pense en particulier à
Bruno Robisson, qui m’a accompagné au quotidien pour mes travaux pendant ces
3 années, ainsi qu’Emmanuelle Encrenaz qui, malgré la distance, a toujours assuré
un excellent suivi de mes travaux et m’a beaucoup aidé notamment pour tout ce
qui concerne la vérification formelle. Je les remercie tous deux pour la confiance
qu’ils m’ont accordée et pour avoir dirigé mes travaux pendant ces trois années.
Un remerciement spécial va à Karine Heydemann, qui a également encadré cette
thèse pendant les deux dernières années, avec qui j’ai beaucoup apprécié travailler et
pour qui l’art de la compilation ou la transformation de code assembleur n’ont plus
de secrets, en plus d’être au moins aussi perfectionniste que moi dans la rédaction
d’articles. Je souhaite par ailleurs remercier également Bruno, Emmanuelle et Karine
pour leurs relectures attentives des différentes versions de ce manuscrit et sans
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qui celui-ci serait de bien moindre qualité. Un autre remerciement très spécial va
à Amine Dehbaoui, avec qui j’ai également beaucoup apprécié travailler et qui a
été pendant près de deux ans mon co-encadrant de facto, grand virtuose du banc
d’injection électromagnétique qui connaît à peu près tout ce qui va du silicium au
buffer overflow.
Je remercie également tous ceux qui ont partagé mon quotidien pendant ces années,
qui ont partagé une bière au Tibbar avec moi ou m’ont écouté leur parler longuement
de ma vision de l’organisation de l’école ou encore des plans machiavéliques de l’as-
sociation des anciens. Ce sont d’autres thésards, d’anciens professeurs, des stagiaires,
et plus généralement des personnes qui ont contribué à rendre fort sympathique le
quotidien à l’école. Je pense notamment à Olivier Vallier, Guillaume Reymond (qui a
la réponse à toutes les questions du type "Comment on fait pour faire proprement
. . . ?"), Jacques Fournier, Jean-Max Dutertre, Driss Aboulkassimi, Amir-Pasha Mir-
baha, Jean-Pierre Nikolovski, Philippe Maurine, Laurent Freund, Jérôme Quartana,
Anne-Lise Ribotta, Jean-Baptiste Rigaud (quand il est énervé, on entend la marche
impériale), Romain Wacquez, Kamil Gomina, Alexandre Sarafianos, Cyril Roscian,
Florian Praden (alias JJ, un danger perpétuel pour tout système sécurisé qui tombe
entre ses mains), Franck Courbon (comme quoi on peut être thésard et bien habillé),
Stéphan De Castro, Sébastien Tiran (qui m’impressionne par sa zénitude face aux dé-
bats de ses voisins de bureau), Yanis Linge, Maxime Lecomte (un Breton pas chauvin,
si, ça existe), Nicolas Borrel, Clément Champeix, Alexis Krakovinski, Serge Seyroles,
Thierry Vaschalde, Claire Pechikoff, Loïc Lauro, Romain Ferrand, Marie Paindavoine,
Jean-Yves Zie, Victor Murillo, Assia Tria, Marc Ferro (mon adversaire de baby-foot
préféré), Cassandre Vuillaume, Scherrine Tria, Eloise Bihar, Manuelle Bongo, Pierre
Leleux, David Elbaze, David Cambon, Thomas Lonjaret, Sylvain Blayac, Clément
Talagrand, Henda Basti, Etienne Drahi, Mathieu Leroux, Thierry Camilloni, Oussama
Benzaim, Cyril Calmes, Roger Delattre, Jean-Michel Li, Philippe Lalevée, Bénédicte
Franceschi, Catherine Dessi, Christian Buatois, François Jaujard, Pascal Gelly, Ka-
rine Canivet, Michel Fiocchi, Véronique Villaréal, Georges Loubière, Jean-Michel
Li, Nabil Absi, Dominique Feillet, Claude Yugma, Stéphane Dauzère-Pérès, Hervé
Jacquemin, Jakey Blue, Gracien Counot, Manon Leoni, Florent Bitschÿ, Sabine Sal-
meron, Richard Lagaize, Michelle Gillet, Thierry Ricordeau, Phillipe Caillouet, Pierre
Joubert. . . et j’en oublie très certainement ! Et bien entendu, il n’y avait pas que des
thésards ou des professeurs dans cette école : il y avait aussi des élèves-ingénieurs.
Je pense notamment à Stéphane Collot, Bertrand Rossignol, Erwan Henry, Laurent
Legrigeois, Charles Nguyen, Geoffrey Walter, Mikael Marin, Ludovic Lourenço, Kévin
Arth, Vincent Caravéo, Loïc Bois, Franck Valdenaire, Margaux Raffoul, Umar Saleem,
Louiza Khati, Eleonore Hardy, . . .bref, à tous ceux avec qui j’ai pris beaucoup de
plaisir à refaire le monde au Tibbar tous les jeudis soirs pendant deux ans (et j’en
oublie encore !). Parmi les personnages marquants de ces six années passées à l’école,
je me dois également de remercier Bernard Dhalluin, qui m’a fourni de précieux
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conseils sur le monde de la recherche alors que j’étais encore élève-ingénieur et avec
qui j’ai beaucoup aimé collaborer dans le cadre de l’association des anciens, ainsi
que Jean-Paul Ramond également pour ses conseils sur la thèse et en partie grâce
à qui j’ai pu effectuer mon stage de dernière année d’école à Taïwan. Cette thèse
aurait également été bien plus difficile sans d’abord Bénédicte Messina, puis ensuite
Patricia Murrisch, qui m’ont aidé à m’y retrouver dans les strates administratives
plus que nombreuses du CEA et qui ont toujours fait preuve d’une grande patience
face à mes appels au secours ou mes formulaires mal remplis.
Un remerciement spécial également à Hélène Le Bouder et Ronan Lashermes (nos
deux Bretons un peu chauvins sur les bords) ainsi qu’à Thomas Sarno (mon grand
adversaire de débats idéologiques sur à peu près tous les sujets), Marc Lacruche
(ouais ouais ouais) et Ingrid Exurville (championne du monde du macaron au
caramel et beurre salé). Ah, et j’allais justement oublier Patrick Haddad, notre
fournisseur officiel de saucissons et de petits coussins lyonnais ! Je tiens également
à remercier tous les proches et amis qui n’étaient pas présents au quotidien mais à
qui j’ai tellement parlé de ce fameux quotidien que c’est un peu comme si finalement
ils y avaient été. Je pense en particulier à Adrien, Pierre-Yves, Béné, Gaby, Laure,
Sophie, . . . mais là, si je dois tous les lister ça risque de prendre encore plusieurs
pages.
J’aimerais également remercier tout particulièrement les membres de ma famille,
pour m’avoir toujours accompagné et soutenu pendant toutes ces années d’études
supérieures et qui m’ont toujours permis de suivre la voie que je désirais. Je pense
bien évidemment tout particulièrement à mes parents et mes deux frères Arnaud et
Mr Big, ainsi que mes grand-parents et ma grand-mère, toutes ces personnes à qui je
dois beaucoup et sans qui je ne serais pas là où j’en suis aujourd’hui.
Enfin, mes tous derniers remerciements ne peuvent qu’aller à Loïc et Yuting. Pendant
ces trois années de thèse, Loïc a occupé à la fois les casquettes de co-thésard, voisin
de bureau, colocataire et bien entendu interlocuteur privilégié pour refaire le monde
(avec quand même une petite touche de mauvaise foi quant au tapis de la salle
de bains). . . bref, heureusement qu’il était là ! Et Yuting, bien évidemment, que je
remercie pour son soutien pendant toutes ces années, d’abord depuis Taïwan puis
directement en France. Je sais que ces années de thèse auraient été beaucoup plus
difficiles si elle n’avait pas été là. Et maintenant que la thèse est finie, comme elle
me dit si souvent. . . « Il faut travailler le Chinois ! »
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