De nos jours, la sécurité des circuits intégrés est devenue un enjeu primordial pour les industries. Les attaques par injection de fautes font partie des techniques qu’un atta- quant peut utiliser pour corrompre un circuit et récupérer des informations confiden- tielles contenues dans celui-ci. Parmi les attaques envisageables, on retrouve l’attaque par injection de faute électromagnétique.
Des études montrent que l’EMFI induit des fautes dans un circuit, pouvant même déchiffrer une clé cryptographique. Cependant, les effets du champ EM à l’intérieur du circuit sont encore peu compris. Pourtant, la connaissance totale des effets d’une attaque sur un circuit est capitale pour les concepteurs, afin de pouvoir déterminer des contre- mesures. C’est pourquoi, à ce jour, peu de moyens de défenses sont intégrés dans les cir- cuits du commerce pour contrer cette technique d’attaque.
Cette difficulté de compréhension peut se justifier par l’effet du champ EM en lui- même, qui rayonne très largement. En comparaison, un laser va permettre de cibler très précisément une partie du circuit, permettant de savoir exactement ce qui se produit ex- périmentalement. L’attaque EM implique de très nombreux éléments, chacun couplant plus ou moins avec le champ EM et réagissant différemment, complexifiant largement sa compréhension.
De même, le modèle de faute associé à l’EMFI est encore incertain. Il a été montré que le champ EM induit une variation de tension dans le circuit menant à des fautes de contraintes temporelles. Mais, à ce jour, peu de mesures permettent de connaître précisé-
1.7 Contexte et objectifs de la thèse
ment l’amplitude de ces variations de tension induites au cœur du circuit. De plus, de nou- velles analyses ont montré que les variations des temps de propagation induites par l’EMFI étaient très faibles. Ainsi, pour un circuit cadencé avec une horloge basse fré- quence, donc des grandes marges de temps, il paraît compliqué d’induire des fautes avec une impulsion EM. Le modèle de faute d’échantillonnage constate des fautes induites au- tour des fronts montant d’horloge, et ce quelle que soit la fréquence d’horloge et les marges de temps. Ce modèle pourrait expliquer les fautes induites à basse fréquence, mais le phénomène amenant à l’induction de cette faute est encore peu renseigné.
Dans ce contexte, il est donc vital de bien comprendre les phénomènes physiques mis en jeu lorsqu’une puce de silicium est soumise à un champ électromagnétique. Cette compréhension fine des effets physiques peut alors permettre une modélisation et la si- mulation de l’attaque par injection de fautes électromagnétique. Ces simulations pourront ensuite servir à tester la robustesse d’un circuit face à cette attaque, mais également de concevoir des contre-mesures afin d’accroître la sécurité des circuits.
Le premier objectif de ma thèse a donc été de comprendre les interactions phy- siques entre un champ EM et un circuit intégré, dans un premier temps, en déterminant les différents éléments, analogique ou digitaux, du circuit pouvant être vecteur d’une in- jection de faute lorsqu’il est soumis à un champ EM et dans un second temps, en analysant les effets physiques du couplage entre le champ EM et les éléments identifiés dans le cir- cuit.
Le second objectif est de pouvoir modéliser et simuler les effets de l’EMFI. Les ana- lyses serviront ainsi à mettre en place une modélisation électrique complète du phéno- mène amenant à l’induction d’une faute dans un circuit soumis à une impulsion électro- magnétique.
Enfin, les analyses et la modélisation permettront l’élaboration de dispositifs per- mettant de détecter les attaques par injection de fautes EM ou d’améliorer la robustesse d’un circuit face à celles-ci.
Ces objectifs peuvent être résumés en trois questions auxquelles nous tâcherons d’apporter une réponse au cours de cette thèse :
• Quels sont les effets d’une attaque par injection de faute électromagnétique sur un circuit ?
• Comment définir une modélisation de l’effet d’une EMFI sur un circuit ? • Comment protéger un circuit intégré face à une EMFI ?
Chapitre 2 : Modélisation de l’impact de l’EMFI sur l’alimentation d’un circuit intégré
Modélisation de l’impact de
l’EMFI sur l’alimentation d’un circuit in-
tégré
Il existe plusieurs modèles justifiant l'apparition de faute(s) lorsqu'une impulsion EM est produite dans le voisinage d’un CI. Toutefois, ces modèles sont largement basés sur l'intui- tion et manquent de fondements. Dans ce contexte, ce chapitre, et plus largement cette thèse, a pour objectif de modéliser et définir une méthodologie de simulation des EMFIs. Une telle méthodologie facilitera la compréhension des effets du champ EM sur un circuit et devrait permettre de définir des règles de conception permettant de faire face à la menace que cons- tituent les EMFIs et de développer des contremesures efficaces au juste coût.
Ce chapitre décrit une partie de la modélisation et de la méthodologie de simulation : la modélisation et la simulation de l'impact d'une impulsion EM sur les réseaux d'alimen- tation des CIs. Les travaux détaillés dans ce chapitre ont fait l'objet de la soumission d'un article en vue d'une publication dans la revue IEEE Transaction on Computer Aided Design.