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L'authentification par certificats x.509 et smartcard
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## Introduction
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Depuis toujours, l'authentification sur des systèmes informatique est
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principalement régie par l'utilisation du couple identifiant / mot de passe.
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C'est pourtant un facteur d'identification peu fiables : utilisation du même mot
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de passe pour plusieurs - voir tous les - services, mot de passe faible, progrès
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technique rendant leur cassage plus efficaces etc. Dans un communiqué de presse
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du W3C et de l'Alliance FIDO, "les mots de passe volés, faibles ou par défaut
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sont à l'origine de 81% des atteintes à la protection des données".
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Il existe des solution pour pallier cette faiblesse, avec notamment
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l'introduction d'un ou plusieurs autres facteurs d'authentification (TOTP, SMS
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etc.), ou les gestionnaires de mots de passe (keepass, LastPass ...).
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L'authentification par certificats semble être une alternative
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intéressante au traditionnel mot de passe. Nous allons dans ce mémoire étudier
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son fonctionnement, parler de son intégration dans GNU/Linux, parler de sa mise
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en œuvre et tenter d'exposer ses limites.
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## La norme X.509
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La norme X.509 régissant les formats les format pour les certificats à clé
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publique. Elle est définie par l'Union Internationale des Télécommunications et
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établie :
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- Le **format de certificat**
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- La **liste de révocation** des certificats
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- leurs **attributs**
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- un **algorithme de validation de chemin de certificats**
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Contrairement à OpenPGP qui repose sur une toile de confiance, X.509 repose sur
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les autorités de certifications : un tiers de confiance délivre les certificats
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et fournit les moyens de les vérifier.
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Les certificats X.509 sont donc composé de deux éléments : une partie publique
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et une partie privée. Ces certificats peuvent assurer plusieurs rôles
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### PKI - Infrastructure à clefs publiques
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Une infrastructure à clefs publiques est un ensemble d'éléments, qu'ils soient
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humain, matériels ou logiciels, destinés à gérer les clefs publiques des
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utilisateurs d'un système.
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Cette infrastructure est utilisée pour créer, gérer, distribuer et révoquer des
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certificats
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#### La PKI elle va te crypter l'Internet du digital
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Sur Internet, les différentes autorités de certifications assurent les rôles de
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PKI : Elle fournissent l'infrastructure pour gérer les certificats permettant
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le fonctionnement du chiffrement TLS.
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## Une SmartCard?
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Maintenant que nous avons parlé de la norme X.509, nous allons parler de notre
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**startcard**. D'après Wikipedia ([source](l_sc-wiki)) :
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> Une carte à puce est une carte en matière plastique, voire en papier ou en
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> carton, de quelques centimètres de côté et moins d'un millimètre d'épaisseur,
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> portant au moins un circuit intégré capable de contenir de l'information. Le
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> circuit intégré (la puce) peut contenir un microprocesseur capable de traiter
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> cette information, ou être limité à des circuits de mémoire non volatile et,
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> éventuellement, un composant de sécurité (carte mémoire).
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Vous utilisez tous les jours une SmartCard : votre carte SIM, votre carte
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bancaire...
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Les smartcards qui nous intéressent ici contiennent un espace de stockage, un
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microprocesseur et un coprocesseur pour accélérer les opérations
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cryptographiques.
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Comme vous pouvez le voir, il n'y a pas de connexion directe entre les contacts
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et la mémoire. Pour des raisons évidente de sécurité, tout passe par le système
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d'exploitation de la carte. Il en existe une multitude (JavaCard Operating
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System, MULTOS, OpenPGP Card, Gnuk etc.)
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### Création, stockage et utilisation de certificats
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Dans le cas qui nous intéresse, la carte à puce permet de stocker le certificat
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et de l'utiliser. Lors de son utilisation, un code PIN sera demandé, le
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certificat contenu pourra alors être utilisé pour s'authentifier, signer ou
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chiffrer.
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Certaines Smartcard permettent la génération de certificats.
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### Le Web plus accessible aux authentifications par certificats
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Aujourd'hui, l'un des principaux défauts de l'authentification par certificats,
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c'est qu'elle n'est pas déployée largement : seul un petit nombre de services
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l'utilisent.
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Cependant, supporté par le constat que les mots de passe perdent
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en efficacité, le standard WebAuthn (pour Web Authentication) a récemment été
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créé et publiée par le W3C. Ce standard définit une API destinée aux
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navigateurs, aux applications web et aux autres plateformes nécessitant une
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authentification forte basée sur clés publiques.
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Les grands du Web ont déjà ont déjà mit en place le support de WebAuthn sur
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leurs outils : Windows 10, Android, Google Chrome, Mozilla Firefox,
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Microsoft Edge et Safari. L'apparition de ce standard va sans aucun doute
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encourager une adoption plus large de ce type d'authentification.
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## Attaque sur les smartcard
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### Attaques par canal auxiliaire
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Les attaques par canal auxiliaire regroupe les attaques qui tentent d'exploiter
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des failles sur l'implémentation des procédures de sécurité plutôt que sur les
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procédures elles-mêmes. Voici une liste de types d'attaques par canal
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auxiliaire sur lesquels on va s'attarder car elles touchent les smartcard :
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#### Attaque par sondage
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Particulièrement invasive, elle consiste à détériorer suffisamment une puce pour
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avoir un accès physique aux bus et y lire les bits qui y passent. Il est à noter
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que cette attaque est très difficile à mettre en place car elle nécessite du
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matériel de pointe (oscilloscope très précis,
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chronométrage du passage des bits...), de la rigueur et de la précision sur la
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détérioration de la puce, etc.
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#### Analyse de consommation
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En fonction des opérations résolues par un processeur, sa consommation en
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énergie diffère. En étudiant les variations d'énergie utilisée par un lecteur de
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cartes, il est possible de trouver des indices sur la clé privée, sur un
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échantillon suffisant. Aujourd'hui, cette attaque peut être aisément
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contrecarrée en apposant du bruit sur le circuit ou en le blindant.
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#### Analyse d'émanations électromagnétiques
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Semblable à l'Analyse de consommation, à ceci prêt qu'on ne s'attache pas, cette
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fois ci à, l'énergie consommée mais au rayonnement électromagnétique émis par un
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appareil. A l'instar de la consommation en énergie, le rayonnement n'est pas
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le même en fonction des opérations exécutées par le terminal. L'étude du
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rayonnement thermique peut s'apparenter à une analyse d'émanations
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électromagnétiques.
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#### Attaque par faute
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Le principe ici est de provoquer des erreurs pour que le système réagisse de
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manière inhabituelle sur les opérations de chiffrement et laisse des indices
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sur la clé de chiffrement.
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#### Attaque temporelle
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Le temps que met un algorithme à s'exécuter donne parfois des indices sur la
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constitution d'une clé entrée en paramètre dans cet algorithme, comme le nombre
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de bits à 1. A elle seule, cette attaque ne donne pas beaucoup d'informations,
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mais elle peut être combinée avec d'autres attaques pour en augmenter son
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efficacité.
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### Attaques sur les PKI
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Même si elle ne touchent pas directement les smartcard, Il est intéressant de
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parler des attaque sur les infrastructures à clé publiques.
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#### Collision MD5
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Le MD5 (pour Message Digest 5) est un algorithme de hachage cryptographique
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permettant d'obtenir l'empreinte d'un fichier / d'une chaine de caractères. Elle
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a été inventée par Ronald Rivets en 1991 pour succéder à MD4.
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Il doit être considéré comme obsolète depuis 1996, années de découverte d'une
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faille dans l'algorithme ouvrant la voie à des collisions. En 2004 une équipe de
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chercheurs chinois menés par la mathématicienne Wang Xiaoyun [démontre la
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faisabilité][l_md5_2005] d'une collision complète. Mais cette attaque n'est pas
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encore suffisamment sophistiquée pour être utilisée sur un cas concret. Wang,
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Lenstra et de Wegner feront la [démonstration de leur attaque][l_md5_2006] sur
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deux certificats X.509 différents ayant la même signature MD5 en 2006.
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[l_md5_2005]:https://eprint.iacr.org/2004/199.pdf
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[l_md5_2006]:https://www.win.tue.nl/~bdeweger/CollidingCertificates/
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##### Attaque par collision
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Une attaque par collision est menée sur une fonction de hashage cryptographique
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afin trouver deux entrées différentes donnant lieux au même résultat. Comme la
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plupart des fonctions de signature électronique le font sur le hash d'un
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document plutôt que sur le document lui-même. Ainsi s'il est possible de
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produire deux documents avec le même hash, leurs signatures sera strictement
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la même. Il suffit alors d'envoyer à l'autorité de certification le document
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légitime et copier la signature obtenue sur le document frauduleux.
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##### Attaque par collision avec préfixe choisi
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Dans le cadre de certificats, les choses se compliquent un peu : c'est
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l'autorité de certification qui génère le certificat en fonction des
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informations contenues dans le CSR. L'attaquant doit alors manipuler les données
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contenues dans le CSR qu'il envoie et y intégrer des blocs de collision pour
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annuler les différences entre les hashes du certificats obtenu et celui forgé.
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Il va jouer sur le préfixe du CSR, d'où le nom de l'attaque.
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Ce type d'attaque n'est cependant pas aisé, l'attaquant devra anticiper
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certaines informations qui seront intégrées dans le certificat produit par
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l'autorité. Certaines pourront être influencées comme le champ CN, d'autres
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récupérées sur d'autre certificats signés par la même autorité (le contenu des
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champs *issuer* par exemple) et enfin d'autres devront être
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"devinées" [^n_devinees] - numéro de série du certificat et date d'expiration -
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[Une telle attaque a été démontrée][l_md5_2008] en décembre 2008 par une équipe
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de chercheurs menée par Sotirov et Stevens. Ils ont ainsi pu obtenir un
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certificat à même de signer n'importe quel autres certificats et reconnu par les
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principaux navigateurs de l'époque.
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Une technique similaire a été utilisée par le malware *Flame* découvert en 2012.
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Il usurpait une signature de code Microsoft pour se propager au travers de
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Windows Update.
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[l_md5_2008]:https://www.win.tue.nl/hashclash/rogue-ca/
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[^n_devinees]:Prédites serait plus adapté, dans l'attaque menée par Sotirov et
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Stevens, l'équipe de chercheurs a réussi prédire ces deux éléments en étudiant le
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fonctionnement de l'autorité de certification utilisée.
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### Attaque par oracle de padding
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Ce type d'attaque a été mené avec succès sur différents périphériques
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cryptographiques par un équipe de recherche internationale. Leurs travaux a
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donne lieu ã une publication en avril 2012.
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Ils on pu ainsi extraire les clefs privées de la plupart des périphériques
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disponibles sur le marché quel que soit leurs marques.
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#### fonctionnement de cette attaque.
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##### Fonctionnement du chiffrement par bloc
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Avant de rentrer plus en détail dans le fonctionnement de l'attaque par oracle
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de padding, il est nécessaire d'expliquer le fonctionnement du chiffrement par
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bloc. Il exxiste une multitude de chiffrement par bloc, nous resterons sur le
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mode CBC *Cipher Block Chaining*.
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Pour éviter l'apparition de motifs dans le bloc chiffré qui pourrait faciliter
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la création de "dictionnaire de code", le mode *CBC* utilise le précédent bloc
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chiffré pour réaliser une opération booléenne avec le bloc actuel en clair avant
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de le chiffrer. Pour le premier bloc à envoyer, *CBC* utilise un vecteur
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d'initialisation.
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Contrairement au chiffrement de flux, le chiffrement par bloc nécessite une
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taille de donnée définie en entrée. Si les données sont trop importante, il
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faut les découper, sinon on utilisera la technique du padding.
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##### Le padding
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Dans notre exemple, notre bloc doit faire 128 bits mais les données ne
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représente que 104 bits [1]. Nous allons donc rajouter trois octets avec pour
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valeur hexadécimale `0x03` qui représente le nombre d'octets manquant [2].
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## Bibliographie
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Stéphane Bortzmeyer *[RFC 5280: Internet X.509 Public Key Infrastructure
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Certificate and Certificate Revocation List (CRL)
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|
Profile](https://www.bortzmeyer.org/5280.html)*
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|
Ivan Ristić *[BulletProof SSL and TLS](https://www.feistyduck.com/books/bulletproof-ssl-and-tls)*
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|
Pixis *[Padding oracle](https://beta.hackndo.com/padding-oracle/)*
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|
Romain Bardou, Riccardo Focardi, Yusuke Kawamoto, Lorenzo Simionato, Graham Steel, et al..
|
|
*Efficient Padding Oracle Attacks on Cryptographic Hardware.* [Research Report] RR-7944, 2012,
|
|
pp.19. <hal-00691958v2>
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|
Marc Zaffagni *[CNETfrance.fr : Vers la fin des mots de passe ? WebAuthn est
|
|
désormais un standard du web](https://www.cnetfrance.fr/news/vers-la-fin-des-mots-de-passe-webauthn-est-desormais-un-standard-du-web-39881531.htm)*
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|
W3C *[Web Authentication: An API for accessing Public Key Credentials](https://www.w3.org/TR/webauthn)*
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|
Wikipedia *[Attaque de collisions](https://fr.wikipedia.org/wiki/Attaque_de_collisions)*,
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|
*[Attaque par canal auxiliaire](https://fr.wikipedia.org/wiki/Attaque_par_canal_auxiliaire)*
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