Chercheur en radiofréquences télécommunication (F/H)

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Les systèmes d'aujourd'hui sont de plus en plus interconnectés. Depuis l'avènement de l'internet des objets (IoT), tout capteur peut être interfacé avec un réseau local ou l'internet. Ce déploiement massif a engendré de nombreux problèmes de sécurité et des solutions associées. La sécurité de la communication peut être assurée grâce à la cryptographie. Cependant, la complexité de la solution ne la rend pas forcément compatible avec des systèmes à très faible coût comme on peut en trouver dans un réseau de capteurs. Une autre faille de sécurité étudiée concerne les attaques matérielles. En effet, l'analyse de canaux secrets, comme l'analyse de l'alimentation électrique, ou les attaques par injection de fautes, comme l'envoi d'impulsions électromagnétiques, peuvent copier le fonctionnement d'un appareil afin d'ajouter un objet tiers dans le réseau ou de le rendre inopérant.

Ces attaques peuvent également perturber la génération des clés de chiffrement des données en s'attaquant au générateur de nombres aléatoires de la puce. Pour les éviter, il est possible de blinder les puces pour éviter tout rayonnement ou d'utiliser des codes correcteurs d'erreurs. Cependant, les solutions sont souvent lourdes à mettre en œuvre dans un appareil IoT.

La thèse fera partie d'un projet européen sur la création d'une puce sécurisée pour les systèmes IoT. L'objectif principal de la thèse est de concevoir un lien sans fil bas débit sans utiliser de composant analogique et d'associer des outils permettant d'identifier un module IoT et de détecter des attaques matérielles en temps réel pendant la communication. Au cours du projet, ces modules seront émulés par des cartes FPGA RF conçues au début du projet.

Le premier objectif du projet sera donc de proposer une liaison sans fil à très bas coût sans composants analogiques utilisant une simple modulation numérique dans les bandes de fréquences ISM en ajoutant simplement une antenne au composant FPGA. Lors d'un précédent travail, notre équipe a montré qu'il était possible d'utiliser des composants FPGA à des fréquences RF (autour de 600 MHz) pour réaliser des liaisons sans fil OOK (On-Off Keying) sur plusieurs mètres à l'aide d'un amplificateur. L'innovation de ce premier objectif réside dans la possibilité d'opérer dans les bandes ISM sans aucun composant analogique (gain de place, de coût, de consommation). Un travail particulier sur le FPGA tel que l'étude des oscillateurs en anneau (RO) utilisés pour la porteuse sera réalisé afin de permettre une montée en fréquence. La liaison sera alors entièrement caractérisée en termes de débit, de portée et de taux d'erreur sur les bits.

Le deuxième objectif est d'ajouter des fonctionnalités permettant d'identifier un module de réseau et de détecter des attaques matérielles sur celui-ci en utilisant la liaison sans fil développée. En effet, les signaux porteurs de communication sont générés par des RO. Ce type de résonateur, utilisé notamment dans les générateurs de nombres aléatoires, a la particularité d'être très sensible aux caractéristiques de la puce : tension de seuil, tension d'alimentation, températures, etc. Deux résonateurs identiques implantés à deux endroits différents d'un FPGA auront donc une fréquence légèrement différente. Cette propriété a été utilisée pour authentifier les FPGA dans le cadre du projet Protect. En utilisant ces RO pour communiquer, dont la fréquence sera spécifique à l'appareil, il est possible de définir un identifiant associé à sa fréquence. Il sera également possible de détecter une attaque en surveillant les variations de fréquence des oscillateurs à la réception car ils sont très sensibles à toute variation de l'environnement. Le module de surveillance sera développé au niveau logique, le plus proche possible du matériel. Plus nous travaillerons à bas niveau, plus nous aurons un contrôle fin sur le système. Nous travaillerons sur le nombre de résonateurs par module pour rendre l'identification et la surveillance aussi fiables que possible.