Principes de sécurité OT

Démonstration de sécurité d'un contrôle d'accès d'atelier

On nous demande généralement si « c'est chiffré ». La question est légitime, mais elle ne suffit pas car il y a de nombreux mécanismes pour mettre en défaut une installation de contrôle d'accès des équipements électriques.

Cet article procède donc d'abord par une affirmation assez précise de ce que nous faisons pour sécuriser l'ensemble du procédé, décrit contre qui la solution est censée tenir, puis passe en revue les manières concrètes de faire démarrer une machine sans en avoir le droit.

L'affirmation initiale

Voici ce que nous vendons avec la première solution développée par Ops-Devices dans le contexte de machines à allumer ou couper selon les utilisateurs autorisés :

Aucune mise sous tension d'un équipement protégé ne peut avoir lieu sans qu'un badge enrôlé soit présent et tant qu'il reste sur place, tout en veillant que son porteur agisse dans le créneau qui lui a été accordé, sur les machines autorisées, et que l'organe de coupure soit intègre et joignable. Toute tentative, réussie ou non, doit laisser une trace datée à l'heure de l'atelier.

Le dispositif concerné

Quatre machines dans une pièce, aucune intervention de modification sur les équipements protégés : un badge radio porté par l'intervenant, un boîtier de décision autonome à portée de la zone, un module de tête en armoire qui alimente et mesure chacune des voies, quatre prises pilotées sur l'alimentation des machines, et l'application mobile du responsable qui fait la navette entre la salle machine et les bureaux (pour garder un lien quotidien avec le serveur d'administration par exemple).

Le boîtier n'a aucun accès réseau. Toute décision est prise localement, ce qui a une conséquence directe sur la démonstration : couper Internet ne change strictement rien au comportement du dispositif, mais par conséquent les alertes sont restreintes au local technique. Il faut donc que les règles d'accès soient bien appliquées, et parfois même très strictes si aucune confirmation d'un responsable ne peut être donnée à distance.

L'adversaire contre lequel elle est faite

Nous nous plaçons ici face à quelqu'un qui a un accès physique légitime ou toléré à la zone : sous-traitant, intérimaire, prestataire, visiteur laissé seul. Il dispose d'outils courants et de quelques minutes, et sa motivation est la commodité : mettre en route une machine et passer à autre chose, quite à contourner une procédure jugée lourde, pour gagner du temps.

Nous ne nous plaçons pas face à un adversaire qui monterait un relais radio, clonerait une annonce après l'avoir analysée, ou substituerait un module par un clone matériel. Ces menaces sont réelles, elles relèvent d'un autre budget et d'un autre dispositif que nous avons conçu, et elles feront l'objet d'un second article.

Le socle : trois frontières et une position de repli

L'affirmation ci-dessus repose donc sur trois frontières distinctes, dont aucune ne peut couvrir le travail des deux autres, et sur un comportement par défaut qui rend chaque défaillance inoffensive.

On fait souvent le parallèle avec les détrompeurs sur les prises des onduleurs : tout admin système a fait la chasse aux collègues qui branchent une machine à café ou leur batterie de vélo sur les prises rouges, parce que "de toute façon on a nos priorités". Nous remplaçons donc les détrompeurs en plastique par des équipements qu'on ne pourra pas bypasser : fini la tige du stylo bic ! mais surtout, fini la production qui s'arrête, les heures d'usinage ou d'impression 3D perdues, les serveurs éteints qui n'enregistrent plus les expériences en cours, etc..

La position de repli est le refus. Les prises sont coupées tant qu'une décision positive n'a pas été prise, et non l'inverse. Panne du boîtier, perte de liaison, badge illisible, planning absent, radio brouillée : chacun de ces cas ramène au même état éteint.

Ce choix a un coût d'exploitation réel : il faut que le dispositif fonctionne pour que la production tourne, et nous l'assumons, parce qu'un contrôle d'accès qui échoue en position ouverte n'est pas un contrôle dégradé mais une absence de contrôle avec un voyant vert. La sécurité est donc physique (débrancher un câble, intervertir deux appareils, leurrer les capteurs) avant même de parler de protocoles.

La démonstration, attaque par attaque

1. Se présenter devant la machine et appuyer sur le bouton

L'attaque. La plus fréquente, et de loin. Personne ne pirate quoi que ce soit : on se met devant une prise connectée et on appuie sur l'interrupteur. Forcément, on pensait tout piloter à distance mais même sur un matériel premier prix, il y a toujours une alternative physique.

Ce qui s'y oppose. Le bouton physique des prises que nous recommandons est désolidarisé du relais par configuration. L'appui ne commande plus la sortie ; seule la couche de décision peut mettre sous tension. C'était simple mais nécessaire, et ça justifie d'y mettre 30 € au lieu de 10.

Pourquoi cela tient. Parce que le lien entre le bouton et le relais n'existe plus dans le firmware de la prise - sur lequel on a gardé la main, et non pas juste parce qu'une règle logicielle le refuserait après coup. Il n'y a rien à contourner : la fonction a disparu. Sans ce réglage, tout le reste du dispositif serait décoratif, puisque n'importe qui debout devant la prise reprendrait la main sur l'équipement.

Ce qui reste. Une remise à zéro d'usine du module rétablirait son comportement d'origine. Elle exige un accès physique prolongé et se signale d'elle-même — le module réapparaît sous son identité par défaut et cesse de répondre au boîtier, ce qui déclenche le mécanisme décrit au point 3 (on a un second rempart !).

2. Débrancher la prise et rebrancher la machine ailleurs

L'attaque. La parade du bon sens, et celle que nous voyons le plus souvent oubliée dans les dispositifs concurrents : puisque la prise refuse, on la retire. Et la solution n'est pas d'ajouter de la colle.

Ce qui s'y oppose. Chaque prise est alimentée par une voie du module de tête, dans l'armoire électrique. Si le boîtier perd la liaison avec une prise pendant plusieurs cycles consécutifs, il coupe la voie qui l'alimentait et inscrit l'événement au journal comme critique. Mais seulement après avoir tenté de la retrouver, pour ne pas réagir à une simple gêne radio : on a sélectionné des composants fiables mais abordables, le but étant de pouvoir passer à l'échelle et équiper toutes les prises.

Pourquoi cela tient. Parce que la coupure se produit en amont de l'organe retiré, donc à un endroit que l'attaquant n'a pas en main lorsqu'il manipule la prise. Le contournement le plus simple se paie par une coupure et laisse une trace.

Ce qui reste. D'abord, la protection ne couvre que ce qui est alimenté par le module de tête : brancher la machine sur une prise murale située hors du périmètre sort du dispositif, et relève de l'installation électrique, pas du contrôle d'accès.

3. Rejouer un ordre capturé

L'attaque. Enregistrer les échanges radio pendant qu'un porteur légitime obtient l'accès, puis les rejouer plus tard pour obtenir le même effet. C'est l'attaque classique contre tout dispositif qui se contente de chiffrer. Il y a encore deux ans, c'était un contournement lourd nécessitant des connaissances. Depuis la diffusion des Flipper Zero et autres dispositifs, même votre grand-mère pourrait apprendre à le faire.

Ce qui s'y oppose. Quand l'application se connecte au boîtier, celui-ci tire un aléa de trente-deux octets et attend en retour une attestation signée par l'autorité, accompagnée de la signature de cet aléa par la clé de l'appareil. L'aléa est consommé quoi qu'il arrive, que la tentative réussisse ou échoue. C'est notre contribution spécifique, cela n'existait pas dans les équipements sur étagère.

Trois contrôles complètent la vérification des mises à jour de droits : une mise à jour destinée à un autre boîtier est refusée ; une mise à jour dont le numéro de séquence n'est pas supérieur au dernier appliqué est ignorée ; et la liste des porteurs autorisés est remplacée intégralement, jamais fusionnée.

Pourquoi cela tient. Parce que le rejeu ne devient pas seulement inefficace, il devient impossible à répéter et il est détectable : chaque tentative brûle l'aléa en cours, et chaque paquet ancien se heurte à une séquence qui ne recule pas. Sans le remplacement intégral, un attaquant pourrait rejouer un ancien paquet pour ressusciter un porteur révoqué : c'est précisément la faille que ferme ce détail d'apparence anodine.

Le refus est par ailleurs motivé : le boîtier répond en nommant la raison : aléa absent, autorité non reconnue, preuve de possession invalide, attestation périmée, porteur hors liste, de sorte qu'un rejet se distingue d'une panne, dans le journal comme sur l'écran du superviseur. On a également mis au point un code couleur qui permet en entrant dans une salle de voir d'un seul coup d'oeil ce qui est coupé, ce qui est actif et ce qui a été trafiqué.

4. Se faire passer pour l'autorité

L'attaque. Fabriquer une fausse mise à jour de droits pour s'ajouter à la liste des porteurs autorisés, ou pour élargir un créneau.

Ce qui s'y oppose. Le boîtier vérifie la signature de l'autorité avec une clé publique inscrite dans son firmware, que le porteur du message ne peut ni fournir ni remplacer. La vérification porte sur les octets exactement tels qu'ils ont été reçus, avant toute interprétation.

Pourquoi cela tient. L'ordre des opérations n'est pas un détail : vérifier les octets reçus puis les analyser, plutôt que l'inverse, élimine toute une classe de failles où l'écriture du message diffère d'un octet de ce qui a été signé. Falsifier le contenu casse la signature, sans exception.

Quant à l'ancrage de la clé dans le firmware, il impose une mise à jour logicielle pour en changer. C'est un inconvénient que nous préférons largement au risque de voir un attaquant remplacer l'autorité elle-même. Les dispositifs d'OTA (over-the-air) sans avoir à ouvrir le Cube ou ses satellites est désormais très accessibles pour un grand nombre d'équipements, et nous sélectionnons toujours des composants sur lesquels les principes de cybersécurité IT sont applicables, afin de se concentrer sur le spécifique OT.

Ce qui reste. Cet ancrage ne vaut que si l'on ne peut pas reprogrammer le composant. Le verrouillage matériel du démarrage et le chiffrement de la mémoire de programme sont donc la suite logique de cette mesure.

5. Faire croire que la vérification fonctionne

L'attaque. Elle n'est pas menée par un adversaire, et c'est ce qui la rend redoutable : une vérification cryptographique en panne est silencieuse. Soit elle refuse tout, ce qui se remarque immédiatement, soit bien pire elle accepte tout, et aucun essai fonctionnel du produit ne distingue une signature valide d'un code de contrôle cassé qui répondrait toujours oui.

Ce qui s'y oppose. À chaque démarrage, le boîtier exécute un auto-test sur des vecteurs de référence publiés, en contrôlant qu'il accepte une signature authentique et qu'il rejette une signature falsifiée comme un message altéré. Le décodage des données et l'analyse des dates de péremption sont testés de la même manière, y compris sur des cas limites.

Pourquoi cela tient. Parce que le test échoue en position sûre : si l'auto-test ne passe pas, le boîtier refuse d'ouvrir son canal d'administration plutôt que de le servir sans contrôle. Un dispositif dont la cryptographie serait défaillante ne se contente pas de le signaler, il cesse d'accepter des ordres.

6. Remonter l'horloge pour s'ouvrir un créneau

L'attaque. Le planning autorise un porteur de sept heures à vingt-deux heures. Il est vingt-trois heures. Il suffit de convaincre le boîtier qu'il est quinze heures.

Ce qui s'y oppose. Le réglage de l'heure est traité comme une opération modifiante, au même titre qu'une mise à jour de droits : il exige une session authentifiée. Sans elle, la demande est refusée avec son motif.

Pourquoi cela tient. Parce que l'horloge n'est pas une commodité technique mais un paramètre de sécurité : elle conditionne les créneaux, la péremption des attestations et la datation du journal. La laisser librement modifiable revenait à offrir un contournement de tout le reste, et à permettre de dater n'importe quoi. Dans le monde de l'OT, c'est une arlésienne : on ne compte plus les systèmes qui sont décalés de 12h, qui sont toujours à l'heure d'hiver en plein été, qui ne connaissent pas les jours fériés. Et c'est souvent une des premières causes d'abandon, en particulier en GTB, GTC, CVC, etc...

Ce qui reste. Un cas limite mérite d'être connu : au tout premier démarrage, avant qu'une heure sûre n'ait été fournie, la péremption des attestations ne peut pas être évaluée. Le boîtier laisse alors passer ce contrôle précis : la signature de l'autorité restant, elle, exigée et l'exception est inscrite au journal . C'est un compromis assumé, visible en audit, et resserrer ce comportement figure au registre selon vos exigences à venir.

7. Effacer une ligne gênante du journal

L'attaque. Bricoler le système, obtenir l'accès (ou pas, c'est ce qu'on prétend) puis faire disparaître la trace. Ou, plus subtil, se servir de la navette pour égarer une remontée (une app mobile permet de récupérer les logs locaux pour les amener en zone de couverture réseau : couper l'app mobile coupe l'accès sur le serveur d'administration).

Ce qui s'y oppose. La purge du journal exige une session authentifiée, et le boîtier refuse d'acquitter des entrées qui n'existent pas encore. Chaque session porte par ailleurs un identifiant tiré au démarrage, ce qui permet à l'application de détecter qu'un accusé provient d'une session antérieure et de ne pas le relayer.

Sur le fond, rien n'est considéré comme transmis tant que le destinataire ne l'a pas confirmé : une entrée n'est purgée du boîtier qu'une fois l'autorité l'ayant enregistrée, et le journal des transferts affiché à l'intervenant n'inscrit une ligne qu'après l'accusé du destinataire, jamais après l'envoi.

Pourquoi cela tient partiellement. Ces mécanismes empêchent la perte accidentelle et le décalage entre sessions, qui sont les causes réelles de journaux trompeurs.

8. Copier l'annonce du badge

L'attaque. Écouter l'annonce d'un badge, la reproduire, se faire détecter comme son porteur. Ou tout simplement passer un badge à son collègue, parce que "c'est plus simple, le principal c'est que le travail soit fait non ?".

Ce qui s'y oppose au niveau du badge. Rien. L'annonce circule en clair, elle est identique d'une fois sur l'autre, et quelqu'un qui l'écoute peut la reproduire. Nous ne présentons donc jamais le badge comme un facteur d'authentification : il répond à la question « un porteur déclarant cet identifiant est-il à proximité ? », et à aucune autre.

Ce qui s'y oppose ensuite. Le badge n'est pas la barrière, il est le déclencheur. Restent en travers du chemin le planning du porteur usurpé, la persistance de la présence (l'accès se coupe dès que l'annonce disparaît) l'intégrité de l'organe de coupure, et le journal, qui enregistrera l'accès au nom du porteur légitime, à une heure où celui-ci pourra dire où il était.

Pourquoi c'est acceptable ici. Parce qu'un adversaire qui analyse un format d'annonce pour le reproduire a quitté le profil de l'opportuniste. La mesure du risque n'est pas « est-ce faisable ? » puisque ça l'est, mais « est-ce que cela correspond à quelqu'un qui se présente réellement dans cet atelier ? ». C'est un jugement, il est révisable, et il change dans les contextes traités plus tard par un autre article sur les cas les plus sensibles.

Ce qui reste. Le point le plus faible de l'assemblage, identifié comme tel, peut être traité sans changer de matériel par une charge d'annonce qui varie à chaque émission. Mais pour ceux qui le souhaitent, il existe de très bons badges qu'on pourrait intégrer. Ou doubler le badge dans la poche d'une carte d'identification sécurisée qu'on passe sur le Cube en NFC, mais là encore il y a le problème de prêter son badge : autant passer à la solution de confirmation sur app mobile qu'on a déjà intégrée en plus du badge déclencheur.

9. Relayer la présence d'un porteur légitime

L'attaque. Retransmettre la conversation entre un porteur resté au vestiaire et la machine visée, de façon à fabriquer une présence parfaitement authentique. Ici on ne vole pas le badge, on crée une passerelle entre les deux (le retour de notre ami Flipper Zero qui a ouvert la boite de Pandore de la sécurité des systèmes cyberphysiques).

Ce qui s'y oppose. Rien de cryptographique, et il faut le dire sans détour : aucune signature ne voit ce type d'attaque, puisqu'aucun message n'est falsifié. Ce qui est falsifié, c'est la proximité, et la proximité n'est pas une propriété que l'on signe.

Ce qui augmente le coût, en revanche : la présence doit être maintenue pendant toute la durée d'usage, le créneau du porteur doit être ouvert au même moment, et l'accès est journalisé à son nom.

Ce qui reste. Une vulnérabilité réelle, structurelle, et que seule une mesure de distance par temps de vol referme. Nous ne prétendons pas la couvrir dans notre solution actuelle, mais on peut vous expliquer les solutions à base d'UWB, pour une V2 si vous nous apportez la nécessité et le budget associé.

10. Voler le téléphone d'un intervenant

L'attaque. Récupérer l'appareil qui porte l'attestation et s'en servir pour déposer de faux réglages ou purger un journal.

Ce qui s'y oppose. L'application exige une validation biométrique avant les opérations sensibles, et systématiquement en mode urgence. En effet nous avons prévu un "marteau bris de glace" : si une machine doit être impérativement être mise en service (pour raison vitale disons), un code secret présenté sur place (QR code dans le livret de sécurité ou au dos d'un boitier) permet de débrayer tout le système, au prix d'une déclaration d'incident forte et d'une remise en service du système pour éviter qu'il ne devienne la règle. L'attestation de l'appareil a une durée de vie limitée, et la révocation d'un appareil prend effet dès la première mise à jour de droits appliquée, le porteur en session étant alors déconnecté logiquement séance tenante.

Pourquoi cela tient. Parce que le téléphone ne décide rien : il transporte des objets signés par l'autorité et vérifiés par le boîtier. Le voler donne le droit de porter, pas celui d'émettre.

Ce qui reste. La révocation ne se propage qu'au passage suivant d'un appareil autorisé car c'est le prix du fonctionnement sans réseau. Et la clé de l'appareil, si elle réside dans un stockage protégé, n'est pas encore générée dans une enclave matérielle : elle est protégée du reste de l'appareil, elle n'est pas non extractible. On rentre alors dans la cybersécurité IT classique.

11. Couper le courant du boîtier, ou brouiller la radio

L'attaque. Ne pas chercher à obtenir l'accès, mais à faire tomber le dispositif en espérant qu'il s'ouvre.

Ce qui s'y oppose. La position de repli. Un Cube hors tension ne commande plus rien, et les prises restent dans l'état de refus si c'était votre choix ; une radio brouillée fait disparaître la présence, ce qui coupe. Il n'existe pas de chemin par lequel une dégradation ouvre un accès non prévu.

Pourquoi cela tient. Parce que la direction de la panne a été choisie à la conception, et non subie. C'est la propriété la plus importante de tout le dispositif, et celle que nous vérifions en premier.

Ce qui reste. Le revers, qu'il faut assumer devant l'exploitant : ce dispositif est déniable de service. Quelqu'un qui veut empêcher la production plutôt qu'obtenir un accès y parviendra en brouillant la bande, et la réponse à cela n'est pas technique mais organisationnelle — procédure de dérogation, mode urgence, supervision de la disponibilité radio. On n'est plus dans sécurité, on est à la lutte contre la pince coupante, ce qui doit être résolu par un contrôle d'accès au bâtiment et une bonne gestion des ressources humaines.

12. Attaquer le serveur d'administration

L'attaque. Ne pas se battre avec le terrain, mais viser la clé qui signe les droits distribués à tout un parc.

Ce qui s'y oppose. Chaque objet signé porte l'identifiant de la clé qui l'a signé, ce qui rend une rotation possible sans réaprovisionner l'ensemble des équipements ; et le serveur refuse de signer si sa clé n'est pas présente, plutôt que d'improviser une clé volatile qui invaliderait silencieusement tout ce qui a déjà été distribué.

Ce qui reste. C'est aujourd'hui le point le plus sensible de la chaîne, et il serait malhonnête de le présenter autrement : la compromission de cette clé vaut compromission de tout le parc. Sa conservation hors ligne, dans un module matériel dédié, avec une cérémonie documentée, est la mesure qui ferme ce risque. Mais là encore, c'est de la cybersécurité IT qui se traite par les moyens adéquats déjà prouvés.

Ce que chaque mécanisme prouve, et ce qu'il ne prouve pas

C'est le tableau que nous jugeons le plus utile à garder sous les yeux, parce qu'un dispositif solide n'est pas celui qui empile le plus de mécanismes, mais celui dont chaque mécanisme est employé pour ce qu'il prouve réellement.

Comment le vérifier plutôt que nous croire

Le problème du chiffrement déclaré

Il existe, dans ce domaine, un écart entre ce que les fiches techniques annoncent et ce que les équipements font et cet écart n'est pas toujours de la mauvaise foi. Une suite cryptographique peut être déclarée dans un format de données sans être employée sur le canal ; un appairage peut être supporté sans être exigé ; une donnée peut être lisible sans authentification alors que le produit est vendu comme chiffré.

Nous avons pris le parti de traiter cette question comme un problème de test plutôt que comme un problème de communication : énoncer les propriétés que le lien devrait tenir, les mesurer une par une, et faire échouer bruyamment celles qui ne le sont pas. C'est ce banc qui a produit le registre ci-dessus, et non l'inverse. Notre démarche d'accompagnement à la mise en place vise donc à reproduire sur votre installation ces mesures d'exécution des dispositifs de sécurité avant la mise en service.

Pourquoi cela suffit dans la grande majorité des ateliers

Reprenons les douze attaques. Sept sont fermées par construction : le bouton, l'ordre rejoué, l'autorité usurpée, la vérification défaillante, l'horloge remontée, le téléphone volé, la panne provoquée. Une est détectée et tracée en attendant d'être bloquée. Quatre restent ouvertes.

Or ces quatre-là (copier une annonce après l'avoir analysée, monter un relais, écouter le canal pour en tirer parti, substituer un module) ont un point commun : elles exigent toutes de quitter le profil de l'opportuniste. Elles supposent du matériel, du temps, une intention, et le plus souvent un retour sur les lieux.

C'est là que se joue notre jugement pour distinguer deux solutions, et nous vous les présentons comme telles : dans un atelier, une salle machine, un entrepôt où la menace réaliste est le raccourci de personnes légitimes mais non autorisées, il suffit que tous les raccourcis coûtent plus cher que la procédure normale, et si c'est votre cas, vous serez client. Dans un site où quelqu'un accepte de mettre le prix financier et technique pour réussir à entrer, ce raisonnement ne tient plus et il faut alors un autre dispositif, avec les solutions matérielles, procédurales et logicielles adéquates, à hauteur du préjudice potentiel.

Le reste est une affaire de proportion. Quatre modules du commerce, aucune intervention sur les équipements, aucune requalification de procédé, aucune dépendance réseau, et un registre de douze lignes que l'on peut mettre sur la table. Voilà ce que nous pouvons déjà mettre en place chez vous dès à présent !