Caractérisation, évaluation et utilisation du jitter d'horloge comme source d'aléa dans la sécurité des données

Cette thèse, financée par la DGA, est motivée par la problématique d’évaluation des TRNG pour des applications à très haut niveau de sécurité. Les standards actuels tels que AIS-31 n’étant pas suffisants pour ces types d’applications, la DGA propose une procédure complémentaire, validée sur les TRNG utilisant les oscillateurs en anneau (RO), qui vise à caractériser la source d’aléa des TRNG afin d’identifier les bruits électroniques présents dans celle-ci. Ces bruits se traduisent dans les circuits numériques par le jitter d’horloge générée dans les RO. Ils peuvent être caractérisés par leur densité spectrale de puissance reliée à la variance d’Allan temporelle qui permet, contrairement à la variance standard pourtant encore largement utilisée, de discriminer ces différents types de bruit (thermique, flicker principalement). Cette étude a servi de base à l’estimation de la part du jitter due au bruit thermique utilisé dans les modèles stochastiques décrivant la sortie des TRNG. Afin d’illustrer et de valider l’approche de certification DGA sur d’autres principes de TRNG que les RO, nous proposons une caractérisation de la PLL en tant que source d’aléa. Nous avons modélisé la PLL en termes de fonctions de transfert. Cette modélisation a conduit à l’identification de la source de bruit en sortie de la PLL, ainsi que de sa nature en fonction des paramètres physiques de la PLL. Cela a permis de proposer des recommandations quant au choix des paramètres afin de garantir une entropie maximale. Afin d’aider à la conception de ce type de TRNG, nous proposons également un outil de recherche des paramètres non physiques du générateur assurant le meilleur compromis sécurité/débit. This thesis, funded by the DGA, is motivated by the problem of evaluation of TRNG for applications with a very high level of security. As current standards such as AIS-31 are not sufficient for these types of applications, the DGA proposes a complementary procedure, validated on TRNG using ring oscillators (RO), which aims to characterize the source of randomness of TRNG in order to identify electronic noises present in it. These noises are manifested in the digital circuits by the clock jitter generated in the RO. They can be characterized by their power spectral density related to the time Allan variance which allows, unlike the standard variance which is still widely used, to discriminate these different types of noise (mainly thermal, flicker). This study was used as a basis for estimat