CH716274A2 - Procédé de traitement, sous enclave, de données informatiques chiffrées au moyen d'une application chiffrée. - Google Patents

Procédé de traitement, sous enclave, de données informatiques chiffrées au moyen d'une application chiffrée. Download PDF

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CH716274A2
CH716274A2 CH00746/19A CH7462019A CH716274A2 CH 716274 A2 CH716274 A2 CH 716274A2 CH 00746/19 A CH00746/19 A CH 00746/19A CH 7462019 A CH7462019 A CH 7462019A CH 716274 A2 CH716274 A2 CH 716274A2
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Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement de données ( 12 ) informatiques contenues dans un premier conteneur ( 16 ) chiffré, au moyen d'une application ( 14 ) tierce contenue dans un deuxième conteneur ( 18 ) chiffré, ce traitement étant conduit au sein d'une enclave ( 5 ) cryptographique dans laquelle les conteneurs ( 16 , 18 ) sont déchiffrés pour permettre l'exécution de l'application ( 14 ) ainsi déchiffrée sur les données ( 12 ) ainsi déchiffrées.

Description

DOMAINE TECHNIQUE
[0001] L'invention a trait au domaine de l'informatique, et plus précisément au domaine du traitement des données informatiques au moyen d'une application.
ART ANTERIEUR
[0002] Un programme d'ordinateur comprend des instructions au moyen desquelles, par l'intermédiaire d'une unité de traitement, des opérations sont réalisées sur des données d'entrée (en anglais input), pour fournir, à partir de celles-ci, des données de sortie ou résultat (en anglais output).
[0003] Le traitement de données en masse (en anglais big data) tend à s'industrialiser. Des programmes spécialisés scrutent les flux de données (tout particulièrement les données personnelles des usagers) circulant sur la Toile, procèdent à des analyses de ces données, effectuent des calculs (notamment statistiques) puis stockent leurs résultats sur des bases de données aux fins d'une exploitation ultérieure (notamment commerciale).
[0004] Pour éviter que leurs données personnelles soient exploitées sans leur autorisation, ou pour conserver un relatif anonymat sur la Toile, certains usagers prennent la précaution de les chiffrer.
[0005] Certaines données font d'ailleurs (ou devraient faire) l'objet d'un chiffrement systématique, en raison de leur caractère confidentiel (typiquement les données de santé ou les données financières), les instances chargées de leur gestion (hôpitaux, banques) étant soumises à des obligations professionnelles de secret, et responsables à ce titre de l'usage qui pourrait en être fait par des tiers non autorisés.
[0006] Les données chiffrées sont cependant inaccessibles - et donc inexploitables - pour qui ne dispose pas d'une clé cryptographique appropriée permettant leur déchiffrement.
[0007] Pourtant il existe de nombreux cas où le propriétaire des données (typiquement un patient d'un institut médical ou un client d'une banque) peut souhaiter, sous conditions, autoriser un tiers intéressé à procéder à un traitement des données, sans pour autant communiquer à ce tiers la clé de déchiffrement, ni l'autoriser à accéder pleinement aux données lorsque seule une partie de ces données est susceptible de l'intéresser.
[0008] Inversement, le tiers intéressé peut souhaiter conserver secrètes, vis-à-vis d'autres tiers encore, ses propres routines d'analyse, et chiffrer les données programmatiques de ses applications, dont le développement est le fruit d'un savoir-faire précieux.
[0009] L'invention vise à offrir une solution à ces problèmes, en proposant un procédé de traitement de données chiffrées qui permette à la fois à une application de traiter ces données sans affecter leur confidentialité, et à l'application elle-même de demeurer confidentielle.
RESUME DE L'INVENTION
[0010] Il est proposé un procédé de traitement de données informatiques au moyen d'une application tierce se présentant sous forme d'un ou plusieurs fichier(s) de données programmatiques, ce procédé comprenant les opérations consistant à : <tb><SEP>- Chiffrer les données à traiter pour former un premier conteneur crypté de données ; <tb><SEP>- Mémoriser séparément le premier conteneur crypté et une première clé cryptographique de déchiffrement de celui-ci ; <tb><SEP>- Chiffrer le(s) fichier(s) de données programmatiques de l'application tierce pour former un deuxième conteneur crypté ; <tb><SEP>- Mémoriser séparément le deuxième conteneur et une deuxième clé cryptographique de déchiffrement associée ; <tb><SEP>- A réception d'une requête de traitement des données par l'application tierce, sélectionner une unité de traitement informatique dans laquelle est implémenté un environnement d'exécution sécurisé par cryptographie, dit enclave ; <tb><SEP>- Instancier l'enclave ; <tb><SEP>- Charger dans l'enclave le premier conteneur et la première clé cryptographique de déchiffrement associée, ainsi que le deuxième conteneur et la deuxième clé cryptographique de déchiffrement associée ; <tb><SEP>- Dans l'enclave : <tb><SEP><SEP>o Déchiffrer les données du premier conteneur au moyen de la première clé cryptographique de déchiffrement ; <tb><SEP><SEP>o Déchiffrer le(s) fichier(s) de données programmatiques de l'application tierce contenus dans le deuxième conteneur au moyen de la deuxième clé cryptographique de déchiffrement ; <tb><SEP><SEP>o Exécuter l'application tierce sur les données ainsi déchiffrées ; <tb><SEP>- Hors de l'enclave, mémoriser le résultat de cette exécution sur un emplacement mémoire prédéfini.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0011] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : <tb><SEP>LaFIG.1est un schéma simplifié illustrant un réseau informatique dont au moins un nœud est équipé d'une unité de traitement sur laquelle est implémentée une enclave ; <tb><SEP>LaFIG.2est un schéma fonctionnel illustrant le stockage de données chiffrées à traiter et d'une application également chiffrée ; <tb><SEP>LaFIG.3est un schéma fonctionnel illustrant le traitement des données par l'application.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[0012] Le procédé proposé vise à traiter, de manière confidentielle, des données informatiques au moyen d'une application tierce (c'est-à-dire provenant d'un éditeur distinct de l'émetteur des données).
[0013] Ce traitement peut être conduit au sein d'un réseau1informatique (qui, comme illustré, peut être du type pair-à-pair) comprenant une pluralité de nœuds2(ordinateurs, serveurs).
[0014] Le procédé de traitement proposé exploite notamment la technologie de l'environnement d'exécution sécurisé ou, en terminologie anglo-saxonne, du trusted execution environment (TEE).
[0015] Par référence à laFIG.1, un environnement d'exécution sécurisé (Trusted exécution environment ou TEE) est, au sein d'une unité3de traitement informatique équipant un nœud2et pourvue d'un processeur ou CPU (Central Processing Unit)4, un espace5temporaire de calcul et de stockage de données, appelé (par convention) enclave, ou encore enclave cryptographique, qui se trouve isolé, par des moyens cryptographiques, de toute action non autorisée résultant de l'exécution d'une application hors de cet espace, typiquement du système d'exploitation.
[0016] Intel® a, par exemple, revu à partir de 2013 la structure et les interfaces de ses processeurs pour y inclure des fonctions d'enclave, sous la dénomination Software Guard Extension, plus connue sous l'acronyme SGX. SGX équipe la plupart des processeurs de type XX86 commercialisés par Intel® depuis 2015, et plus précisément à partir de la sixième génération incorporant la microarchitecture dite Skylake. Les fonctions d'enclave proposées par SGX ne sont pas accessibles d'office : il convient de les activer via le système élémentaire d'entrée/sortie (Basic Input Output System ou BIOS).
[0017] Il n'entre pas dans les nécessités de la présente description de détailler l'architecture des enclaves, dans la mesure où : En dépit de sa relative jeunesse, cette architecture est relativement bien documentée, notamment par Intel® qui a déposé de nombreux brevets, cf. par ex., parmi les plus récents, la demande de brevet américain US 2019/0058696 ; Des processeurs permettant de les implémenter sont disponibles sur le marché - notamment les processeur Intel® précités ; Seules les fonctionnalités permises par l'enclave nous intéressent ici, ces fonctionnalités pouvant être mises en œuvre via des lignes de commande spécifiques. A ce titre, l'homme du métier pourra se référer au guide édité en 2016 par Intel® : Software Guard Extensions, Developer Guide.
[0018] Pour une description plus accessible des enclaves, et plus particulièrement d'Intel® SGX, l'homme du métier peut également se référer à A. Adamski, Overview of Intel SGX - Part 1, SGX Internai, ou à D. Boneh, Surnaming Schémas, Fast Verification, and Applications to SGX Technology, in Topics in Cryptology, CT - RSA 2017, The Cryptographers' Track at the RSA Conférence 2017, San Francisco, CA, USA, Feb.14-17, 2017, Proceedings, pp.149-164, ou encore à K. Severinsen, Secure Programming with Intel SGX and Novel Applications, Thesis submitted for the Degree of Master in Programming and Networks, Dept. Of Informatics, Faculty of Mathematics and Natural Science, University of Oslo, Autumn 2017.
[0019] Pour résumer, en référence à laFIG.1, une enclave5comprend, en premier lieu, une zone6mémoire sécurisée (dénommée Page Cache d'enclave, en anglais Enclave Page Cache ou EPC), qui contient du code et des données relatives à l'enclave elle-même, et dont le contenu est chiffré et déchiffré en temps réel par une puce dédiée dénommée Moteur de Chiffrement de Mémoire (en anglais Memory Encryption Engine ou MEE). L'EPC6est implémentée au sein d'une partie de la mémoire vive dynamique (DRAM)7allouée au processeur4, et à laquelle les applications ordinaires (notamment le système d'exploitation) n'ont pas accès.
[0020] L'enclave5comprend, en deuxième lieu, des clés cryptographiques employées pour chiffrer ou signer à la volée les données sortant de l'EPC6, ce grâce à quoi l'enclave5peut être identifiée (notamment par d'autres enclaves), et les données qu'elle génère peuvent être chiffrées pour être stockées dans des zones de mémoire non protégées (c'est-à-dire hors de l'EPC6).
[0021] Pour pouvoir exploiter une telle enclave5, une application8doit être segmentée en, d'une part, une ou plusieurs parties9non sécurisées (en anglais untrusted part(s)), et, d'autre part, une ou plusieurs parties10sécurisées (en anglais trusted part(s)).
[0022] Seuls les processus induits par la (les) partie(s)10sécurisée(s) de l'application8peuvent accéder à l'enclave5. Les processus induits par la (les) partie(s)9non sécurisée(s) ne peuvent pas accéder à l'enclave5, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent pas dialoguer avec les processus induits par la (les) partie(s)10sécurisée(s).
[0023] La création (également dénommée instanciation) de l'enclave5et le déroulement de processus en son sein sont commandés via un jeu11d'instructions particulières exécutables par le processeur4et appelées par la (les) partie(s)10sécurisée(s) de l'application8.
[0024] Parmi ces instructions : ECREATE commande la création d'une enclave5 ; EINIT commande l'initialisation de l'enclave5 ; EADD commande le chargement de code dans l'enclave5 ; ERESUME commande une nouvelle exécution de code dans l'enclave5 ; EEXIT commande la sortie de l'enclave5, typiquement à la fin d'un processus exécuté dans l'enclave5.
[0025] On a, sur laFIG.1, représenté de manière fonctionnelle l'enclave5sous la forme d'un bloc (en traits pointillés) englobant la partie10sécurisée de l'application8, le jeu11d'instructions du processeur4, et l'EPC6. Cette représentation n'est pas réaliste ; elle vise simplement à regrouper visuellement les principaux éléments qui composent ou exploitent l'enclave5.
[0026] Nous expliquerons ci-après comment sont exploitées les enclaves.
[0027] Comme cela est visible sur laFIG.1, on a représenté des données12à traiter sous forme d'un dossier. Ces données12peuvent se présenter sous forme d'un ou plusieurs fichiers informatiques. Les données12peuvent être structurées, par ex. sous forme de fichiers de bases de données, de formulaires, de tableurs, de documents. Il peut également s'agir de données brutes, non structurées.
[0028] Ces données12sont créées, ou temporairement stockées, en clair (c'est-à-dire sous forme non chiffrée), au sein d'un terminal13dit émetteur, relié à un réseau1.
[0029] Le traitement des données est destiné à être réalisé au moyen d'une application14tierce qui se présente sous forme d'un ou plusieurs fichiers de données programmatiques (c'est-à-dire de données représentant des instructions d'un programme d'ordinateur).
[0030] Les données programmatiques peuvent être des lignes de code en langage haut niveau (code source). Dans ce cas, les données programmatiques se présentent typiquement sous forme de fichiers texte. Elles peuvent également se présenter sous forme d'un ou plusieurs fichiers de code intermédiaire (bytecode), ou encore sous forme d'un ou plusieurs fichiers de code exécutable directement par un processeur.
[0031] L'application14est créée (ou éditée), ou temporairement stockée, en clair (c'est-à-dire sous forme non chiffrée), au sein d'un terminal15dit éditeur, relié à un réseau1(qui peut être le même que celui auquel est relié l'émetteur13).
[0032] Avant d'être stockées sur le réseau1en vue d'un futur traitement, les données12sont d'abord chiffrées pour former un premier conteneur16crypté de données. Le déchiffrement du premier conteneur16crypté ne peut être réalisé qu'au moyen d'une première clé17cryptographique de déchiffrement. Selon un mode particulier de réalisation, une seule clé17est utilisée à la fois pour le chiffrement et le déchiffrement. Dans ce cas, le chiffrement est dit symétrique.
[0033] Dans l'exemple illustré, le chiffrement est réalisé au sein du terminal13émetteur.
[0034] Une fois les données12chiffrées, le premier conteneur16et la première clé17de déchiffrement sont mémorisés séparément (ici sur des nœuds2distincts du réseau1).
[0035] De même, avant d'être stockée sur le réseau1en vue d'une future utilisation, l'application14est d'abord chiffrée pour former un deuxième conteneur18crypté. Le déchiffrement du deuxième conteneur18crypté ne peut être réalisé qu'au moyen d'une deuxième clé19cryptographique de déchiffrement. Selon un mode particulier de réalisation, une seule clé19est utilisée à la fois pour le chiffrement et le déchiffrement. Dans ce cas, le chiffrement est dit symétrique.
[0036] Dans l'exemple illustré, le chiffrement est réalisé au sein du terminal15éditeur.
[0037] Une fois l'application14chiffrée, le deuxième conteneur18et la deuxième clé19de déchiffrement sont mémorisés séparément (ici sur des nœuds2distincts du réseau1).
[0038] Le traitement des données12peut être sollicité, sur requête, par un utilisateur (qui peut être l'éditeur15). Dans ce cas, une requête de traitement des données12par l'application14est émise par l'utilisateur.
[0039] Pour réaliser ce traitement, une première opération consiste, à réception (par le réseau1) de la requête de traitement des données12, à sélectionner une unité3de traitement informatique (équipant par ex. un nœud2du réseau1) sur laquelle est implémentée une enclave5.
[0040] Une deuxième opération consiste à instancier l'enclave5.
[0041] Une troisième opération consiste à charger dans l'enclave5(de préférence via des lignes20de communication sécurisées, typiquement utilisant le protocole Transport Layer Security ou TLS) : Le premier conteneur16et la première clé17cryptographique de déchiffrement qui lui est associée ; Le deuxième18conteneur et la deuxième clé19cryptographique de déchiffrement qui lui est associée.
[0042] A cet effet, l'enclave5est avantageusement pourvue, dès son instanciation, d'une émulation d'interface21de communication supportant le protocole choisi (ici TLS) pour l'échange des données sécurisées.
[0043] Une quatrième opération consiste, dans l'enclave5, à déchiffrer les données du premier conteneur16au moyen de la première clé17de déchiffrement. A l'issue de cette opération, les données12sont accessibles en clair dans l'enclave5(mais pas depuis l'extérieur de celle-ci).
[0044] A cet effet, l'enclave5est avantageusement pourvue d'un module22de déchiffrement.
[0045] Une cinquième opération consiste, dans l'enclave5, à déchiffrer le(s) fichier(s) de données programmatiques de l'application14tierce contenu(s) dans le deuxième conteneur18, au moyen de la deuxième clé19de déchiffrement. Cette opération est ici réalisée par le module22de déchiffrement. A l'issue de cette opération, l'application14est accessible en clair dans l'enclave5(mais pas depuis l'extérieur de celle-ci).
[0046] Une sixième opération consiste alors à exécuter l'application14ainsi déchiffrée sur les données12ainsi déchiffrées. Cette opération est avantageusement conduite par un module23de calcul dont est pourvue l'enclave5.
[0047] Lorsque l'application14se présente sous forme d'un (ou plusieurs) fichier(s) exécutable(s), cette exécution peut être conduite directement. Lorsque l'application14se présente sous forme de code source ou de bytecode, il convient de le compiler au préalable. Dans ce cas, on peut charger dans l'enclave5, préalablement à l'exécution, un programme de compilation.
[0048] L'exécution de l'application14sur les données produit un résultat24. Ce résultat24est mémorisé, hors de l'enclave5, sur un emplacement mémoire prédéfini. Dans l'exemple illustré, le résultat24est transmis par un nœud2du réseau.
[0049] Grâce à ce procédé, les données12peuvent être analysées sans être disponibles en clair hors de l'enclave5, à laquelle les tiers n'ont pas accès. En outre, les données12ne sont pas non plus communiquées à l'éditeur15pour qu'il procède lui-même à l'exécution de son application14. L'éditeur15ne dispose donc pas des données12 : il ne dispose que du résultat fourni par l'exécution de son application14. Il en résulte le maintien de la confidentialité des données12y compris vis-à-vis des tiers qui souhaitent (et peuvent être autorisés à) les analyser.
[0050] De même, l'application14n'est pas non plus connue des tiers (ou copiable par eux), en dépit de sa disponibilité pour le traitement des données12dans l'enclave5. Il en résulte que l'éditeur15est protégé de la copie tout en pouvant traiter les données12dès lors qu'il y est autorisé.

Claims (1)

1. Procédé de traitement de données (12) informatiques au moyen d'une application (14) tierce se présentant sous forme d'un ou plusieurs fichier(s) de données programmatiques, ce procédé comprenant les opérations consistant à : - Chiffrer les données (12) à traiter pour former un premier conteneur (16) crypté de données ; - Mémoriser séparément le premier conteneur (16) crypté et une première clé (17) cryptographique de déchiffrement de celui-ci ; - Chiffrer le(s) fichier(s) de données programmatiques de l'application (14) tierce pour former un deuxième conteneur (18) crypté ; - Mémoriser séparément le deuxième conteneur (18) et une deuxième clé (19) cryptographique de déchiffrement associée ; - A réception d'une requête de traitement des données (12) par l'application (14) tierce, sélectionner une unité (3) de traitement informatique dans laquelle est implémenté un environnement d'exécution sécurisé par cryptographie, dit enclave (5) ; - Instancier l'enclave (5) ; - Charger dans l'enclave (5) le premier conteneur (16) et la première clé (17) cryptographique de déchiffrement associée, ainsi que le deuxième conteneur (18) et la deuxième clé (19) cryptographique de déchiffrement associée ; - Dans l'enclave (5) : o Déchiffrer les données (12) du premier conteneur (16) au moyen de la première clé (17) cryptographique de déchiffrement ; o Déchiffrer le(s) fichier(s) de données programmatiques de l'application (14) tierce contenu(s) dans le deuxième conteneur (18), au moyen de la deuxième clé (19) cryptographique de déchiffrement ; o Exécuter l'application (14) tierce sur les données (12) ainsi déchiffrées ; - Hors de l'enclave (5), mémoriser le résultat (24) de cette exécution sur un emplacement mémoire prédéfini.
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