Cryptographic-based secure data exchange schemes for uplink and downlink communication in AMI networks

Résumé

La demande croissante d’électricité et le besoin d’infrastructures électriques intelligentes et modernisées ont créé le concept de réseau « intelligent ». Ce dernier intègre les technologies de l’information et de la communication (TIC) dans ses réseaux sous-jacents afin de parvenir à un contrôle décentralisé de l’offre et de la demande d’électricité et de réduire les pertes d’électricité et les coûts énergétiques. L’information bidirectionnation et le flux d’électricité entre la station de tête de services et les clients sont les principales caractéristiques du réseau intelligent. Ces fonctionnalités permettent d’appliquer de nombreuses fonctions qui permettraient d'améliorer le réseau électrique traditionel. L'infrastructure de mesure avancée (AMI) est une architecture centrale du réseau intelligent qui joue un rôle essentiel dans la réalisation de nombreuses applications modernisées telles que la réponse à la demande, la lecture automatisée des compteurs et le contrôle de la gestion à distance en permettant la communication bidirectionnelle entre le service public et son client. Cette architecture repose sur des appareils pertinents tels que des compteurs intelligents et des canaux de communication semi-ouverts pour échanger une quantité massive d'informations sensibles. Ceci, en plus de la faiblesse héritée du réseau électrique, ouvre la voie à un nombre incalculable de menaces de sécurité qui n'ont jamais existé dans le réseau électrique traditionnel. Faisant partie d'un système électrique, AMI possède des caractéristiques uniques qui mettent à rude épreuve la conception de protocoles de sécurité efficaces pour protéger l'échange de données dans ses réseaux. Dans cette thèse, nous répondons à la nécessité d'un échange de données sécurisé dans les réseaux AMI en proposant des solutions basées sur les exigences cryptographiques pour protéger les communications à destinataire unique et à destinataires multiples. La communication à destinataire unique représente la transmission de données unicast des rapports de consommation d'énergie des compteurs intelligents vers le centre de contrôle du réseau pour assurer une facturation correcte des clients. La préservation de la confidentialité des clients est l'objectif de sécurité le plus important pour la communication de données en liaison montante. Nous avons donc conçu HE-SSRU, un schéma de cryptage hybride qui exploite la force de la cryptographie à clé publique avec l'efficacité de la cryptographie symétrique pour sécuriser la communication en liaison montante entre les compteurs intelligents et l'Ordinateur maître de ressources (UMC). Le schéma proposé intègre des fonctionnalités de sécurité supplémentaires pour garantir l'authenticité des informations de mesure et atténue de nombreuses attaques telles que la relecture, la modification des données et l'attaque d'usurpation. De plus, nous proposons S-CP-ABE, un nouveau schéma de chiffrement léger basé sur le chiffrement basé sur les attributs pour réaliser une communication sécurisée à plusieurs destinataires en liaison descendante dans les réseaux AMI. Le schéma applique un mécanisme de contrôle d'accès robuste en permettant au centre de contrôle de déterminer les compteurs intelligents éligibles pour accéder aux données sécurisées en construisant le texte chiffré selon une politique d'accès définie sur un ensemble d'attributs. Les compteurs autorisés dont les attributs satisfont à la politique d'accès peuvent décrypter le texte chiffré en obtenant un jeton de décryptage auprès de l'autorité d'attribut. Le protocole est différent de la plupart des schémas ABE dans le sens où nous l'avons construit sans utiliser les opérations d'appariement bilinéaires complexes. Notre système préserve la confidentialité et l'authenticité des messages du centre de contrôle et résiste aux attaques de collusion, de relecture et de contrefaçon de signature. L'évaluation des performances montre que nos approches proposées surpassent les schémas existants de la littérature en termes de complexité de calcul, de surcharge de communication et d'exigences de stockage.

Date	15 juil. 2020
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Michel Kadoch (Directeur(-trice))