IMA4 2018/2019 P70

Impact du matériel et du logiciel sur le champ électromagnétique

Présentation générale

Projet : Impact du matériel et du logiciel sur le rayonnement électromagnétique

Nous proposons d'évaluer l'impact du matériel et du logiciel sur le rayonnement électromagnétique et la consommation électrique.

Etudiants : Souheib KHINACHE et Antoine MOREAU

Encadrants : Alexandre BOE, Xavier REDON et Thomas VANTROYS

Description

L'internet des objets est un marché en plein essor. La communication entre les différents objets connectés crée un nuage de signaux autour d'eux. Ces derniers sont vus par les utilisateurs comme des boîtes noires : le fonctionnement se fait sans en connaître les composants matériels et logiciels. Néanmoins, ces objets, de par leurs propriétés électroniques, créent des fuites électromagnétiques impactant le champ environnant.

Bien qu'ils peuvent porter à débat sur l'impact sur la santé, ces signaux peuvent représenter de réelles sources d'informations sur l'aspect matériel et applicatif de l'objet.

Il serait donc intéressant d'avoir idée générale sur le fonctionnement du système en interprétant les ondes électromagnétiques émises par ce système.

Objectifs

Les principaux objectifs de ce projet seront donc de mesurer l'impact du matériel et du logiciel sur le rayonnement électromagnétique et sur la consommation électrique. Pour cela, l'outil potentiel avec lequel nous pourrions travailler serait une sonde de champ électromagnétique afin d'établir des mesures. Cependant, nous pourrions concevoir notre propre système de capture et d'interprétation à partir d'une antenne, de filtres de fréquences et d'un microcontrôleur (on commencera par un ATMega328P). Il sera nécessaire de prendre en compte les perturbations issues de notre appareil de mesure et d'en tenir compte.

On effectuera ainsi plusieurs expérimentations sur différents supports d'étude :

• l'aspect "Hardware" en étudiant différents modèles pour un même type de shield
• l'aspect calculatoire du matériel en se basant sur l'impact des microcontrôleurs en fonction du modèle (ATMega328P et ATMega2560)
• l'aspect "Software", en étudiant l'impact du logiciel et du firmware d'un même composant (différents firmwares pour un même shield Wi-Fi)
• l'aspect puissance des composants électroniques de gestion de puissance (ponts, hacheurs, onduleurs...).

L'étude des différentes informations se fera par traitement des signaux électromagnétiques et des spectres. Afin de mieux appréhender le problème, il nous est nécessaire de comprendre les phénomènes physiques issus de la notion d'électromagnétisme.

Ces études mèneront à une étape plus complexe : l'interprétation des signaux. En effet, l'un des objectifs de ce projet est de comprendre du mieux possible le fonctionnement d'un système sans y avoir accès directement, et donc dans ce contexte "traduire" un ensemble de signaux électromagnétiques.

On pourra en outre apporter un aspect visuel à l'étude en rajoutant une interface informatique.

Analyse du projet

Positionnement par rapport à l'existant

Bien qu'aux yeux de nombreuses personnes le bruit électromagnétique créé par les équipements électroniques du quotidien peut porter à controverse (débats concernant l'impact sur la santé par exemple), il peut être une source d'informations. De nos jours, les ondes électromagnétiques restent un vaste champ d'étude, sujettes à de nombreuses thèses et recherches au sein des laboratoires.

On peut prendre l'exemple de Milos Prvulovic, professeur à l'Institut Technologique de Géorgie, ayant simulé un contexte de cybercafé, dans lequel il place une antenne magnétique, un ordinateur portable cible et un ordinateur "espion". Il réussit, grâce aux signaux EM émis par l'impulsion de l'appui des touches clavier à capter un message écrit par un ordinateur cible.

Néanmoins, dans le quotidien, l'utilisation des sondes électromagnétiques se fait pour l'étude énergétique d'un système électronique (fuites électromagnétiques anormales, preuves d'une anomalie...) afin de respecter certaines normes législatives. Le code du travail par exemple réglemente et définit des valeurs seuils par le biais des articles R. 4453-3 et R. 4453-4.

Analyse du premier concurrent

NBM-520 de NARDA STS

NBM-TS, application des appareils NBM

NARDA STS est une entreprise qui fournit des outils de mesure. Elle met à disposition aux professionnels des sondes électromagnétiques. La NBM-520 est un appareil de la franchise, mesurant le champ électrique et magnétique. Elle donne des valeurs précises du champ électromagnétique ambiant sur une large bande. Elle propose différentes sondes modulables permettant une souplesse au niveau de l'étude en fonction des besoins, avec des sondes pouvant étudier des signaux de fréquence de 100kHz à 6GHz ou même de 300kHz à 50GHz (en fonction de la sonde choisie).

En outre, le dispositif peut se connecter en USB sur PC afin d'envoyer les données capturées et d'en faire une étude. Le dispositif propose un logiciel d'étude, NBM-TS, permettant d'observer du champ en fonction du temps, de la fréquence, de la position...

L'équipement est utilisé par l'ANF (l'Agence Nationale des Fréquences, agence gérant l'ensemble des normes autour des radiofréquences), et est donc un gage de qualité.

Avantages :

• Large bande de fréquence
• Matériel solide
• Application fonctionnelle permettant l'étude et gestion des données
• Possibilité d'étudier séparément champ électrique et magnétique

Inconvénients:

• Impossible d'étudier les basses fréquences (appareils sous tension, bobinages...)
• Prix élevé : à partir de 3100€
• La cible de ce produit est surtout les professionels

Analyse du second concurrent

Une pita.

Comment mon pain à pita vole ta clé RSA ?

Une pita.

Des chercheurs israéliens ont découvert un moyen de capturer des clés de cryptage RSA, réputées comme inviolables, par le biais d'une pita... du moins avec un dispositif suffisamment petit pour être caché dans un pain à pita. Le dispositif, renommé PITA pour Portable Instrument for Trace Acquisition a la particularité de capturer les ondes radio électromagnétiques émanantes d'un PC, qu'il soit connecté à un réseau ou pas. Les différentes opérations du processeur sont identifiées en distinguant les différents modèles de l'activité radio sur le spectre EM.

Bien que la capture des clés RSA a été faite dans des conditions particulières (modification du processeur de l'ordinateur cible), il est néanmoins possible, selon les chercheurs, d'identifier quelle type d'activité est exercée par l'ordinateur ainsi que son état.

Un dessous de pita.

L'un des points importants concernant le dispositif est son coût : moins de 300 euros. L'appareil dispose :

• d'un PC portatif (PC-on-a-stick) Rikomagic MK802 IV,
• d'un recepteur radio SDR FUNcube Dongle Pro+
• d'une antenne radio
• d'une batterie
• d'une antenne WiFi
• d'une carte MicroSD
• d'un adapteur d'antenne
• et d'une pita.

Le dispositif aurait une portée de 50cm. Les chercheurs israéliens ont collaboré avec GNU Private Guard (logiciel de cryptage asymétrique) afin de protéger contre ces attaques les clés de cryptage.

Scénario d'usage du produit ou du concept envisagé

Scénario 1

Gérard a toujours le flair pour les bonnes affaires. Il a acheté une centaine de clés WiFi à un prix dérisoire sur AloXpresso afin de faire du profit à la revente. Le vendeur lui garantit que toutes les clés fonctionnent correctement. Gérard veut vérifier. Après vérification, 99 des clés sur 100 fonctionnent comme prévu. Gérard aimerait être sûr du disfonctionnement, mais Gérard n'est pas une pointure en informatique.

Coup de génie ! Il se rappelle qu'il dispose d'un dispositif qui capte les ondes EM et les interprète directement. C'est le moment de tester ça. Il remarque une anomalie sur le spectre. Il décide de contacter le revendeur pour lui signaler un disfonctionnement sur l'une des clé. Pas de soucis. Le vendeur, étant bon prince, lui envoie une autre clé USB et lui fait une ristourne.

Scénario 2

Un espion britannique doit récupérer des données confidentielles, mais son comportement en tant qu'infiltré ne doit pas paraître suspect, il ne peut pas accéder directement à l'ordinateur cible. De plus, il a malheureusement égaré sa clé USB modifiée.

Coup de génie ! Il se rappelle qu'il dispose d'un dispositif qui lui permet de connaître les infos qui pourraient l'intéresser par le biais des ondes électromagnétiques créées par les entrées clavier. Il réussit à récupérer ce dont il eut besoin pour prouver la culpabilité d'un dirigeant d'une corporation mêlé dans une affaire de traffic d'armes.

Réalisation du Projet

Feuille d'heures

Tâche	Prélude	Heures S1	Heures S2	Heures S3	Heures S4	Heures S5	Heures S6	Heures S7	Heures S8	Heures S9	Heures S10	Total
Analyse du projet	0