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|title=Vers une gestion d’identités auto-souveraine pour les dispositifs IoT (Towards Self-Sovereign Identity Management for IoT Devices)
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==Vers une gestion d’identités auto-souveraine pour les dispositifs IoT (Towards Self-Sovereign Identity Management for IoT Devices)==
https://ceur-ws.org/Vol-3329/paper-01.pdf
Vers une gestion d’identités auto-souveraine pour les
dispositifs IoT
Towards self-sovereign identity management for IoT devices
Lydia Ouaili1,2 , Samia Bouzefrane1 , Elena Kornyshova1 and Pierre Paradinas1
1
Conservatoire National des Arts et Métiers, Paris, France
2
Trasna Solutions, Marseille, France
Abstract
In some IoT ecosystems, entities (humans, organizations, devices) need to participate collaboratively
to develop smart applications. In general, this collaboration requires authentication of the
entities. In ecosystems where IoT devices may be compromised, each entity must ensure that
the information received from IoT devices and exchanged with other entities are trustworthy.
In this context, Identity Management Systems (IdMSs) are crutial to represent entities and face
an increased demand for security and privacy of sensitive data. The most widely used models
of IdMSs to date still rely on a centralized architecture, which has some drawbacks arising
from its centralized operations and its lack of transparency. To avoid the traditional models
limitations, we explore a decentralized approach using a self-sovereign identity system that
relies on Blockchain consensus algorithms, decentralized identifiers (DID) and zero-knowledge
proof (ZKP) to build a trust relationship between entities.
Keywords
Identity, Self-Sovereign Identity (SSI), Blockchain, Decentralized Identifiers (DIDs), IoT,
distributed systems.
Résumé
Dans certains écosystèmes IoT, les entités (humains, organisations, dispositifs) doivent participer
de manière collaborative pour développer des applications intelligentes. En général, cette
collaboration nécessite l’authentification des entités. Dans les écosystèmes où les dispositifs
IoT peuvent être compromis, chaque entité doit s’assurer que les informations reçues des
dispositifs IoT et échangées avec d’autres entités sont dignes de confiance. Dans ce contexte,
les systèmes de gestion d’identité sont cruciaux pour représenter les entités et font face à une
demande accrue en terme de sécurité et de confidentialité des données sensibles. Les modèles de
systèmes de gestion d’identité les plus utilisés à ce jour reposent toujours sur une architecture
centralisée, qui présente certains inconvénients liés à ses opérations centralisées et à son manque
de transparence. Pour éviter les limites des modèles traditionnels, nous explorons une approche
décentralisée utilisant un système d’identités auto-souverain qui s’appuie sur des algorithmes de
consensus et Blockchain, sur des identifiants décentralisés (DID) et sur la preuve à divulgation
nulle de connaissance pour établir une relation de confiance entre les entités.
C&ESAR’22: Computer & Electronics Security Application Rendezvous, Nov. 15-16, 2022, Rennes,
France
$ lydia.ouaili@lecnam.net (L. Ouaili); samia.bouzefrane@lecnam.net (S. Bouzefrane);
elena.kornyshova@cnam.fr (E. Kornyshova); pierre.paradinas@cnam.fr (P. Paradinas)
© 2022 Copyright for this paper by its authors. Use permitted under Creative Commons License Attribution
4.0 International (CC BY 4.0).
CEUR
Workshop
Proceedings
http://ceur-ws.org
ISSN 1613-0073
CEUR Workshop Proceedings (CEUR-WS.org)
Proceedings of the 29th C&ESAR (2022) 17
Vers une gestion d’identités auto-souveraine pour les dispositifs IoT
1. Introduction
Les systèmes de gestion d’identité (IdMSs) désignent un ensemble prédéfini de processus
pour assurer la façon dont les identités numériques sont censées être commandées, gérées et
révoquées. Ce domaine a été et reste l’un des principaux défis de l’innovation technologique.
Il s’agit de faciliter les interactions entre les individus et les organisations d’une manière qui
soit sûre, privée et plus efficace. Une identité numérique peut se composer d’identifiants
(ID utilisateur, émail, URL, etc.), de justificatifs (certificats, jetons, données biométriques,
etc.) et d’attributs (rôles, postes, privilèges, etc.). En raison du nombre croissant des
personnes dans le monde utilisant Internet, de nombreux processus sont numérisés. Ce
qui signifie que toutes ces personnes ont la possibilité de créer un compte dans n’importe
quel service disponible, qui sont tous générés approximativement de la même manière:
l’utilisateur doit fournir des informations que l’entreprise qui gère ce service conservera,
afin de créer un compte pour cet utilisateur, lui permettant d’accéder au service via une
combinaison d’identifiants (généralement l’email ou un nom d’utilisateur) et de mot de
passe. Par conséquent, la gestion manuelle de tous les identifiants de connexion devient un
défi. Aujourd’hui, l’une des formes les plus répandues de système de gestion des identités
repose sur des solutions fédérées, qui permettent aux entreprises de partager des données
sur un même utilisateur et à ce dernier de disposer d’un seul identifiant de connexion
pour accéder à plusieurs services. Cela résout en quelque sorte le problème du trop grand
nombre de mots de passe à mémoriser, mais permet toujours à plusieurs entreprises
de détenir les données de leur propriétaire. Ce dernier point est l’une des nombreuses
questions que l’identité auto-souveraine (SSI pour Self-Sovereign Identity en anglais)
souhaite aborder, au moyen de ses identifiants décentralisés (DID pour Decentralized
IDentifiers en anglais) et de ses certificats vérifiables (VCs pour Verifiable Credentials en
anglais), dont la gouvernance est gérée par l’utilisateur, en lui permettant de ne divulguer
que les informations nécessaires, tout en ayant le pouvoir de les révoquer.
En faisant le lien avec l’Internet des objets (IoT), où l’utilisation des dispositifs
IoT a augmenté à un rythme rapide, la conception d’une identité numérique pour les
objets connectés est un cas d’utilisation qui n’est pas pris en compte dans de nombreux
systèmes de gestion des identités. Les cadres conventionnels de gestion de l’identité et
de la confiance sont conçus pour les humains et non pour les appareils, et l’identité
numérique est principalement liée à des personnes ou à des systèmes d’information
d’entreprise qui sont également gérés par des personnes. Permettre aux équipements
IoT d’avoir leur propre identité ouvre de nouvelles possibilités, car il existe aujourd’hui
une présence importante de dispositifs "autonomes" ou "intelligents", qui peuvent agir et
prendre des décisions seuls ou avec l’aide partielle de l’homme. Ces décisions impliquent
généralement une communication entre différents équipements, et l’utilisation de l’identité
auto-souveraine pour prouver que les dispositifs sont bien ceux qu’ils prétendent être
permet à de nombreux cas d’utilisation d’être plus sûrs et moins sujets aux attaques
[1, 2].
18 Proceedings of the 29th C&ESAR (2022)
L. Ouaili, S. Bouzefrane, E. Kornyshova et al
2. Contexte et travaux connexes
Dans cette section, on présente les implémentations actuelles qui divisent les IdMSs
en deux paradigmes pour gérer les identités sur Internet: les systèmes traditionnels et
les systèmes décentralisés, puis le concept de la Blockchain et son lien avec l’identité
auto-souveraine (SSI). Cela mettra en avant l’intérêt de la décentralisation et la possibilité
de passer des systèmes d’identité numérique centralisés à des systèmes décentralisés grâce
à la SSI.
Les systèmes traditionnels de gestion des identités reposent sur trois acteurs: Les sujets,
les fournisseurs de services (SP pour Service Provider en anglais) et les fournisseurs
d’identité (IdP Identity Provider). Les IdMS traditionnels dépendent principalement
d’un IdP centralisé qui effectue les opérations de création, de mise à jour, de gestion et de
suppression des identités des utilisateurs [3]. Les parties dépendent les unes des autres de
la manière suivante: le sujet demande l’accès aux services du RP, qui à son tour demande
à l’IdP de vérifier l’identité du sujet par le biais d’un protocole d’authentification. Dans le
paradigme centralisé, l’évolution des implémentations a commencé par des modèles isolés,
ensuite centralisés, puis à fédérés/centrés sur l’utilisateur. Tous ces modèles dépendent
toujours d’une architecture centralisée.
Face à des problèmes tels que le point de défaillance unique d’un système centralisé
de gestion de l’identité et les problèmes de confidentialité qui ont été signalés (comptes
Facebook piratés 1 2 [4, 5]), les systèmes traditionnels présentent des inconvénients
majeurs: comme les données nécessaires de l’utilisateur pour accéder à un service
appartiennent à l’IdP, les IdP sont plus sujets aux attaques étant donné qu’un serveur
centralisé peut être visé. En outre, dans un scénario IoT, avec l’explosion du nombre de
dispositifs, la centralisation pose des problèmes inhérents d’évolutivité, d’authentification
et du transfert sécurisé d’informations pour la structure centralisée [6]. Enfin, la plupart
des systèmes traditionnels fonctionnent de manière non transparente [6]. Cela soulève des
questions de confidentialité, puisque les utilisateurs ne sont pas pleinement conscients des
pratiques d’une organisation, par exemple inclure la vente de leurs données à des tiers.
Avant d’aborder le sujet de la SSI, rappelons que pour accéder à un service sur le web
un système de confiance est parfois nécessaire, les utilisateurs échangent des informations
pour valider leurs affirmations, cet échange numérique correspond à ce que nous faisons
dans le monde réel: l’utilisateur prouve une déclaration qui dépend du service et de ce
qui est exigé de lui en envoyant un justificatif qui prouve qu’il est éligible pour cette
déclaration (certificat de naissance ou de conduite par exemple). Pour garantir la validité
du certificat, un système de confiance est établi entre le détenteur, celui qui va vérifier
et celui qui délivre le certificat. Puisqu’il n’existe pas de méthode pour prouver qu’une
déclaration est réelle dans le monde numérique, jusqu’à présent, la confiance accordée
aux informations échangées se fait via des documents signés par des autorités officielles,
ces documents sont souvent scannés et utilisés de manière dématérialisée. Cette méthode
n’est malheureusement pas fiable puisqu’il est possible de falsifier les documents officiels
1
https://www.nytimes.com/2018/09/28/technology/facebook-hack-data-breach.html
2
https://www.bbc.com/news/technology-46065796
Proceedings of the 29th C&ESAR (2022) 19
Vers une gestion d’identités auto-souveraine pour les dispositifs IoT
et de créer de fausses copies.
La SSI est considéré comme une nouvelle façon de gérer les identités vu comme un
changement profond de technologie capable de faire face aux défis actuels des IdMSs, où
les assertions tels que les certificats sont signées numériquement (par cryptographie), ce
qui les rend infalsifiables. Bien que les concepts de SSI existaient déjà (une identité unique
(DID) contrôlée par son utilisateur et la notion de certificat vérifiable), la question était
de savoir comment les combiner dans un système décentralisé pour créer des standards
et gérer les identités numériques. Et c’est là que le potentiel de la technologie blockchain
est apparu, sa nature décentralisée peut être appliquée au-delà des crypto-monnaies,
comme par exemple le transfert, la validation et l’échange d’informations dans un système
décentralisé sans passer par un tiers. Les concepts de base du SSI et la façon dont ils
sont combinés sont présentés ci-dessous :
• Certificats vérifiables (en anglais: Verifiable credentials VCs);
• Identifiants décentralisés (DIDs);
• Registre distribué tel que la Blockchain.
Figure 1: Les principaux rôles impliqués dans l’échange de VCs. La vérification de la signature
numérique est la partie du processus permise par les réseaux de blockchain publics ou à permission.
Tirée de [7].
Le diagramme ci-dessus montre les différents rôles et les flux d’informations associés
aux 3 acteurs : Émetteur, Détenteur et Vérificateur, avec des différences fondamentales
aux modèles précédents des IdMSs. Dans l’architecture de base de la SSI, la création
des certificats VCs est séparée de l’identification, la génération des certificats VCs est
associée à un identifiant DID indépendant des services et les processus de leurs gestion
dépendent de la blockchain.
Les certificats vérifiables (VCs) sont un ensemble d’affirmations sur le sujet, qui imitent
le certificat réel, comme les cartes de crédit et les passeports. Le format standard des VCs
suit la norme répertoriée par le World Wide Web Consortium W3C et qui sont alimentés
20 Proceedings of the 29th C&ESAR (2022)
L. Ouaili, S. Bouzefrane, E. Kornyshova et al
par la cryptographie, ce qui les rend authentiques et inviolables. Pour faciliter la mise en
œuvre du modèle papier, la recommandation du W3C 3 propose une architecture pour
les VCs, qui contient les informations suivantes : un identifiant du sujet, un ensemble de
revendications associées au sujet. Des métadonnées sur les revendications elles-mêmes,
telles que l’entité qui les a faites, une date d’expiration et une signature numérique
par l’émetteur des revendications. Les VCs sont censés être privés et stockés dans un
portefeuille personnel et ne doivent être partagés que si c’est nécessaire. Afin d’améliorer
la confidentialité, la spécification des VCs prend en charge un algorithme de cryptographie
ZKP (les preuves théoriques de l’algorithme sont présentés dans [8]), où les détenteurs
du VC présentent une preuve avec une divulgation minimale de données sensibles et
personnelles aux vérificateurs. Avec la ZKP, il est possible de prouver des affirmations
telles que "J’ai une signature", sans rien dire de plus (c’est-à-dire sans révéler à quoi
ressemble la valeur associée à cette signature). Pour qu’un détenteur puisse utiliser un
justificatifs vérifiable à connaissance zéro, il faut qu’un émetteur ait émis une signature
"une preuve", de sorte que le détenteur puisse présenter les informations à un vérificateur
d’une manière qui renforce la confidentialité. La pratique courante consiste à prouver la
connaissance de la signature, sans révéler la signature elle-même. Selon le W3C, il existe
deux exigences pour les justificatifs vérifiables lorsqu’ils doivent être utilisés dans des
systèmes de preuve à connaissance zéro.
• Le certificat vérifiable doit contenir une preuve, utilisant la propriété de preuve
(l’algorithme [8]), afin que le détenteur puisse dériver une présentation vérifiable
qui ne révèle que les informations que le détenteur a l’intention de révéler.
• Si un standard de certificat est utilisé, celui-ci doit être définie dans le schéma
général d’un certificat vérifiable, de sorte qu’il puisse être utilisé par toutes les
parties pour effectuer diverses opérations cryptographiques à connaissance zéro.
L’utilisation des VCs pour prouver des revendications ou des déclarations au vérificateur,
est souvent associée à un sujet (personne, dispositif IoT, organisation). Dans ce cas, il est
utile d’utiliser un identifiant qui représente les mêmes objets. Dans le Web, l’identification
d’une ressource (la ressource est utilisée au sens général : images, service, personne...) se
fait par un identifiant de ressource uniforme (URI) divisé en deux sous-classes : URLs et
URNs (voir [7] pour plus de détails). Dans la SSI, le DID est un nouveau type d’identifiant
créé pour chaque entité et ne contient que des informations pseudonymes, il peut être
soit un URL soit un URN, et peut être résolu via le résolveur de DID pour obtenir des
informations sur la ressource identifiée par le DID. Cette première définition peut être
similaire au processus du système des noms de domaine (DNS), mais ce qui différencie
le DID des autres URL est l’identifiant cryptographique vérifiable et les couches de
décentralisation. Il est important de noter que la production et le contrôle d’un identifiant
sont séparés de la production de VCs à cet identifiant. Les solutions les plus connues
pour supporter le cadre SSI sont uPort4 , Sovrin35 , et Hyperledger Indy6 , elles diffèrent
3
https://www.w3.org/TR/vc-data-model/#zero-knowledge-proofs
4
https://www.uport.me/
5
https://sovrin.org/
6
https://www.hyperledger.org/projects/hyperledger-indy
Proceedings of the 29th C&ESAR (2022) 21
Vers une gestion d’identités auto-souveraine pour les dispositifs IoT
principalement au niveau des mécanismes de consensus incorporés dans les technologies
Blockchains comme le mécanisme de tolérance aux pannes [9, 10].
La Blockchain est un registre introduit pour la première fois en 2008 dans le contexte
de la crypto-monnaie Bitcoin [11], il est composé de plusieurs blocs liés entre eux et
contenant des informations qu’on appelle transactions. Ce qui caractérise ce registre
par rapport aux autres, c’est sa décentralisation, sa persistance, son anonymat et son
auditabilité [12]. Il n’est pas nécessaire de faire valider les transactions par une autorité
centrale (par exemple, une banque), de plus, elles sont visibles par tous les utilisateurs du
réseau, et doivent être confirmées pour être ajoutées au bloc. Il est presque impossible de
falsifier un bloc et de l’ajouter à la Blockchain puisque chaque bloc est vérifié et validé
par d’autres nœuds. Les blocs sont protégés par le consensus de l’ensemble du réseau
grâce à l’arbre de Merkle utilisé pour vérifier l’intégrité des transactions du bloc, ce qui
permet l’immuabilité du grand livre.
Bien que les concepts fondamentaux de la SSI soient indépendants de la technologie
Blockchain, ils sont utilisés ensemble. La technologie Blockchain permet un consensus
décentralisé pour gérer des identités uniques et évite le passage par un tiers de confiance
(TTP). Cependant, au-delà de la centralisation, un problème subsiste : les systèmes
classiques de gestion des identités (par exemple OAuth, OpenID) basés sur des comptes
et des certificats numériques posent des problèmes de confidentialité. Les certificats
contiennent des informations sensibles d’identité, ce qui compromet la vie privée des
détenteurs de certificats et, par conséquent, peut ne pas convenir au stockage dans des
grands registres distribués et immutables. Pour résoudre ces problèmes, l’utilisation des
DIDs a été proposée et la Blokchcain va servir en partie à stocker ces DIDs.
3. État de l’art sur l’identité auto-souveraine
Dans cette section, nous examinerons les travaux de recherche connexes sur les SSI, dont
certains couvrent une étude exhaustive sur les concepts, d’autres évoquent les défis et les
avantages. Enfin, nous identifierons les problématiques de recherche les plus pertinentes.
Pour ce faire, nous nous appuyons sur plusieurs ressources que nous résumons dans le
tableau suivant pour capturer les travaux pertinents du sujet:
SSI 2018 2019 2020 2021 2022
[13] [14] [15] [16] [17][18] [19] [20] [21] [22] [23]
IEEE [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33]
[34] [35] [36] [37] [38] [39]
[40] [41] [42] [43] [44]
- - [45] [46] [47] [48]
ACM - [49] [50] [51]
[52] [53] -
[54] - - [55] [56]
Science direct: - - - [57]
22 Proceedings of the 29th C&ESAR (2022)
L. Ouaili, S. Bouzefrane, E. Kornyshova et al
D’après ces travaux publiés dans les bibliothèques numériques les plus célèbres, la SSI
semble être relativement récente, mais il y avait déjà des discussions sur le sujet par des
industries et des travaux de thèse et de master. Les plus cités d’entre eux sur google
scholar ont été publiés en 2016. Un ouvrage de la fondation indépendante Sovrin [58], qui
propose des implémentations open source de la SSI et la vision de Christopher Allen 7 . Ils
rappellent l’évolution chronologique des modèles d’identité existants (fédérés, centrés sur
l’utilisateur) ainsi que leur architecture centralisée qui pose de multiples inconvénients,
ils donnent leur vision de l’identité souveraine et la considèrent comme la prochaine et
dernière étape de cette évolution ainsi qu’un modèle successeur du modèle user-centric.
Une preuve de concept et une architecture pour un système d’identité décentralisé ont
été proposés [59]. En ce qui concerne la gestion décentralisée de l’identité, le potentiel
des registres distribués tels que la blockchain pour assurer le rôle de l’interaction des
acteurs (émetteur, détenteur et vérificateur) a été mis en avant dans ces travaux.
Concernant l’approche abordée sur la SSI, il existe un fossé entre les industries, les
fondations indépendantes et la recherche académique. Les deux premiers étant axés sur
le code open source et les architectures logicielles pour la mise en œuvre de la SSI en tant
que service. Bien qu’il s’agisse de codes open source, il manquait une analyse approfondie
et de cadre formel sur les différentes solutions pour expliquer certains choix de mise
en œuvre, par exemple le choix du registre (blockchain ou autre comme The Tangle).
Ceci a conduit à la publication de nombreux travaux listés dans le tableau ainsi que
d’autres trouvés sur google scholar. Certains d’entre eux proposent un cadre formel ou
une étude complète de la SSI [14] [25][29] [31] [17] [19] [54], ainsi que sa compatibilité avec
le règlement général sur la protection des données (RGPD) [16] [50]. D’autres travaux se
concentrent sur les workflows pour sa création (étapes de création du DID et des VC
jusqu’au vérificateur) [52], discutant des difficultés et des limites de ces concepts [45][30].
Des analyses et des comparaisons des implémentations de Sovrin et de uPort basées sur
les exigences de la SSI ont été effectuées (par exemple en termes de longévité, de sécurité,
de confidentialité, d’interface, d’évolutivité) [15]. Des architectures et des modèles de
conception caractérisant la SSI ont été proposés pour le développement de logiciels [46]
[22].
Notons que la SSI s’affranchit des autorités centrales, en se basant sur une gestion
décentralisée, dans le sens où non seulement plusieurs entités collaborent pour gérer les
VC, les DID, mais assurent également la réplication des données, leur persistance, et
leur intégrité entre ces entités avec un code open source, contrairement aux solutions
centralisées (modèle fédéré et centré sur l’utilisateur) qui sont généralement non transparentes.
Les registres distribués tels que la blockchain semblent être de bons candidats pour
répondre à ces exigences [20] [21] [26] [20].
De nombreux cas d’utilisation ont été proposé, nous en citons quelques-uns. Un système
d’identité pour l’eGovernement a été proposé [13], où il est possible de déplacer et de
connecter les identités centralisées et qualifiées du gouvernement au système SSI en
convertissant le format des données pour qu’il corresponde au format SSI et passer à la
gestion décentralisée en utilisant Hyperledger Indy, la transformation est faite via un
7
https://www.coindesk.com/markets/2016/04/27/the-path-to-self-sovereign-identity/
Proceedings of the 29th C&ESAR (2022) 23
Vers une gestion d’identités auto-souveraine pour les dispositifs IoT
agent agissant comme une interface. Un autre travail propose un modèle qui remplace
le modèle classique de contrôle d’accès aux ressources [17], où le stockage de données
sensibles telles que les attributs des utilisateurs est nécessaire. Dans leur modèle, la SSI
permet l’accès aux ressources en associant les VCs et le registre distribué aux politiques
d’accès. Le processus de révocation dans la SSI est une étape importante, un modèl a
été proposé dans les scénarios du monde réel (par exemple, lorsqu’un officier de police
révoque un VC) [18], Il permet la révocation des VCs lorsque le vérificateur est hors
ligne.
Bien que la partie conceptuelle ait été abordée par la majorité des travaux cités ci-
dessus, il manque un travail approfondi sur les SSI et la décentralisation basée sur les
technologies des registres distribués. En effet, les blockchains dépendent principalement
de protocoles, plus précisément d’algorithmes de consensus qui sont nécessaires pour
assurer le fonctionnement et la gestion de ces registres. Ces consensus dépendent de
plusieurs facteurs, tels que le cas d’utilisation qui influencera le choix du type de registre
(avec permission ou public), la sécurité et l’intégrité du registre (par exemple PoW
utilisant la chaîne de hachage [60] dans le bitcoin a été choisi pour éviter l’attaque sybil
[61] et la falsification de la blockchain, RBFT (Redundant Byzantine Fault Tolerance) a
été choisi dans Hyperedger Indy, où la blockchain est avec permission), l’autorisation ou
non du fork (Bitcoin autorise le fork Hyperledger et Ripple 8 ne l’autorisent pas). Ceci
nous amène à des axes de recherche avec plusieurs directions que nous résumons dans ce
tableau:
Identité auto-souveraine (Self-Sovereign identity)
Décentralisation Conception et cas d’utilisation
Les algorithmes de consensus Registre distribué
PoW, PoS, Ripple Nécéssité d’une blockchain ou pas Développement logiciel, cas d’applications
PBFT, PoET Type de Blockchains standardisation, diagrammes et architectures du système
RBFT, Paxos avec ou sans permission concepts et modélisation
Où : PoW (Proof of Work), PoS (Proof of Stake), RBFT (Redundant Byzantine Fault
Tolerance), (PoET) Proof of Elapsed Time.
Dans le paragraphe suivant nous examinons quelque travaux sur la SSI liés à
l’environnement IoT, cela nous permettra d’identifier deux axes de recherche dans cette
thématique.
Des cas d’utilisation, les technologies et les défis liés à l’application de la SSI dans le
contexte de l’IoT ont été présentés [24]. Les auteurs fournissent une comparaison détaillée
des cadres les plus prometteurs axés sur les SSI (Hyperledger Indy, uPort, BlockStack,
VeresOne, Jolocom). Les défis soulignés par cet article illustrent les questions clés pour
l’adoption et l’utilisation des SSI dans les domaines utilisant l’IoT. Dans l’article [34], les
auteurs fournissent une analyse et une comparaison des modèles de données standard
(PGP, X.509, SSI) en fonction de l’unicité de l’identifiant, de la gestion centralisée, des
points de terminaison des services et soulignent que seul la SSI permet les schémas
sémantiques. Ils discutent également des avantages de la SSI dans le contexte de l’IoT,
tels que la confidentialité et la décentralisation, et établissent qu’il s’agit de la meilleure
8
https://ripple.com/files/ripple_consensus_whitepaper.pdf
24 Proceedings of the 29th C&ESAR (2022)
L. Ouaili, S. Bouzefrane, E. Kornyshova et al
option pour la gestion de l’identité numérique dans les écosystèmes IoT. D’autres défis
sont abordés, tels que les capacités de stockage des dispositifs IoT, le traitement limité et
les ressources énergétiques pour les algorithmes de cryptographie très utilisés dans la SSI.
Une explication des contraintes de gestion d’identité des dispositifs IoT et une
présentation des cadres les plus utilisés pour mettre en œuvre la gestion d’identité
décentralisée (uPort, Hyperledger et Indy) a été considérée [40]. Les auteurs proposent
également une nouvelle solution pour la gestion de l’identité des dispositifs IoT basée sur
la SSI et le Tangle IOTA [62], qui est l’un de ces nouveaux modèles de technologie de
registre distribué, comme une alternative à la Blockchain et fondamentalement axée sur
l’IoT.
L’identification unique des dispositifs IoT via la SSI a été envisagée. Un travail se basant
sur la blockchain Ethereum pour émettre un identifiant depuis le processus de fabrication
basé sur la SRAM (Static random access memory) et la PUF (Physically Unclonable
Function) a été proposé [27]. Un autre travail publié plus tard [63], où les auteurs
considèrent l’identification des dispositifs depuis leur fabrication jusqu’à leur utilisation
pour avoir une transparence sur leur origine et leur historique, ce qui assure une preuve
d’origine pour la traçabilité des dispositifs. Leur approche est basée sur l’application du
concept de SSI pour identifier les dispositifs et sur Blockchain pour assurer l’immuabilité
et l’autonomie. Ils considèrent également l’enregistrement dans l’environnement du client
en utilisant le bootstrapping des infrastructures de clés sécurisées à distance (BRSKI)
[64]. Un prototype de mise en œuvre de la solution a été réalisé en utilisant la blockchain
Ethereum et des jetons Web JSON (JWT). Ils fournissent une analyse des forces et des
faiblesses d’un tel système.
Une preuve de concept d’un système basé sur la SSI a été développée pour le
cas d’utilisation des réseaux de chargement des véhicules électriques [65], en utilisant
Hyperledger Indy et Aries.
Une analyse approfondie est faite sur la façon d’utiliser SSI pour garantir que les taux
d’émission produits par les dispositifs de l’Internet des véhicules (IoV) (un sous-type de
dispositifs IoT) sont vérifiables et non falsifiés [2]. Dans cet article, Hyperledger Indy est
utilisé pour authentifier et autoriser des entités sur un réseau Hyperledger Fabric.
Du point de vue de la recherche académique, la plupart des IdMSs basés sur la
blockchain pour l’IoT représentent des solutions génériques, où la SSI est appliquée pour
un cas d’utilisation particulier. Un autre sujet de recherche intéressant est l’intégration
de la SSI dans l’environnement IoT en termes de décentralisation. Un environnement
IoT présente de nombreux défis tels que les contraintes de ressources et de capacité
de stockage comparé à l’utilisation de serveurs ou de dispositifs à haute performance
tels que les GPU. Maintenant que le nombre d’IoT augmente, l’étude de la possibilité
de décentraliser les tâches dans l’IoT, permettrait l’évolutivité lorsque des millions de
dispositifs auront besoin d’une identité pour accéder aux ressources.
Dans [28], les auteurs se basent sur le Tangle, un registre différent de la blockchain
et adapté à l’IoT, il ne nécessite ni processus de minage ni frais de transaction. Dans
leur concept, chaque IoT crée sa propre identité. Il évalue la scalabilité avec une mise en
œuvre de la preuve de concept, mais les capacités et les contraintes de l’IoT n’ont pas
été précisées.
Proceedings of the 29th C&ESAR (2022) 25
Vers une gestion d’identités auto-souveraine pour les dispositifs IoT
Le plus récent et premier article sur la décentralisation dans l’IoT en termes
d’algorithmes de consensus a été publié en 2022 [51], ses auteurs proposent des algorithmes
de consensus pour la blockchain adaptés à l’environnement IoT. Mais il n’y a pas de
spécification sur son intégration dans la SSI. Il concerne principalement la thématique
systèmes distribués.
Comme le titre de cet article l’indique, l’investigation de la SSI dans l’IoT, peut être
interprétée par deux axes :
• Donner une identité aux dispositifs IoT, c’est-à-dire utiliser les concepts déjà
existants et proposer des identités adaptées à un cas d’utilisation.
• Gérer la décentralisation de la SSI dans un environnement IoT, qui comprend des
algorithmes de consensus et des registres distribués, gérés par des dispositifs IoT,
en tenant compte des contraintes de l’environnement IoT, tels que les capacités de
stockage et la performances du calcul ([24],[34]).
4. Le lien entre les systèmes distribués et la blockchain: niveau
de décentralisation et type d’attaques dans un milieu
décentralisé
Le cadre de gouvernance Hyperledger Indy/Sovrin est le cadre le plus largement utilisé
pour gérer l’identité auto-souveraine selon les travaux précédents. Pour situer le contexte,
le projet Hyperledger Indy fait partie de l’écosystème Hyperledger, hébergé par la
Fondation Linux, et son objectif principal est de fournir un écosystème pour développer
des solutions d’identité décentralisée. La blockchain d’Indy se caractérise par une
blockchain à permission, le consensus est obtenu à l’aide de l’algorithme Plenum utilisant
RBFT (Redundant Byzantine Fault Tolerance), une famille des algorithmes des systèmes
distribués similaires aux PBFT, mais plus robustes [66].
L’objectif de cette section et de lier les systèmes distribués à la blockchain, pour
expliquer les choix des industries dans les applications décentralisées, notamment
Hyperledger Indy. Cette section nous permettra de comprendre le niveau de
décentralisation d’un système reposant sur la blockchain et le type d’attaques considérées.
Le lien se situe principalement dans la réplications des machines à états (SMR: State
Machine Replication) et l’ordre d’exécution des requêtes qui se ramène à un problème
fondamentale dans les systèmes distribués: le problème du consensus.
Une décentralisation d’une tache en informatique nécessite la collaboration de plusieurs
noeuds (processeurs) séparés pour réaliser un but spécifique. Par exemple, dans l’identité
décentralisée, lorsque des requêtes de création du DID sont lancées, les noeuds participants
du système qui maintiennent le registre distribué, exécutent un protocole pour se mettre
d’accord sur l’ordre et la validité de la transaction. La disponibilité de cette information
(DID dans le registre) à travers différents noeuds et le protocole de son exécution est
un processus de réplication qui améliore la fiabilité et la performance des systèmes et
s’affranchit d’un serveur central vulnérable aux attaques. La conservation de plusieurs
copies fournit une meilleur protection et accessibilité à la donnée.
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L. Ouaili, S. Bouzefrane, E. Kornyshova et al
L’exemple ci-dessus s’inscrit dans la théorie des systèmes distribués dans un axe
classique et bien étudié : Distributed information Systems. La représentation la plus
courante pour modéliser un problème de réplication est les machines à états, dont l’objectif
est d’assurer la copie d’une donnée vers plusieurs noeuds, sous plusieurs défis: cohérence,
disponibilité, tolérance aux fautes byzantines (arrêt inopiné de la machine, exécution
d’opération incorrecte, faute arbitraire (processus géré par un attaquant),etc.).
La cohérence d’un système sous le modèle SMR, consiste en sa capacité à converger
vers un état unique lorsque les transactions sont mises à jour. Une base de donnée
incohérente engendre des conflits qui mettent en cause la fiabilité du système.
Pour gérer une requête dans un système cohérent, le problème de coordination, qui exige
que les noeuds se mettent d’accord sur une sortie commune sur la base d’une d’entrées
(éventuellement conflictuelles); est fondamentale. Pour considérer des éventualités réelles,
le système suppose l’existence de noeuds défaillants dont le fonctionnement est byzantin
(faulty, explication de byzantin présentée dans le paragraphe précédent) et non défaillants
dans le processus fonctionne correctement. D’où la problématique du consensus. Tout
algorithme de consensus doit garantir les propriétés suivantes :
• Propriétés de vivacité: tous les nœuds non défaillants finissent par prendre une
décision.
• Propriétés de sûreté: tous les nœuds non défaillants s’accordent sur les mêmes
valeurs.
La blockchain du Bitcoin rentre bien dans ce cadre, puisque l’objectif est d’ordonner
totalement les transactions sur un registre distribué, constitué d’une chaîne de hachage
de blocs. Le consensus est ici obtenu par le biais de ce que l’on appelle Preuve de travail
(PoW), un défi mathématique basé sur le hachage qu’on appelle le minage, il est très
exigeant en termes de calcul. N’importe qui peut télécharger le code du minage du
Bitcoin et commencer à participer au protocole, en ne connaissant qu’un seul noeud au
départ. C’est une caractéristique très puissante des blockchains basées sur PoW, elle
traitent de manière inhérente l’attaque Sybil [67] [68].
Une famille particulièrement intéressante proche de la blockchain est celle avec des
protocoles de réplication de machine à états tolérants aux fautes byzantines (BFT),
qui promettent un consensus même en présences de noeuds malveillants (byzantins).
Historiquement, ils ont été reconnus comme étant très difficiles à concevoir et à mettre en
oeuvre. Le premier protocole (PBFT) garantissant des propriétés de sûreté et de vivacité
utilisable dans un système réel a été conçu par Barbara Liskov et Miguel Castro [69].
Les protocoles de telles famille (BFT) font l’objet d’un examen académique détaillé et
sont accompagnés de preuves mathématiques pour démontrer les propriétés du consensus.
Ceci n’est pas courant dans les nouvelles blockchain où même celle du Bitcoin qui sont
rarement accompagnée d’analyse formelle de la sécurité du système distribué.
Bien que nous ne détaillerons pas le fonctionnement du BFT, les éléments de cette
section nous permettent d’évoquer des différences fondamentales entre la blockchaine et
les algorithmes classiques de BFT, notamment en terme de décentralisation et le type
d’attaques considérées [67] [68]:
Proceedings of the 29th C&ESAR (2022) 27
Vers une gestion d’identités auto-souveraine pour les dispositifs IoT
• Niveau de décentralisation. La blockchain basée sur la PoW est entièrement
décentralisée. Connaître l’identité des noeuds n’est pas obligatoire contrairement à
la Famille de protocoles BFT, qui exige que chaque noeud doit connaître l’identité
des noeuds impliqués dans le protocoles. Ce qui nécessite une gestion centralisée de
l’identité, où un tiers de confiance émet des identités et des certificats d’authenticité
des noeuds. D’où la notion blockchain avec permission (où l’exigence des identité
peut être imposée) et Blockchain public basée sur la PoW qui dépendent du cas
d’application. Ce qui explique en partie le choix des industriels sur les types de
blockchain.
• Type d’attaques considérées Dans la blockchain basées sur la PoW on tient compte
de la puissance du hashage qui dépend de la puissance de calcul. Au début du
Bitcoin, on pensait que tant que l’adversaire contrôle moins de 50% de la puissance
de calcul, le système est invulnérable. Plus tard il a été démontré qu’il est vulnérable
même si l’attaquant contrôle 25 % de la puissance de calcul. En revanche, les
familles de protocoles BFT avec 𝑛 noeuds dans le système, peuvent tolérer au
maximum 𝑛3 noeuds byzantins. Cette assertion se généralise lorsqu’un adversaire
contrôle un sous-ensemble de noeuds[70].
Notons qu’il existe d’autres facteurs associés aux deux précédents qui justifient les choix
industriels, tels que la scalabilité, la performance, des hypothèses de synchronisation du
réseau et l’existence de preuves formelles d’exactitude des protocoles [67] [68].
Lorsqu’un projet nécessite un système pérenne, répliqué dans un registre cohérent, de
manière décentralisée (plusieurs niveaux de décentralisation sont possibles), qui fournit
un historique complet de transactions vérifiées, alors la blockchain serait un bon candidat.
En revanche, si le système ne requiert pas de telles exigences, une simple base de donnée
chiffrée peut être utilisée. Si la blockchain est choisi, les éléments cités précédemment
impactent les prises de décisions liées à l’architecture du système, tels que le problème
du consensus et les types de blockchain.
5. Conclusion
Comme pour la finance décentralisée, la Blockchain inspire une transformation
fondamentale sur la vision de l’identité et la confiance en ligne. Pourtant, l’identité
et l’argent sont très étroitement liés en terme de valeur, et ce n’est qu’en 2015 que le
modèle décentralisé de l’identité a émergé. Dans ce travail une explications des concepts
et le potentiel de la SSI a été rappelé ainsi qu’un état de l’art permettant d’identifier les
problématiques, les cas d’applications et les axes de recherche majeurs pour la mise en
place de l’identité décentralisé dans l’IoT. Ce travail présente aussi une comparaison entre
la blockchain et les algorithmes de consensus en terme de décentralisation et de sécurité
et les éléments importants à considérer pour des projets décentralisés. Les travaux menés
dans cet article ouvrent des pistes pour de futurs travaux. Nous envisageons de nous
diriger vers l’axe de la décentralisation dans l’IoT, une première piste dans cette direction
est de proposer un algorithme du leader election adapté à l’environnement IoT qui sera
ensuite testé et comparé avec le consensus de Hyperledger Indy.
28 Proceedings of the 29th C&ESAR (2022)
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