Systèmes sur puce : cours de Terminale NSI

Tu utilises des objets qui contiennent un petit ordinateur sans jamais le voir : une carte bancaire, une carte de transport, une carte SIM. Dans ces objets, tout le matériel nécessaire au calcul est rassemblé dans une minuscule puce électronique. C'est l'idée qui guide ce chapitre : passer des circuits aux systèmes sur puces, un intitulé que l'on retrouve parmi les ressources du programme de Terminale en numérique et sciences informatiques ¹.

Un exemple très parlant est la carte à puce : on la décrit comme un ordinateur classique ramené à la taille d'une puce ². En l'étudiant, tu comprends ce qu'on met dans une telle puce, comment un système d'exploitation y fonctionne et pourquoi la sécurité y pose des problèmes particuliers.

Ce chapitre se place dans la partie « Architectures matérielles, systèmes d'exploitation et réseaux ». Dans la même partie, tu étudieras aussi les processus, leur ordonnancement, l'interblocage et les protocoles de routage.

Pour comprendre un système sur puce, commence par lister ce qu'il contient. Une carte à puce (en anglais smart card) est constituée d'un processeur (CPU), d'une mémoire RAM, d'une mémoire ROM et d'une mémoire EEPROM ². C'est exactement la liste d'un ordinateur ordinaire, avec des composants beaucoup plus petits.

Un point mérite ton attention : la même source précise que le système d'exploitation gère aussi le microprocesseur, parfois accompagné d'un processeur dédié à la cryptographie, ainsi que le protocole de communication de la carte, généralement celui de la norme ISO 7816 ². Une carte ne fonctionne donc pas seule : elle dialogue avec un lecteur selon des règles précises.

Un système d'exploitation (OS) fait le lien entre le matériel et les applications. Celui d'une carte à puce, souvent appelé COS (Card Operating System), assure fondamentalement les mêmes fonctions que les autres systèmes, mais dans un contexte où les limites du matériel et les enjeux de sécurité sont plus marqués ².

Le microprocesseur est apparu progressivement dans les cartes. Cette évolution a permis à la carte d'exécuter des tâches plus complexes, à la manière d'un ordinateur, et a conduit à une standardisation grâce à l'arrivée de systèmes d'exploitation dédiés ³.

Les premières cartes ne faisaient tourner qu'un seul programme. La source décrit une évolution depuis un système mono-applicatif, où le système et l'application ne font qu'un (dès 1981), jusqu'aux cartes récentes qui gèrent plusieurs applications sur la même carte. Les architectures se classent en trois modèles ².

La source évoque aussi l'emploi, plus récent, d'hyperviseurs dans ce domaine ². Retiens surtout l'opposition entre le monde fermé, figé, et le monde à machine virtuelle, plus souple.

Une carte à puce stocke des secrets (codes, clés) et se trouve entre les mains de n'importe qui. La sécurité y est donc centrale. Elle repose d'une part sur des techniques matérielles propres, d'autre part sur la conception d'éléments logiciels spécifiques ³. Les développeurs de systèmes d'exploitation et d'applets écrivent les logiciels qui s'exécutent dans la carte elle-même ³.

Côté matériel, la source distingue trois familles de vulnérabilités ³.

Le 25 mars 1974, le Français Roland Moreno dépose le premier brevet portant sur un dispositif de carte à puce, autrement dit une mémoire protégée ³. Afin de tirer parti de son brevet, il fait de la société Innovatron une SARL ; celle-ci découle d'une association née en 1972 ³.

En 1988, Marc Lassus crée Gemplus en France. Jusqu'à sa fusion avec Axalto en juin 2006, cette société est le numéro un mondial de la carte à puce : de 1980 à 2006, elle met en circulation plus de 6,8 milliards de cartes. Le leader mondial est ensuite Gemalto, devant Oberthur Card Systems et Giesecke & Devrient ³.