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L'utilisation des blockchains pour renforcer la sécurité et améliorer la confiance dans les réseaux distribués Blockchain
No full textAs of 2016, the number of deaths induced by road injuries reached 1.35 million andis often due to human error. The technological expansion of the Internet and interconnected devices facilitate the exchange of information, sometimes vital. That is why a lot of work has been done towards the automatization of vehicles. Improving roadsafety is one of the motivational factors for research in this area and the widespreadadoption of Intelligent Transportation Systems (ITSs) and Vehicular Ad-hoc NETworks(VANETs).A VANET is defined as a particular ad-hoc network formed by vehicles with processingand wireless communication abilities, evolving in an urban environment (streets orhighways). Vehicles can communicate either directly or through an intermediary node.The main focus of security in VANETs and vehicular communications is on providingintegrity of the exchanged messages and availability of the services that support them,rather than the confidentiality of what they contain. Providing accountability, i.e. away to identify the communicating entities and hold them accountable for the messagesthey broadcast, in vehicular communications is essential. It ensures that any faulty ormisbehaving node is identified, revoked, eventually punished for its actions and subsequent consequences. However, such an identifying mechanism poses aprivacy risk to the users, even when they are behaving honestly.This thesis focuses on the delicate trade-off between anonymity and traceability indistributed systems such as ITSs. We study the use of blockchains in the constructionof privacy-preserving yet accountable threshold cryptographic primitives and theirapplication to the case of VANETs.Our first contribution is a blockchain-based group signature scheme with distributedopening functionality called DOGS. We will show that the system improves on atraditional group signature scheme and leverages a distributed key generation protocolto distribute the opener's role over a set of nodes called the sub-openers.Our second contribution is an anonymous-yet-traceable distributed key generation(DKG) protocol, called BAT-Key that utilizes a blockchain to provide trust amongthe participating distrusting entities. We will present how we augmented traditionalDKG propositions with the anonymity property that protects the identities of theparticipants.Our third contribution is a blockchain-based threshold encryption scheme with ananonymous-yet-accountable decryption service called TOAD. We will show that thescheme builds on threshold encryption and proposes a collaborative decryption processthat protects the identity of the decryption servers.Throughout the chapters, we will explain how the use of blockchain guaranteesthe traceability of the actions performed within the system by anonymous nodes andtherefore ensuring their accountability while preserving privacy.These schemes are of utmost importance in the era of digitization, even outside thefield of ITS. Yet, we chose to exemplify their significance in the context of VANETsthrough our last contribution: the description of our construction of a blockchain-basedprivacy-preserving yet accountable Traffic Reporting system.En 2016, le nombre de décès dus aux accidents de la route atteignait 1,35 million, et ces accidents sont souvent imputable à l’erreur humaine. L'expansion technologique d'Internet et des réseaux interconnectés facilitent l'échange d'informations, parfois vitales. C'est pourquoi beaucoup de travaux ont été produit sur l'automatisation des véhicules. L’amélioration de la sécurité routière est l'un des facteurs qui motive la recherche dans ce domaine et pousse vers l’adoption de systèmes de transport intelligents (ITS) et de réseaux véhiculaires ad hoc (VANET).Un VANET est défini comme un réseau ad-hoc particulier, formé de véhicules capables de communiquer et de traiter l’information reçue, et évoluent en milieu urbain (rues ou autoroutes). Les véhicules peuvent communiquer directement, de pair à pair, ou via un nœud intermédiaire. L'objectif principal de la sécurité des VANETs et des communications véhiculaires est de fournir l'intégrité des messages échangés et la disponibilité des services qui supportent ces échanges. La protection de la confidentialité de ce qu'ils contiennent est un objectif secondaire car non vital. Assurer la responsabilité, c'est-à-dire proposer un moyen d'identifier les entités communicantes et de les tenir responsables pour les messages qu’ils diffusent, est essentiel voire légalement obligatoire. Ce mécanisme doit garantir que tout nœud qui subit une faute, panne ou agit de façon malveillante, soit identifié, révoqué, finalement puni pour ses actions et leurs conséquences. Cependant, un tel mécanisme d'identification pose un problème et risque de compromettre la vie privée des utilisateurs, même lorsqu'ils sont honnêtes. Cette thèse porte sur le délicat compromis entre anonymat et traçabilité dans systèmes distribués tels que les ITSs. Nous étudions l'utilisation des blockchains (chaînes de blocs) dans la construction de primitives cryptographiques à seuil. Ces primitives sont utilisées afin de préserver la vie privée mais aussi la responsabilité des acteurs et étudiées dans leur application au cas des VANETs. Notre première contribution, appelée DOGS, est un schéma de signature de groupe basé sur la blockchain qui propose la fonctionnalité d'ouverture distribuée. Nous montrons, dans cette thèse, que le système améliore un schéma de signature de groupe existant et exploite un protocole de génération de clé distribuée pour répartir le rôle de l'ouvreur (Opener) sur un ensemble de nœuds appelés les sous-ouvreurs (sub-openers).Notre deuxième contribution est une génération de clé distribuée anonyme mais traçable, appelé BAT-Key, qui utilise une blockchain pour assurer la confiance entre les différentes entités qui composent le système. Dans la suite de la thèse, nous expliquons comment nous avons amélioré les protocoles traditionnels avec la propriété d'anonymat qui protège l'identité des participants. Notre troisième contribution, appelée TOAD, est un schéma de chiffrement à seuil basé sur la blockchain avec un service de déchiffrement anonyme mais traçable. Nous montrons que le schéma s'appuie sur un schéma de chiffrement à seuil connu et l’améliore par un processus de déchiffrement collaboratif qui protège l'identité des serveurs de déchiffrement. Tout au long des chapitres, nous expliquons comment l'utilisation de la blockchain garantit la traçabilité des actions effectuées au sein du système par des nœuds anonymes et assure ainsi leur responsabilité tout en préservant la vie privée. Ces schémas sont de la plus haute importance dans l'ère du numérique, même en dehors du domaine des ITSs. Pourtant, nous avons choisi d'illustrer leur importance dans le contexte des VANETs à travers notre dernière contribution : la description de notre construction d'un système de rapport de trafic routier basé sur la blockchain qui préserve l’anonymat des nœuds qui rapportent les informations, mais les tient pour responsables de leurs messages en cas de litige
Caractérisation et exploitation des erreurs conjointes de multitrajet et de bruit thermique pour les estimateurs PVT GNSS faible coût, en environnement urbain dense
No full textAchieving an accurate localization is a significant challenge for low-cost GNSS devices in dense urban areas. The main limitations are encountered in the urban canyons, consisting in a reduced satellite signal availability and a positioning estimation error due to the impact of Line-of-Sight and Non Line-of-Sight multipath phenomenon. This PhD study allows to understand the impact of the multipath phenomenon on the low-cost GNSS receivers and to prove the need of accurate assessment of the multipath error model affecting the GNSS measurements, especially in urban environment. It consists in the investigation, characterization, and finally, exploitation of the multipath error components affecting the pseudorange and pseudorange-rate measurements, of a single frequency, dual constellation GNSS receiver in the urban environment, operating with GPS L1 C/A and Galileo E1 OS signals. The first goal consists in providing a set of methodologies able to identify, isolate and characterize the multipath error components from the measurements under test. However, considering that the isolation of the multipath error is a complex operation due to the superimposed effects of multipath and thermal noise, the final method consists of isolating the joint contribution of multipath and thermal noise components. The isolated multipath and thermal noise error components are firstly classified depending the corresponding received signal /0 values, and, secondly, statistically characterized by means of Probability Density Function, sample mean and sample variance. Also, the temporal and spatial correlation properties of the isolated error components are calculated by means of a methodology which estimates the temporal correlations as a function of the receiver speed. In addition, an image processing methodology based on the application of a sky-facing fish-eye camera provides the determination of an empirical /0 threshold equal to 35 dB-Hz used to qualitatively identify the Non Line- Of-Sight and Line-Of-Sight received signal reception states. The resulting errors are characterized by a nonsymmetrical, positive biased PDF for a /0 lower than 35 dBHz, while they are characterized by a symmetrical and zero-centred PDF for a /0 higher than 35 dB-Hz. Correlation times for pseudoranges are ranged from around 5s for static and very low speed dynamics to around 1s for high-speed dynamics. Correlation times for pseudorange-rates ranged from around 0.5s for static and very low speed dynamics to around 0.2s for high-speed dynamics, due to the data-rate limitations. The second goal consists in exploiting the multipath and thermal noise error models and the LOS/NLOS received signal reception state estimation in a low-complex EKF-based architecture to improve the accuracy of the PVT estimates. This is obtained by implementing some techniques based on the measurement weighting approach to take into account the statistical properties of the error under exam and by the application of a time differenced architecture design to exploit the temporal correlation properties. Positioning performance of the tested solutions surpassed the performances of a simple EKF architecture and are comparable to the performances of a uBlox M8T receiver.Fournir une localisation précise en environnement urbain dense reste un véritable défi pour des récepteurs GNSS grand public. Les limitations principales sont rencontrées dans les zones urbaines où il existe une réduction des signaux GNSS disponibles et la formation d’erreurs d’estimation de la position créées par la présence de lignes de vue directes (LOS) et lignes de vue indirectes (NLOS), générées par le phénomène de multi-trajets. Cette thèse de doctorat consiste en l’analyse, la caractérisation, et finalement, l’exploitation des composantes des erreurs de multitrajets qui affectent les signaux et mesures des récepteurs GNSS grand public lors de leur utilisation dans un environnement urbain dense. Nos travaux portent plus particulièrement sur l’identification, l’isolement et la caractérisation des erreurs de multitrajet à partir des mesures de pseudodistances. Les données ont été captées par un récepteur GNSS monofréquence et biconstellations, utilisant les signaux GPS L1 C/A et Galileo E1 OS. Nous avons également travaillé sur l’exploitation des erreurs de multi-trajet par un algorithme innovant basé sur une architecture de filtre de Kalman 6 étendu (EKF) pour améliorer la précision et la robustesse de l’estimation de la PVT en environnement urbain dense. Considérant que l’isolement des erreurs de multi-trajet est complexe à cause de la superposition des effets causés par les multi-trajets à ceux générés par le bruit thermique du récepteur, la méthode finale que nous avons utilisée consiste à isoler la contribution conjointe des erreurs de multi-trajet de celles liées au bruit thermique. Nous avons en plus utilisé une technique de traitement des images fournies par une caméra à grand angle (vision à 360°) pour obtenir une information empirique sur le seuil de rapport signal-bruit /0 déterminé pour identifier et discriminer de manière empirique les lignes de vues indirectes (NLOS) des lignes de vue directes (LOS). Les erreurs de multi-trajet et de bruit thermique sont d’abord classées en fonction des valeurs de /0 des signaux reçus, puis elles sont statistiquement caractérisées par leur fonction de densité de probabilité (PDF) moyenne et variance d’échantillonnage. Ensuite nous estimons les propriétés des corrélations spatiales et temporelles des erreurs isolées grâce à une méthode d’estimation des corrélations temporelles en fonction de la vitesse du récepteur GNSS en mobilité urbaine. Enfin, nous proposons un algorithme basé sur un filtre de Kalman étendu (EKF) qui exploite le modèle d’isolement des erreurs de multi-trajet et de bruit thermique, les propriétés de corrélation spatiales et temporelles, les estimations d’état de lignes de vue directes et indirectes, pour améliorer la précision de l’estimation PVT des récepteurs grand public utilisés en environnements urbains. L’information sur la connaissance du modèle des erreurs de multitrajet et de bruit thermique et des lignes de vue directes/indirectes est exploitée grâce à des techniques de pondération et de masquage de l’information utile/inutile. Les propriétés des corrélations temporelles et spatiales sont utilisées par une architecture de timedifferencing Kalman Filter. Cette étude permet de mieux comprendre l’impact des phénomènes de multi-trajet sur des récepteurs GNSS grand public, et d’apporter une meilleure prise en compte de modélisation des erreurs de multi-trajet qui affectent les mesures GNSS spécifiquement en environnement urbain
Towards Automating Cryptographic Hardware Implementations: a Case Study of HQC
No full textInternational audienceWhile hardware implementations allow the production of highly efficient and performance oriented designs, exploiting features such as parallelization, their longer time to code and implement often bottlenecks rapid prototyping. On the other hand, high-level synthesis (HLS) tools allow for faster experimentation of software code to a hard- ware platform while demonstrating a reasonable extrapolation of the expected hardware behavior. In this work, we attempt to show a rapid, fast prototyping of the well known HQC algorithm, using HLS, and show how with a modification of certain parameters, varying degrees of comparable results can be obtained. These results, in turn, could be used as a guide for HDL-RTL developers to enhance their designs and better prototyping time in the future. Additionally, we also demonstrate that it is possible to benefit from HQC’s versatility; by achieving a low hardware footprint whilst also maintaining good performances, even on low-cost FPGA devices, which we demonstrate on the well known Artix-7 xc7a100t-ftg256-1
Robust SVM Optimization in Banach spaces
No full textWe address the issue of binary classification in Banach spaces in presence of uncertainty. We show that a number of results from classical support vector machines theory can be appropriately generalised to their robust counterpart in Banach spaces. These include the Representer Theorem, strong duality for the associated Optimization problem as well as their geometric interpretation. Furthermore, we propose a game theoretic interpretation by expressing a Nash equilibrium problem formulation for the more general problem of finding the closest points in two closed convex sets when the underlying space is reflexive and smooth
Analysis of Antenna Radiation Patterns by Means of Spherical Wavelets
No full textInternational audienceA new tool for analysing antenna radiation patterns is proposed in this article. This tool consists in applying a spherical wavelet transform to the radiation which is assumed to be known on a regular spherical-coordinates grid. This is an alternative solution to usual plane-waves or spherical harmonic expansions. The interest of using wavelets is to obtain a better analysis in terms of localization in position and/or direction. The direct link between spherical wavelets and spherical harmonics is also highlighted. The properties of this tool are illustrated by means of numerical experiments performed on two typical antennas, a canonical aperture and a pyramidal horn
Optimisation du trafic aérien à l'arrivée dans la zone terminale et dans l'espace aérien étendu
No full textAccording to the long term air traffic forecasts done by International Civil Aviation Organization (ICAO) in 2018, global passenger traffic is expected to grow by 4.2% annually from 2018 to 2038 using the traffic data of 2018 as a baseline. Even though the outbreak of COVID-19 has caused a huge impact on the air transportation, it is gradually restoring. Considering the potential demand in future, air traffic efficiency and safety will remain critical issues to be considered. In the airspace system, the runway is the main bottleneck in the aviation chain. Moreover, in the domain of air traffic management, the Terminal Maneuvering Area (TMA) is one of the most complex areas with all arrivals converging to land. This motivates the development of suitable decision support tools for providing proper advisories for arrival management. In this thesis, we propose two optimization approaches that aim to provide suitable control solutions for arrival management in the TMA and in the extended horizon that includes the TMA and the enroute phase. In the first part of this thesis, we address the aircraft scheduling problem under uncertainty in the TMA. Uncertainty quantification and propagation along the routes are realized in a trajectory model that formulates the time information as random variables. Conflict detection and resolution are performed at waypoints of a predefined network based on the predicted time information from the trajectory model. By minimizing the expected number of conflicts, consecutively operated flights can be well separated. Apart from the proposed model, two other models - the deterministic model and the model that incorporates separation buffers - are presented as benchmarks. Simulated annealing (SA) combined with the time decomposition sliding window approach is used for solving a case study of the Paris Charles de Gaulle (CDG) airport. Further, a simulation framework based on the Monte-Carlo approach is implemented to randomly perturb the optimized schedules of the three models so as to evaluate their performances. Statistical results show that the proposed model has absolute advantages in conflict absorption when uncertainty arises. In the second part of this thesis, we address a dynamic/on-line problem based on the concept of Extended Arrival MANagement (E-AMAN). The E-AMAN horizon is extended up to 500NM from the destination airport so as to enhance the cooperation and situational awareness of the upstream sector control and the TMA control. The dynamic feature is addressed by periodically updating the real aircraft trajectory information based on the rolling horizon approach. For each time horizon, a sub-problem is established taking the weighted sum of safety metrics in the enroute segment and in the TMA as objective. A dynamic weights assignment approach is proposed to emphasize the fact that as an aircraft gets closer to the TMA, the weight for its metrics associated with the TMA should increase. A case study is carried out using the real arrival traffic data of the Paris CDG airport. Final results show that through early adjustment, the arrival time of the aircraft can meet the required schedule for entering the TMA, thus ensuring overall safety and reducing holding time. In the third part of this thesis, an algorithm that expedites the optimization process is proposed. Instead of evaluating the performance of all aircraft, single aircraft performance is focused and a corresponding objective function is created. Through this change, the optimization process benefits from fast evaluation of objective and high convergence speed. In order to verify the proposed algorithm, results are analyzed in terms of execution time and quality of result compared to the originally used algorithm.Selon les prévisions à long terme du trafic aérien de l'Organisation de l'Aviation Civile Internationale (OACI) en 2018, le trafic mondial de passagers devrait augmenter de 4,2% par an de 2018 à 2038. Bien que l'épidémie de COVID-19 ait eu un impact énorme sur le transport aérien, il se rétablit progressivement. Dès lors, l'efficacité et la sécurité resteront les principales problématiques du trafic aérien, notamment au niveau de la piste qui est le principal goulot d'étranglement du système. Dans le domaine de la gestion du trafic aérien, la zone de manœuvre terminale (TMA) est l'une des zones les plus complexes à gérer. En conséquence, le développement d'outils d'aide à la décision pour gérer l'arrivée des avions est primordial. Dans cette thèse, nous proposons deux approaches d'optimisation qui visent à fournir des solutions de contrôle pour la gestion des arrivées dans la TMA et dans un horizon étendu intégrant la phase en route. Premièrement, nous abordons le problème d'ordonnancement des avions sous incertitude dans la TMA. La quantification et la propagation de l'incertitude le long des routes sont réalisées grâce à un modèle de trajectoire qui représente les informations temporelles sous forme de variables aléatoires. La détection et la résolution des conflits sont effectuées à des points de cheminement d'un réseau prédéfini sur la base des informations temporelles prédites à partir de ce modèle. En minimisant l'espérance du nombre de conflits, les vols peuvent être bien séparés. Outre le modèle proposé, deux autres modèles de la litérrature - un modèle déterministe et un modèle intégrant des marges de séparation - sont présentés comme références. Un recuit simulé (SA) combiné à une fenêtre glissante temporelle est proposé pour résoudre une étude de cas de l'aéroport de Paris Charles de Gaulle (CDG). De plus, un cadre de simulation basé sur l'approche Monte-Carlo est implémenté pour perturber aléatoirement les horaires optimisés des trois modèles afin d'évaluer leurs performances. Les résultats statistiques montrent que le modèle proposé présente des avantages absolus dans l'absorption des conflits en cas d'incertitude. Dans une deuxième partie, nous abordons un problème dynamique basé sur le concept de Gestion des Arrivées Étendue (E-AMAN). L'horizon E-AMAN est étendu jusqu'à 500 NM de l'aéroport de destination permettant ainsi une planification anticipée. Le caractère dynamique est traitée par la mise à jour périodique des informations de trajectoires réelles sur la base de l'approche par horizon glissant. Pour chaque horizon temporel, un sous-problème est établi avec pour objectif une somme pondérée de métriques de sécurité du segment en route et de la TMA. Une approche d'attribution dynamique des poids est proposée pour souligner le fait qu'à mesure qu'un aéronef se rapproche de la TMA, le poids de ses métriques associées à la TMA devrait augmenter. Une étude de cas est réalisée à partir des données réelles de l'aéroport de Paris CDG. Les résultats finaux montrent que grâce à cet ajustement anticipé, les heures d'arrivée des avions sont proches des heures prévues tout en assurant la sécurité et en réduisant les attentes. Dans la troisième partie de cette thèse, on propose un algorithme qui accélère le processus d'optimisation. Au lieu d'évaluer les performances de tous les aéronefs, les performances d'un seul aéronef sont concentrées dans la fonction objectif. Grâce à ce changement, le processus d'optimisation bénéficie d'une évaluation d'objectif rapide et d'une vitesse de convergence élevée. Afin de vérifier l'algorithme proposé, les résultats sont analysés en termes de temps d'exécution et de qualité des résultats par rapport à l'algorithme utilisé à l'origine
Estimation du centre et du rayon d'une hypersphère à l'aide d'une loi a priori de Von Mises-Fisher et d'un algorithme EM
No full textInternational audienceThis article introduces an extension of an EM algorithm (Expectation Maximization) published recently by the authors allowing to estimate jointly the center and the radius of an hypersphere as well as the statistical model hyperparameters acounting that the observations are located on a part of the hypersphere. The proposed method relies on the introduction of latent variables having a von Mises Fisher prior. This statistical model allows to express the complete data likelihood, which expectancy conditionned to the observed data has a known distribution resulting in a simple and efficient EM algorithm. The performances of this estimation algorithm are assessed through simulations performed in a bidimensinal case with promising resultsCet article présente une extension d'un algorithme EM (expectation maximization) publié récemment par les auteurs permettant d'estimer conjointement le centre et le rayon d'une hypersphère avec les hyperparamètres d'un modèle statistique prenant en compte le fait que les observations sont localisées sur une partie de l'hypersphère. La méthode proposée repose sur l'ajout de variables latentes ayant une loi a priori de von Mises-Fisher. Ce modèle statistique permet d'exprimer la vraisemblance complète des données, dont l'espérance conditionnée aux données observées possède une distribution connue conduisant à un algorithme EM simple et efficace. Les performances de cet algorithme d'estimation sont évaluées à l'aide de de simulations effectuées dans un cas bi-dimensionnel avec des résultats prometteurs
Réseaux récurrents d'attention pour la régression de séries temporelles
No full textInternational audienceCet article étudie une nouvelle architecture récurrente basée sur l'attention, plus légère et moins coûteuse en temps de calcul qu'un réseau d'attention global. Nous détaillons en quoi ce type d'architecture permet d'atteindre de meilleures performances que des réseaux récurrents plus classiques, dans le cas de la régression de séries temporelles. Nous montrons son intérêt pour la prédiction de l'état d'un réseau de communication, et plus particulièrement pour la détection de la congestion