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Rapporteurs

• Myriam Desainte-Catherine (LaBRI, Université Bordeaux 1)
• Anne Sedes (CICM, Université Paris 8)

Examinateurs

• Michel Crucianu (CEDRIC, Conservatoire National des Arts et Métiers)
• Pierre Couprie (IUFM de l'université Paris 4)

Directeurs de thèse

• Olivier Buisson (Institut National de l'Audiovisuel)
• Slim Essid (Télécom ParisTech)
• Gaël Richard (Télécom ParisTech)

Résumé

Les musiques électroacoustiques sont encore aujourd’hui relativement peu abordées dans les recherches qui visent à retrouver des informations à partir du contenu musical. La plupart des travaux de recherche concernant ces musiques sont centrés sur les outils de composition, la pédagogie et l’analyse musicale. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons aux problématiques scientifiques liées à l’analyse des musiques électroacoustiques. Après avoir replacé ces musiques dans leur contexte historique, une étude des pratiques d’analyse de trois professionnels nous permet d'obtenir des pistes pour l’élaboration d’un système d’analyse. Ainsi, nous proposons un système interactif d’aide à l’analyse des musiques électroacoustiques qui permet de retrouver les différentes instances des objets sonores composant une pièce polyphonique. Le système proposé permet dans un premier temps de réaliser une segmentation afin de dégager les instances initiales des objets sonores principaux. L’utilisateur peut ainsi sélectionner les objets qu’il vise avant de rentrer dans une boucle d’interaction qui utilise l’apprentissage actif et le retour de pertinence fourni par l’utilisateur. Le retour apporté par l’utilisateur est utilisé par le système qui réalise une classification multilabel des différents segments sonores en fonction des objets sonores visés. Une évaluation par simulation utilisateur est réalisée à partir d’un corpus de pièces synthétiques. L’évaluation montre que notre approche permet d’obtenir des résultats satisfaisants en un nombre raisonnable d’interactions.

Rapporteurs

• Prof. Bijan Jabbari, George Mason University, Fairfax-VA
• Prof. Josep Prat, University of Catalunya, Barcelona

Examinateurs

• Prof. Catherine Lepers, Telecom SudParis
• Prof. Bernard Cousin, IRISA Rennes
• Dr. Dominique Verchère, Alcatel-Lucent Bell Labs, France

Directeur de thèse:

• Prof. Maurice Gagnaire, Télécom ParisTech

Résumé / Abstract

As operators strive today to optimize their networks, considerations of cost, availability, eco-sustainability, and quality of service are beginning to converge. Solutions that reduce capital and operational expenditures (CapEx and OpEx) not only save money, but also tend to reduce the environmental impact. Classically, two approaches are considered for network planning and management. On one hand, network design considering permanent traffic is investigated by means of offline optimization techniques. On the other hand, traffic engineering addressing random traffic is investigated by means of online optimization techniques. Recently, a third approach considering predictable dynamic connections has been introduced. This latter is investigated by offline optimization techniques. The purpose of this thesis is twofold. First, we have addressed translucent WDM network design to provide a compromise between actual opaque networks and idealistic transparent networks. The second objective of this thesis addresses energy efficiency in WDM networks.

Rapporteurs

• Cyril Monnet (Université de Berne)
• Xavier Ragot (École d’Économie de Paris)

Examinateurs

• Leo Van Hove (Université Libre de Bruxelles)
• Laurent Gille (Télécom ParisTech)
• Patrick Waelbroeck (Télécom ParisTech)

Directeur de thèse

• David Bounie (Télécom ParisTech)

Introduction

Les pièces et billets, bien que millénaires, constituent les plus anciens supports de la monnaie aujourd’hui en circulation dans les économies modernes. Mais, à travers l’histoire, les formes de la monnaie et de ses supports ont considérablement évolué en raison notamment de l’évolution de la nature des échanges. De la monnaie marchandise (coquillage, etc.) à la monnaie métallique (or, etc.) puis papier (billet, etc.), la monnaie est devenue avant tout scripturale (carte de paiement, chèque, etc.) et marginalement électronique (porte-monnaie électronique) pour servir d’intermédiaires des échanges sur les réseaux de télécommunications.

Rapporteurs

• Viktor Fischer, Professeur, Université Jean Monnet Saint-Etienne (France).
• Ingrid Verbauwhede, Professeur, K.U.Leuven (Belgique).

Examinateurs

• Habib Mehrez, Professeur,  l'Université Pierre et Marie Curie (France).
• Patrick Schaumont, Professeur, VirginiaTech (Etats Unis).
• Francois-Xavier Standaert, Professeur, l'Université catholique de Louvain (Belgique).

Invité

• Sylvain Guilley, Maitre de Conférences Associé, Télécom ParisTech (France).

Directeur de thèse

• Jean-Luc Danger, Directeur d'Études, Télécom ParisTech (France).

Co-directeur de thèse

• Tarik Graba, Maitre de Conférences, Télécom ParisTech (France).

Abstract

Modern field programmable gate arrays (FPGA) are capable of implementing complex system on chip (SoC) and providing high performance. Therefore, FPGAs are finding wide application. A complex SoC generally contains embedded cryptographic cores to encrypt/decrypt data to ensure security. These cryptographic cores are mathematically secure but their physical implementations can be compromised using side channel attacks (SCA) or fault attacks (FA). This thesis focuses on countermeasure for securing cryptographic cores on FPGAs.

Firstly, a register-transfer level countermeasure called “Unrolling” is proposed. This hiding countermeasure executes multiple rounds of a cryptographic algorithm per clock which allows deeper diffusion of data. Results show excellent resistance against SCA. This is followed by dual-rail precharge logic (DPL) based countermeasures, which form a major part of this work. Wave dynamic differential logic (WDDL), a commonly used DPL countermeasure well suited for FPGAs is studied. Analysis of WDDL (DPL in general) against FA revealed that it is resistant against majority of faults. Therefore, if flaws in DPL namely early propagation effect (EPE) and technological imbalance are fixed, DPL can evolve as a common countermeasure against SCA and FA. Continuing on this line of research we propose two new countermeasures: DPL without EPE and Balanced-Cell based DPL (BCDL). Finally advanced evaluation tools like stochastic model, mutual information and combined attacks are discussed which are useful when analyzing countermeasures.

Rapporteurs

• Martine Liénard, Professeur, Université Lille 1 (France).
• Claude Oestges, Professeur, Université de Louvain la neuve (Belgique).

Examinateurs

• Aziz Benlarbi-Delai, Professeur, l'Université Pierre et Marie Curie (France).
• David Carsenat, Enseignat Chercheur, XLIM Université de Limoges.
• Bernard Huyart, Professeur, Télécom ParisTech

Directeur de thèse

Jean-Christophe Cousin, Maitre de Conférences, Télécom ParisTech (France).
Jean-Marc Conrat, Ingénieur de recherche France Telecom R&D Belfort

Abstract

Advanced technologies have steadily increased the system spectral effi- ciency over years. However, these technologies greatly increase the peak data rate but only slightly that observed in the cell-edge area. Indeed, the peak data rate can only be obtained in the most favorable propagation conditions, typically when users are relatively close to the Base Station (BS).

This explains why much research has been carried out for several years in order to reduce the performance differences among users in a cell. Several technical solutions have been proposed such as relays, base station cooperation, interference cancellation, etc. As part of this thesis, we focus on therelaying technology. While most studies concerning relays in the literature use simplified simulations or theoretical analyses, this thesis assesses the relaying aspects in realistic scenarios and focuses on the path loss models, the shadow fading correlation and the impact of the relay antenna height. To this end, a multi-link measurement campaign with relays has been carried out in outdoor urban areas.The existing path loss models have been validated with measured data. A particular attention has been paid for the BS-RS link which has not been adequately studied yet. The impact of relay antenna height has also been characterized. This impact has been clearly observed on BS-RS link.

However, that observed with the RS-MS link is very different among relay locations. This diversity could be due to the particularities of the local environments surrounding the relay. Further investigations are necessary in order to clarify this issue. In addition, this thesis has also studied and modeled the correlation of shadowing between BS-MS/RS-MS links or between two RS-MS links in a relaying system. This study results have demonstrated the relationship between the shadow fading correlation and several parameters such as the relay antenna height, the separation distance between transmitters and the angle between two transmitters viewed from the mobile station.

Finally, the consistent aspects of path loss propagation channels have been briefly discussed.

Rapporteurs

• David Naccache (ENS-Université Paris II)
• Reynald Lercier (DGA-Université de Rennes 1)

Examinateurs

• Emmanuel Prouff (Oberthur)
• Philippe Hoogvorst (Télécom ParisTech)
• Thanh-Ha Le (Morpho)
• Jean-Luc Danger (Télécom ParisTech)

Directeur de thèse

• Claude Carlet (Université Paris 8)

Co-encadrant

• Sylvain Guilley (Télécom ParisTech)

Résumé

Au début des années‭ ‬90,‭ ‬l’apparition de nouvelles méthodes de cryptanalyse a bouleversé la sécurité des dispositifs cryptographiques.‭ ‬Ces attaques se basent sur l’analyse de consommation en courant lorsque le microprocesseur d’une carte est en train de dérouler l’algorithme cryptographique.‭ ‬Dans cette thèse nous explorons,‭ ‬principalement,‭ ‬les attaques‭ ‬templates,‭ ‬et y apportons quelques améliorations pratiques.‭ ‬Ces analyses consistent en des études de cas basées sur des mesures de courant acquises expérimentalement à partir d’un accélérateur cryptographique.‭ ‬Pour réduire la quantité de données nous utilisons l’analyse en composantes principales et donnons une interprétation physique des valeurs propres et vecteurs propres.‭ ‬Nous introduisons une méthode basée sur le seuillage de la fuite de données pour accélérer le profilage et l’attaque.

Nous apportons aussi des réponses concrètes au problème de la combinaison d’attaques,‭ ‬dans le cas où les modèles et échantillons recueillis sont porteurs d’informations complémentaires.‭ ‬Nous traitons également sur l’identification des problèmes qui surgissent quand il y a une divergence entre les‭ ‬template et les traces attaquées.‭ ‬Nous montrons que deux phénomènes peuvent entraver la réussite des attaques lorsque les‭ ‬template sont obsolètes,‭ ‬à savoir,‭ ‬la désynchronisation des traces et le redimensionnement des traces en amplitudes.‭ ‬Nous suggérons deux remèdes pour contourner ce type de problèmes.‭ ‬Finalement,‭ ‬nous proposons quelques méthodes du traitement du signal dans le contexte des attaques physiques‭ ‬:‭ ‬les analyses en multi-résolution permettent d’avoir un gain considérable en nombre de traces nécessaires pour récupérer la clé secrète.‭

Rapporteurs

David Naccache (ENS-Université Paris II)
Assia Tria (CEA)

Examinateurs

Guy Gogniat (Lab-STICC)
Pascal Chour (ANSSI)
Benoit Feix (Inside Contactless)
Thanh-ha Le (Morpho)

Directeurs de thèse

Jean-Luc Danger (Télécom ParisTech)
Sylvain Guilley (Télécom ParisTech)

Résumé

The security of modern embedded systems has been the subject of intensive research in engineering areas. Recent threats called Side-Channel Analysis (SCA) have attracted much attention in embedded security areas. These analyses are serious concerns as they are able to retrieve the secret information from cryptographic implementations without tampering with the system, by exploiting unintentional physical leakage, such as the timing information, power consumption or radiated magnetic field. SCAs are passive attacks, in that the device under attack is not aware of its leaks being recorded. Therefore, the need of securing and evaluating the robustness of embedded systems against SCAs becomes obvious. Basically, four aspects of security evaluation analysis should be taken into consideration: the acquisition of Side-channel traces, the preprocessing of traces acquired, the detection and extraction of cryptographic patterns from the preprocessed traces, and finally the recovery of sensitive information, referred to as the secret key. This thesis investigates new techniques in the analysis of systems for Side-channel attacks. It considers how evaluation targets are characterized, how their behavior may be simulated – in order to hone targets for empirical analysis and then how data can be collected and analysed. The overall goal is the establishment of a methodological basis for this work. The first part of this thesis focuses on physical cryptanalysis. Several solutions and generic Side-channel attacks are addressed. The second part of this thesis is devoted to the pre-processing of the Side-channel leaked information. We propose new techniques and efficient pre-processing algorithms to get rid off the issues related principally to the noise and de-synchronisation problems. In the last part of this thesis, we establish a methodological framework, which aims at best organizing the task of the evaluator. We also highlight common pitfalls made by evaluators and solutions to avoid them.

Rapporteurs

• Nicolas Cerf (Université Libre de Bruxelles)
• Iordanis Kerenidis (LIAFA, Université Paris Diderot 7)

Examinateurs

• Gérard Cohen (Télécom ParisTech)
• Thomas Coudreau (Université Paris Diderot 7)
• Frédéric Grosshans (ENS Cachan)- Jean-Pierre Tillich (INRIA Rocquencourt)

Directeurs de thèse

• Jean-Claude Belfiore (Télécom ParisTech)
• Romain Alléaume (Télécom ParisTech)

Résumé

Depuis son invention en 1984 par C.H. Bennett et G. Brassard, le protocole BB84 a été prouvé sûr contre les attaques les plus générales autorisées par la mécanique quantique, les attaques cohérentes. Cependant, afin de réaliser ces attaques, un adversaire a besoin de mémoire quantique et il n’existe pas à l’heure actuelle de technologie permettant de créer facilement de telles mémoires. Il est donc important de savoir quantifier plus précisément la puissance de l’adversaire lorsque celui-ci n’a pas accès à une mémoire quantique parfaite.

Ces nouveaux modèles de sécurité où la puissance de l’adversaire est limitée par des contraintes plus ou moins fortes sur sa mémoire quantique ont été déjà développés et utilisés pour étudier la sécurité des protocoles réalisant une fonction cryptographique à deux participants (comme la mise en gage de bit quantique par exemple). L’objectif de cette thèse a été d’adapter ces modèles de sécurité à l’étude de la sécurité des protocoles de distribution quantique de clés.

Nous avons ainsi pu étudier la sécurité des principaux protocoles de distribution quantique de clés dans le cas où l’adversaire n’a pas de mémoire quantique et dans un modèle plus général où il est limité par le bruit de sa mémoire. Ces recherches ont permis de mieux comprendre l’influence de la qualité de la mémoire quantique sur la puissance des attaques et ainsi de quantifier le compromis entre la performance d’un protocole (en terme de taux de clé ou de distance atteignable) et la sécurité désirée.

Rapporteurs

- Michèle Basseville (CNRS, IRISA)
- Fabrice Rossi (Université Paris I)

Examinateurs

- Igor Nikiforov (Université de Technologie de Troyes)
- Dario Rossi (Télécom ParisTech)
- Jean-Philippe Vert (Mines ParisTech / Institut Curie)

Directeurs de thèse

- Olivier Cappé (CNRS, Télécom ParisTech)
- Céline Lévy-Leduc (CNRS, Télécom ParisTech)

Résumé

L'objectif de cette thèse est de proposer des méthodes non-paramétriques de détection rétrospective de ruptures. L'application principale de cette étude est la détection d'attaques dans les réseaux informatiques à partir de données recueillies par plusieurs sondes disséminées dans le réseau.

Nous proposons dans un premier temps une méthode en trois étapes de détection décentralisée d'anomalies en faisant coopérer des sondes n'ayant accès qu'à une partie du trafic réseau. Un des avantages de cette approche est la possibilité de traiter un flux massif de données, ce qui est permis par une étape de filtrage par records. Un traitement local est effectué dans chaque sonde, et une synthèse est réalisée dans un centre de fusion. La détection est effectuée à l'aide d'un test de rang qui est inspiré par le test de rang de Wilcoxon et étendu aux données censurées.

Dans une seconde partie, nous proposons d'exploiter les relations de dépendance entre les données recueillies par les différents capteurs afin d'améliorer les performances de détection. Nous proposons ainsi une méthode non-paramétrique de détection d'une ou plusieurs ruptures dans un signal multidimensionnel. Cette méthode s'appuie sur un test d'homogénéité utilisant un test de rang multivarié ; ce dernier test est appliqué sur toutes les partitions possibles des données en plusieurs sous-échantillons, et la statistique pour le test de détection de changement est tout simplement la valeur maximale obtenue. Nous décrivons les propriétés asymptotiques de ce test ainsi que ses performances sur divers jeux de données (bio-informatiques, économétriques ou réseau). La méthode proposée obtient de très bons résultats, en particulier lorsque la distribution des données est atypique (par exemple en présence de valeurs aberrantes).

Rapporteurs

• Pascal LAUGIER, DR (CNRS, UPMC, Paris)
• Jean-Pierre REMENIERAS, IR (INSERM, Université de Tours)

Examinateurs

• Jean-Marie NICOLAS, Pr (Télécom ParisTech)
• Rémi SOUCHON, IE (INSERM, Université de Lyon)

Invités

• Véronique MIETTE, IR (Echosens)
• Laurent SANDRIN, IR (Echosens)

Directeurs de thèse

• Elsa ANGELINI, MC (Télécom ParisTech)
• Maurice CHARBIT, Pr (Télécom ParisTech)

Résumé

L'évaluation de la fibrose hépatique est une source d'information essentielle pour le clinicien lors du diagnostic, traitement et suivi de maladies chroniques du foie. La société Echosens, partenaire industriel de cette thèse, propose un appareil médical d'élastographie impulsionnelle ultrasonore, appelé Fibroscan. Cette technique consiste à mesurer la vitesse de propagation d'une onde de cisaillement dans le tissu hépatique. La vitesse de cisaillement est directement reliée au degré de fibrose.

Nous avons dans un premier temps développé des outils numériques basés sur la méthode des éléments finis pour étudier l’élastographie impulsionnelle, de façon à disposer d'observations dans des conditions expérimentales contrôlées. Cette étude répond aux besoins de connaître l’évolution de l'onde de cisaillement lors de sa génération et propagation in vivo. Des simulations sur géométries simples ont été effectuées et évaluées par comparaison avec les modèles analytiques et des données expérimentales obtenues sur des fantômes. Des simulations ont ensuite été conduites sur des géométries plus complexes, issues de segmentations de foies sur des images médicales.

Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à des pré-traitements temps réel du signal ultrasonore rétro-diffusé. Deux applications concrètes étaient visées : (i) l'estimation de la distance entre la sonde du Fibroscan et le parenchyme hépatique, (ii) la détection automatique d'une zone homogène du tissu hépatique. Les traitements associés sont basés sur des paramètres spectraux des signaux ultrasonores évalués sur une base de données d'apprentissage. Enfin, nous avons analysé de façon détaillée la capacité de ces paramètres spectraux à discriminer les stades de fibrose vis à vis de l'élasticité. L'ensemble des résultats a été obtenu sur une cohorte de 181 volontaires.

Dans une troisième partie, nous nous sommes intéressés au problème lié à la méconnaissance de l'angle d'observation de la sonde par rapport à la direction de propagation de l'onde de cisaillement. Nous sommes partis sur une approche par corrélation temporelle des déplacements pris à des profondeurs différentes. Cette technique est souvent associée au retournement temporel ou au filtrage adapté. Nous avons testé cette approche sur des signaux expérimentaux obtenus sur des fantômes et des signaux issus de simulations numériques. Une autre façon d'aborder le problème est d'utiliser une approche paramétrique comme celle basée sur un modèle analytique obtenu à partir des fonctions de Green. Enfin partant d'un modèle sphérique et d'une approche de type maximum de vraisemblance, nous présentons un algorithme d'estimation conjointe de l'élasticité et de l'angle d'incidence de la ligne de visée.

Cette soutenance a lieu à Supélec.

Jury

• Prof. Giuseppe Caire - University of Southern California (Rapporteur)
• Prof. H. Vincent Poor - Princeton University (Rapporteur)
  
  
• Dr. Pierre Duhamel - L2S CNRS/Supélec/Univ. Paris-Sud 11 (Examinateur)
• Dr. Olivier Rioul - Institut Télécom/Télécom ParisTech/CNRS LTCI (Examinateur)
• Prof. Mikael Skoglund - KTH Royal Institute of Technology (Examinateur)
  
  
• Dr. Pascal Bianchi - Institut Télécom/Télécom ParisTech/CNRS LTCI (Encadrant)
• Dr. Pablo Piantanida - Supélec (Encadrant)
  
  
• Dr. Albin Dunand - DGA IP/TSI/TTS (Invité)
• Prof. Jacques Oksman - Supélec (Invité, Directeur de thèse)

Résumé

Cette thèse porte sur quelques problèmes de codage de source ciblé. Il s'agit de compresser/quantifier une source d'information dans le but de réaliser une tâche déterminée. Contrairement aux méthodes mises en oeuvre dans les systèmes de communication classiques, où la bonne reconstruction de la source au récepteur est l'objectif principal, l'opération effectuée in fine est ici prise en compte tout au long du processus (de l'observation des données à leur transmission). En particulier, nous démontrons des résultats fondamentaux sur le codage de source dans les transmissions sécurisées (suivant l'approche de Shannon) et la quantification haute-résolution pour la détection (suivant l'approche de Bennett). Dans les deux cas, les caractéristiques de l'environnement peuvent être judicieusement prises en compte pour améliorer les performances du système. Ces résultats trouvent des applications dans de nombreux domaines pratiques (par ex. pour les contrôles en cours de production, la surveillance, la veille environnementale, la diffusion de contenus multimédia, etc.).

Abstract

This thesis investigates some task-oriented source coding problems. In this framework, an information source is compressed/quantized in view of the task for which it is to be used. While the methods implemented in traditional communication systems aim at enabling good reconstruction of the source, the eventual use of the data is here considered all along the process (from their observation to their transmission). In particular, we derive fundamental results on source coding for secure transmission (following Shannon's approach) and high-rate quantization for detection (following Bennett's approach). In both cases, the characteristics of the environment are used in a smart way to enhance the overall performance of the system. Applications of these results arise in many practical contexts (e.g. for production control, field surveillance, environmental monitoring, multimedia broadcasting, etc.).

Rapporteurs

• Rolf Ingold (Université de Fribourg, Suisse)
• Alessandro Vinciarelli (Université de Glasgow, Royaume-Uni)

Examinateurs et invités

• Nicole Vincent (Université Paris Descartes)
• François Yvon (Université Paris Sud 11)

Directeurs de thèse

• Laurence Likforman-Sulem (Télécom ParisTech)
• Christopher Kermorvant (A2iA)
• Chafic Mokbel (Université du Balamand, Liban)

Résumé de la thèse

La reconnaissance de l'écriture manuscrite est aujourd’hui un domaine de recherche très actif et le spectre de ses applications est très large. L'objectif de cette thèse est d'élaborer un système de reconnaissance de mots manuscrits pouvant être appris et appliqué sur différents styles d'écriture.

L’approche utilisée est une approche analytique : les mots sont découpés en sous-parties (caractères ou graphèmes) à modéliser.  Le découpage est effectué de manière implicite par l'utilisation de fenêtres glissantes. Celles-ci permettent de transformer les images de mots en séquences.
La méthode choisie pour apprendre les modèles de caractères utilise les modèles de Markov cachés (HMMs), qui sont à ce jour l'un des outils les plus puissants pour la modélisation de séquences. Chaque caractère est représenté par un HMM de type Bakis, ce qui permet d'absorber les variations d’écriture entre scripteurs. Les mots sont reconstruits ensuite par concaténation des modèles qui les composent.

Dans cette thèse, le choix est fait de chercher à améliorer la modélisation HMM de caractères en agissant au coeur même des modèles. A cette fin, une nouvelle approche est proposée, qui utilise l’aspect contextuel pour la modélisation : un caractère est modélisé en fonction de son contexte (le caractère précédent et le caractère suivant) et son modèle est nommé trigraphe.

La prise en compte de l'environnement d'un caractère pour sa modélisation permet de construire des modèles plus précis et plus performants. Cependant, elle implique une multiplication des paramètres HMMs à apprendre sur un nombre souvent restreint de données d’observation.
Une méthode originale de regroupement de paramètres est proposée dans ces travaux : le clustering d'états par position à l'aide d'arbres binaires de décision. Ce type de clustering, inédit dans les systèmes de reconnaissance de l'écriture, a l'avantage non seulement de réduire le nombre de paramètres mais aussi de permettre au système de conserver l'un des principaux attraits des HMMs : l'utilisation d'un lexique de décodage indépendant du vocabulaire d'apprentissage.

L'amélioration apportée par la modélisation en contexte est montrée sur trois langues et deux types d'écriture différents : le français, l'anglais et l'arabe.