Dans cette thèse, nous étudions les codes de Reed-Muller qui constituent une des familles de codes correcteurs les plus étudiées, et les plus utilisées dans la transmission des communications numériques. Grâce à leur rapidité d'encodage et de décodage, ils furent notamment utilisés pour les transmissions satellitaires. Ils ont également un lien très fort avec les notions de fonctions booléennes. L'étude de ces dernières constitue le coeur de la réalisation et de la sécurité des systèmes de chiffrement à clé secrète, tant par blocs que par flot. Depuis l'introduction de ces codes, de très nombreux algorithmes de décodage virent le jour, et aujourd'hui encore étudier leur structure afin de construire des algorithmes de décodage constitue un fructueux domaine de recherche. Ces algorithmes de décodage peuvent être utilisés dans l'étude de la structure de systèmes de chiffrement à clé secrète. Nous exposons un point de vue unificateur à l'ensemble des algorithmes de décodage des codes de Reed-Muller, ce point de vue étant celui de la dérivée discrète. Nous exposons un algorithme performant pour le décodage des codes d'ordre deux, que nous analysons ensuite. Nous discutons les résultats de simulations des algorithmes étudiés pour les petites et moyennes longueurs de code. Ces résultats montrent que l'algorithme proposé décode beaucoup plus loin en pratique que les autres algorithmes.

Dans cette thèse, nous étudions les canaux de communication dans un contexte non coopératif sous l'angle des codes correcteurs d'erreurs, d'une part, et de la stéganographie, d'autre part. Nous prenons la place d'un observateur non légitime qui veut avoir accès à l'information échangée entre deux protagonistes. Nos travaux sur les algorithmes de reconstruction de codes correcteurs, nous ont amenés à proposer un formalisme commun pour l'étude des codes linéaires, des codes convolutifs et des turbo-codes. Nous analysons tout d'abord finement l'algorithme de Sicot-Houcke, puis l'employons ensuite comme brique de base pour concevoir une technique de reconstruction des codes convolutifs totalement automatique et de complexité meilleure que les techniques existantes. Enfin, nous utilisons ces résultats pour retrouver les paramètres des turbo-codeurs. Dans le cadre de l'analyse stéganographique, nous proposons tout d'abord deux nouveaux modèles de sécurité qui mettent en oeuvre des jeux avec des attaquants réels. Nous adaptons ensuite l'analyse RS en un schéma de détection pour l'algorithme Multi Bit Plane Image steganography pour le domaine spatial, proposé par Nguyen et al. à IWDW'06. Enfin, nous développons une approche nouvelle pour analyser les images JPEG. En étudiant les statistiques des coefficients DCT compressés, nous mettons en évidence des détecteurs possédant des performances élevées et indépendantes en pratique de la quantité d'information dissimulée. Nous illustrons ces résultats par un schéma de stéganalyse universelle d'une part, et un schéma de stéganalyse spécifique pour Outguess, F5 et JPHide and JPSeek, d'autre part.

Durant le criblage à haut débit (High-throughput screening, HTS), la première étape dans la découverte de médicaments, le niveau d'activité de milliers de composés chimiques est mesuré afin d'identifier parmi eux les candidats potentiels pour devenir futurs médicaments (i.e., hits). Un grand nombre de facteurs environnementaux et procéduraux peut affecter négativement le processus de criblage en introduisant des erreurs systématiques dans les mesures obtenues. Les erreurs systématiques ont le potentiel de modifier de manière significative les résultats de la sélection des hits, produisant ainsi un grand nombre de faux positifs et de faux négatifs. Des méthodes de correction des données HTS ont été développées afin de modifier les données reçues du criblage et compenser pour l'effet négatif que les erreurs systématiques ont sur ces données (Heyse 2002, Brideau et al. 2003, Heuer et al. 2005, Kevorkov and Makarenkov 2005, Makarenkov et al. 2006, Malo et al. 2006, Makarenkov et al. 2007). Dans cette thèse, nous évaluons d'abord l'applicabilité de plusieurs méthodes statistiques servant à détecter la présence d'erreurs systématiques dans les données HTS expérimentales, incluant le x2 goodness-of-fit test, le t-test et le test de Kolmogorov-Smirnov précédé par la méthode de Transformation de Fourier. Nous montrons premièrement que la détection d'erreurs systématiques dans les données HTS brutes est réalisable, de même qu'il est également possible de déterminer l'emplacement exact (lignes, colonnes et plateau) des erreurs systématiques de l'essai. Nous recommandons d'utiliser une version spécialisée du t-test pour détecter l'erreur systématique avant la sélection de hits afin de déterminer si une correction d'erreur est nécessaire ou non. Typiquement, les erreurs systématiques affectent seulement quelques lignes ou colonnes, sur certains, mais pas sur tous les plateaux de l'essai. Toutes les méthodes de correction d'erreur existantes ont été conçues pour modifier toutes les données du plateau sur lequel elles sont appliquées et, dans certains cas, même toutes les données de l'essai. Ainsi, lorsqu'elles sont appliquées, les méthodes existantes modifient non seulement les mesures expérimentales biaisées par l'erreur systématique, mais aussi de nombreuses données correctes. Dans ce contexte, nous proposons deux nouvelles méthodes de correction d'erreur systématique performantes qui sont conçues pour modifier seulement des lignes et des colonnes sélectionnées d'un plateau donné, i.e., celles où la présence d'une erreur systématique a été confirmée. Après la correction, les mesures corrigées restent comparables avec les valeurs non modifiées du plateau donné et celles de tout l'essai. Les deux nouvelles méthodes s'appuient sur les résultats d'un test de détection d'erreur pour déterminer quelles lignes et colonnes de chaque plateau de l'essai doivent être corrigées. Une procédure générale pour la correction des données de criblage à haut débit a aussi été suggérée. Les méthodes actuelles de sélection des hits en criblage à haut débit ne permettent généralement pas d'évaluer la fiabilité des résultats obtenus. Dans cette thèse, nous décrivons une méthodologie permettant d'estimer la probabilité de chaque composé chimique d'être un hit dans le cas où l'essai contient plus qu'un seul réplicat. En utilisant la nouvelle méthodologie, nous définissons une nouvelle procédure de sélection de hits basée sur la probabilité qui permet d'estimer un niveau de confiance caractérisant chaque hit. En plus, de nouvelles mesures servant à estimer des taux de changement de faux positifs et de faux négatifs, en fonction du nombre de réplications de l'essai, ont été proposées. En outre, nous étudions la possibilité de définir des modèles statistiques précis pour la prédiction informatique des mesures HTS. Remarquons que le processus de criblage expérimental est très coûteux. Un criblage virtuel, in silico, pourrait mener à une baisse importante de coûts. Nous nous sommes concentrés sur la recherche de relations entre les mesures HTS expérimentales et un groupe de descripteurs chimiques caractérisant les composés chimiques considérés. Nous avons effectué l'analyse de redondance polynomiale (Polynomial Redundancy Analysis) pour prouver l'existence de ces relations. En même temps, nous avons appliqué deux méthodes d'apprentissage machine, réseaux de neurones et arbres de décision, pour tester leur capacité de prédiction des résultats de criblage expérimentaux. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : criblage à haut débit (HTS), modélisation statistique, modélisation prédictive, erreur systématique, méthodes de correction d'erreur, méthodes d'apprentissage automatique

Texte remanié de : PhD : Cambridge, MIT : 2001. / Bibliogr. p. [337]-347. Index.

L'objectif de cette thèse est l'étude de récepteurs MIMO LDPC itératifs. Les techniques MIMO permettent d'augmenter la capacité des réseaux sans fil sans la nécessité de ressources fréquentielles additives. Associées aux schémas de modulations multiporteuses CP-OFDM, les techniques MIMO sont ainsi devenues la pierre angulaire pour les systèmes sans fil à haute efficacité spectrale. La réception optimale peut être obtenue à l'aide d'une réception conjointe (Egalisation/Décodage). Étant très complexe, la réception conjointe n'est pas envisagée et l'égalisation et le décodage sont réalisés disjointement au coût d'une dégradation significative en performances. Entre ces deux solutions, la réception itérative trouve son intérêt pour sa capacité à s'approcher des performances optimales avec une complexité réduite. La conception de récepteurs itératifs pour certaines applications, de type WiFi à titre d'exemple doit respecter la structure du code imposée par la norme. Ces codes ne sont pas optimisés pour des récepteurs itératifs. En observant l'effet du nombre d' itérations dans le processus itératif, on montre par simulation que l'ordonnancement des itérations décodage LDPC/Turbo-égalisation joue un rôle important dans la complexité et le délai du récepteur. Nous proposons de définir des ordonnancements permettant de réduire la complexité globale du récepteur. Deux approches sont proposées, une approche statique ainsi qu'une autre dynamique. Ensuite nous considérons un système multi-utilisateur avec un accès multiple par répartition spatiale. Nous étudions l'intérêt de la réception itérative dans ce contexte tenant en compte la différence de puissance signale utile/interférence.

L’objectif de cette thèse est l’étude de récepteurs MIMO LDPC itératifs. Les techniques MIMO permettent d’augmenter la capacité des réseaux sans fil sans la nécessité de ressources fréquentielles additives. Associées aux schémas de modulations multiporteuses CP-OFDM, les techniques MIMO sont ainsi devenues la pierre angulaire pour les systèmes sans fil à haute efficacité spectrale. La réception optimale peut être obtenue à l’aide d’une réception conjointe (Egalisation/Décodage). Étant très complexe, la réception conjointe n’est pas envisagée et l’égalisation et le décodage sont réalisés disjointement au coût d’une dégradation significative en performances. Entre ces deux solutions, la réception itérative trouve son intérêt pour sa capacité à s’approcher des performances optimales avec une complexité réduite. La conception de récepteurs itératifs pour certaines applications, de type WiFi à titre d’exemple doit respecter la structure du code imposée par la norme. Ces codes ne sont pas optimisés pour des récepteurs itératifs. En observant l’effet du nombre d' itérations dans le processus itératif, on montre par simulation que l’ordonnancement des itérations décodage LDPC/Turbo-égalisation joue un rôle important dans la complexité et le délai du récepteur. Nous proposons de définir des ordonnancements permettant de réduire la complexité globale du récepteur. Deux approches sont proposées, une approche statique ainsi qu'une autre dynamique. Ensuite nous considérons un système multi-utilisateur avec un accès multiple par répartition spatiale. Nous étudions l’intérêt de la réception itérative dans ce contexte tenant en compte la différence de puissance signale utile/interférence. / The aim of this thesis is to address the design of iterative MIMO receivers using LDPC Error Correcting codes. MIMO techniques enable capacity increase in wireless networks with no additional frequency ressources. The associationof MIMO with multicarrier modulation techniques OFDM made them the cornerstone of emerging high rate wireless networks. Optimal reception can be achieved using joint detection and decoding at the expense of a huge complexity making it impractical. Disjoint reception is then the most used. The design of iterative receivers for some applications using LDPC codes like Wifi (IEEE 802.11n) is constrained by the standard code structure which is not optimized for such kind of receivers. By observing the effect of the number of iterations on performance and complexity we underline the interest of scheduling LDPC decoding iterations and turboequalization iterations. We propose to define schedules for the iterative receiver in order to reduce its complexity while preserving its performance. Two approaches are used : static and dynamic scheduling. The second part of this work is concerns Multiuser MIMO using Spatial Division Multiple Access. We explore and evaluate the interest of using iterative reception to cancel residual inter-user interference.

Cette thèse traite de la vérification automatique de composants matériels décrits en VHDL. C'est une étude de faisabilité d'un outil de vérification automatique qui réunit: exhaustivité, efficacité de calcul et simplicité d'utilisation. La méthodologie de l'interprétation abstraite a été adoptée: l'algorithme de simulation de VHDL est d'abord formalisé par une sémantique opérationnelle, de laquelle une analyse statique est dérivée de façon systématique par abstraction. L'analyse calcule un sur-ensemble des états accessibles. Le domaine numérique utilisé pour représenter les valeurs possibles des signaux de la description peut être choisi librement. Une instance possible de l'analyse a été implémenté en OCaml. Le domaine numérique choisi ici est celui des égalités linéaires entre variables booléennes. L'outil a permi de valider un code correcteur d'erreur de type Reed Solomon. Les performances sont excellentes, en particulier meilleures que celles du model checker à base de BDDs VIS.

L’utilisation des codes MDPC (Moderate Density Parity Check) quasi-cycliques dans le cryptosystème de McEliece offre un schéma de chiffrement post-quantique dont les clés ont une taille raisonnable et dont le chiffrement et le déchiffrement n’utilisent que des opérations binaires. C’est donc un bon candidat pour l’implémentation embarquée ou à bas coût.Dans ce contexte, certaines informations peuvent être exploitées pour construire des attaques par canaux cachés.Ici, le déchiffrement consiste principalement à décoder un mot de code bruité. Le décodeur utilisé est itératif et probabiliste : le nombre d’itérations de l'algorithme varie en fonction des instances et certains décodages peuvent échouer. Ces comportements ne sont pas souhaitables car ils peuvent permettre d’extraire des informations sur le secret.Une contremesure possible est de limiter le nombre d’instances de chiffrement avec les mêmes clés. Une autre façon serait de recourir à un décodage à temps constant dont la probabilité d’échec au décodage est négligeable. L’enjeu principal de cette thèse est de fournir de nouveaux outils pour analyser du comportement du décodeur pour la cryptographie.Dans un second temps, nous expliquons pourquoi l'utilisation des codes polaires n'est pas sûre pour le cryptosystème de McEliece. Pour ce faire, nous utilisons de nouvelles techniques afin de résoudre une équivalence de codes. Nous exhibons de nombreux liens entre les codes polaires et les codes de Reed-Muller et ainsi d'introduire une nouvelle famille de codes : les codes monomiaux décroissants. Ces résultats sont donc aussi d'un intérêt indépendant pour la théorie des codes. / Considering the McEliece cryptosystem using quasi-cylcic MDPC (Moderate Density Parity Check matrix) codes allows us to build a post-quantum encryption scheme with nice features. Namely, it has reasonable key sizes and both encryption and decryption are performed using binary operations. Thus, this scheme seems to be a good candidate for embedded and lightweight implementations. In this case, any information obtained through side channels can lead to an attack. In the McEliece cryptosystem, the decryption process essentially consists in decoding. As we consider the use of an iterative and probabilistic algorithm, the number of iterations needed to decode depends on the instance considered and some of it may fail to be decoded. These behaviors are not suitable because they may be used to extract information about the secrets. One countermeasure could be to bound the number of encryptions using the same key. Another solution could be to employ a constant time decoder with a negligible decoding failure probability, that is to say which is about the expected security level of the cryptosystem. The main goal of this thesis is to present new methods to analyse decoder behavior in a cryptographic context.Second, we explain why a McEliece encryption scheme based on polar code does not ensure the expected level of security. To do so, we apply new techniques to resolve the code equivalence problem. This allows us to highlight several common properties shared by Reed-Muller codes and polar codes. We introduce a new family of codes, named decreasing monomial codes, containing both Reed-Muller and polar codes. These results are also of independent interest for coding theory.

L'électronique moléculaire, partie intégrante des nanotechnologies, résulte de la convergence de différents domaines: la microélectronique, la physique, la chimie ou encore la biologie. L'engouement suscité s'explique par l'espoir de trouver un complément faible coût, voire une alternative viable à l'électronique CMOS sur silicium actuelle, dont les perspectives d'évolution restent floues au-delà de 2015/2020 et dont le coût de fabrication actuel augmente de façon exponentielle. Les dispositifs à base d'électronique moléculaire apparaissent comme des candidats potentiels à l'intégration dans les mémoires du futur. En effet, leur utilisation permettrait d'obtenir, de part leurs dimensions nanométriques, des densités très élevées, bien au-delà de la roadmap silicium, tout en réduisant les coûts de fabrication grâce aux procédés d'auto-assemblage et d'intégration tridimensionnelle. Cependant, l'état de l'art actuel indique qu'il n'existe pas de modélisation appropriée à des simulations complexes et qu'à cette échelle, les variations technologiques d'un composant à l'autre seront très élevées. Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit de thèse proposent un nouveau type d'architecture de mémoire de très haute densité et tolérante aux dispersions, à base de transistor moléculaire à nanofils à effet de champs (NW-FET moléculaire). L'étude présente un modèle continu VHDL-AMS du transistor moléculaire, et deux niveaux de modélisation VHDL-AMS d'une nouvelle cellule mémoire moléculaire haute densité. Enfin, différentes techniques de tolérance aux fortes dispersions (jusqu'à 25% de variations des caractéristiques des dispositifs de base) sont évaluées.

Cette thèse propose de nouvelles méthodes de synthèse automatique des contrôleurs internes aux circuits numériques. Elles permettent en particulier d'intégrer, directement au niveau du contrôleur, des dispositifs de détection d'erreurs ou de tolérance aux fautes. En ce qui concerne la détection d'erreurs, quatre flots de synthèse ont été implantés. Deux d'entre eux utilisent la méthode classique de duplication et comparaison, tandis que les deux autres sont basés sur la vérification d'un flot de contrôle par analyse de signature. La signature est une information permettant de caractériser la séquence parcourue d'états du contrôleur. La vérification du flot de contrôle correspond à la détection des séquences illégales d'états. En ce qui concerne la tolérance aux fautes, quatre flots ont été implantés. Deux d'entre eux utilisent la méthode classique de triplement et vote majoritaire, tandis que les deux autres sont basés sur l'utilisation d'un code correcteur d'erreurs lors du codage du contrôleur. Une erreur survenant dans le code de l'état courant peut ainsi être corrigée en utilisant les propriétés du code correcteur choisi. L'analyse des résultats de synthèse de nombreux exemples montre l'intérêt des nouvelles méthodes de détection et de tolérance proposées, et des algorithmes de synthèse implantés. Ainsi, ces méthodes et ces algorithmes permettent, entre autres, de définir de nouveaux compromis coût/sûreté de fonctionnement, en réduisant sensiblement le coût matériel de la redondance implantée. L'automatisation des traitements permet de plus de réduire le coût de conception lié à l'amélioration de la sûreté de fonctionnement des contrôleurs, en particulier lorsque des techniques plus pointues sont préférées à la redondance massive