Frankfurt (Main), Universiẗat, Diss., 2003.

The aim of this thesis is to introduce the family of A5 algorithm which is used in data encryption and decryption in GSM phones. It is focused on real time cryptanalysis of the stream cipher A5/1. It describes in detail the known plaintext attack published by A. Biryukov, A. Shamir and D. Wagner. Both the attack and the cipher are implemented. The implementation proves that the preprocessing stage of the attack is very time consuming, but the actual attack can be carried out in real time on a single PC. Then the problem of finding a good statistical model for the process of generating tree of predecessors of internal states of A5/1 is studied. We present reasons why the singletype Galton-Watson process is not suitable for the problem and introduce a multitype Galton-Watson process and a macro process. The models are applied to the process of generating predecessors and their predictions are compared with experimental data.

Cette thèse est consacrée à l'étude de certains processus aléatoires à valeurs dans les arbres continus. Nous définissons d'abord un cadre conceptuel pour cette étude, en construisant une topologie polonaise sur l'espace des R-arbres localement compacts, complets et munis d'une mesure borélienne localement finie. Cette topologie, dite de Gromov-Hausdorff-Prokhorov, permet alors la définition de processus de Markov à valeurs arbre. Nous donnons ensuite une nouvelle construction du processus d'élagage d'Abraham-Delmas-Voisin, qui est un exemple de processus qui prend ses valeurs dans les arbres de Lévy. Notre construction, qui dévoile une nouvelle structure généalogique des arbres de Lévy, est trajectorielle, et permet d'identifier explicitement les transitions du processus d'élagage. Nous appliquons cette description à l'étude de certains temps d'arrêt, comme le premier temps auquel le processus franchit une hauteur donnée. Nous décrivons le processus à cet instant grâce à une nouvelle décomposition de type spinal. Enfin, nous nous intéressons à la fragmentation d'Aldous-Pitman de l'arbre brownien d'Aldous. En particulier, nous étudions, à la suite d'Abraham et Delmas, l'effet de cette fragmentation sur les sous-arbres discrets de l'arbre brownien. Le nombre de coupures nécessaires avant d'isoler la racine, convenablement renormalisé, converge vers une variable aléatoire de Rayleigh ; nous donnons un théorème central limite qui précise les fluctuations autour de cette limite / In this thesis, we study continuum tree-valued processes. First, we define an abstract framework for these processes, by constructing a metric on the space of locally compact, complete R-trees, endowed with a locally finite Borel measure. This topology, called Gromov-Hausdorff-Prokhorov topology, allows for the definition of tree-valued Markov processes. We then give a new construction of the pruning process of Abraham-Delmas-Voisin, which is an example of a Lévy tree-valued process. Our construction reveals a new genealogical structure of Lévy trees. Furthermore, it is a path wise construction, which describes the transitions of the process explicitly. We apply this description to the study of certain stopping times, such as the first moment the process crosses a given height. We describe the process at that time through a new spinal decomposition. Finally, we focus on the Aldous-Pitman fragmentation of Aldous's Brownian tree. Following Abraham and Delmas, we study the effect of the fragmentation on discrete subtrees of the Brownian tree. The number of cuts needed to isolate the root, suitably renormalized, converges towards a Rayleigh-distributed random variable; we prove a Central Limit Theorem describing the fluctuations around this limit

Dans cette thèse, on étudie des liens entre processus d'exploration et arbres aléatoires avec ou sans interaction, pour en déduire des extensions du théorème de Ray Knight. Dans la première partie nous décrivons une certaine bijection entre l'ensemble des processus d'exploration et l'ensemble des arbres binaires. On montre que l'arbre associé à un processus d'exploration défini avec les paramètres mu et lambda décrivant les taux de ses minimas et maximas locaux respectivement à n'importe quel instant considéré, est un arbre binaire aléatoire de taux de naissance mu et de taux de mort lambda. De cette correspondance, nous déduisons une représentation discrète d'un processus de branchement linéaire en terme de temps local d'un processus d'exploration. Après renormalisation des paramètres, nous en déduisons une preuve du théorème de Ray Knight généralisé donnant une représentation en loi d'un processus de Feller linéaire en terme du temps local du mouvement brownien réfléchi en zéro avec une dérive. Dans la deuxième partie, nous considérons un modèle de population avec compétition définie par une fonction polynomiale f(x) = x^{alpha}, alpha>0 et partant de m ancêtres à l'instant initial 0. On étudie l'effet de la compétition sur la hauteur et la longueur de la forêt d'arbres généalogiques quand m tend vers l'infini. On montre que la hauteur est d'espérance finie si alpha> 1, et est infinie dans le cas contraire, tandis que la longueur est d'espérance finie si alpha > 2, et est infinie dans le cas contraire. / In this thesis, we study connections between explorations processes and random trees, from which we deduce Ray Knight Theorem. In the first part, we describe a bijection between exploration processes and Galton Watson binary trees. We show that the tree we obtain under the curve of an exploration process whose maxima and minima rates are respectively lambda and mu, is a Galton Watson binary tree with birth rate mu and death rate lambda. From this correspondence, we establish a discrete Ray Knight representation of the process population size of a Galton Watson tree in term of local time of exploration process associated to this tree. After some renormalization, we deduce from this discrete approximation with a limiting argument, a generalized Ray Knight theorem giving a representation of a Feller branching process in term of local time of a reflected Brownian motion with a linear drift. In the second part, we consider a population model with competition defined with a function f(x) = x^{alpha}. We study the effect of the competition on the height and the length of the genealogical trees of a large population. We show that the expectation of the height has a finite expectation stays finite if alpha> 1 and is infinite almost surely if alpha le 1, while the length has a finite expectation if alpha > 2, and is infinite almost surely if alpha le 2. In the last part, we consider a population model with interaction defined with a more general non linear function f.

Ce travail est consacré à l'étude de limites d'échelle de différentes fonctionnelles de marches aléatoires sur un arbre de Galton-Watson, potentiellement en milieu aléatoire. La marche aléatoire que nous considérons sur cet arbre est une marche aux plus proches voisins récurrente nulle, dont les probabilités de transition dépendent de l'environnement. Plus particulièrement, nous étudions la trace de la marche, c'est-à-dire le sous-arbre constitué des sommets visités par celle-ci. Nous considérons d'abord le cas où dans un certain sens l'environnement est à variance finie, et nous montrons que bien renormalisée la trace converge vers la forêt brownienne. Nous considérons ensuite des hypothèses plus faibles, et nous montrons que la fonction de hauteur de la marche (c'est-à-dire la suite des hauteurs prises par la marche) converge vers le processus de hauteur en temps continu d'un processus de Lévy spectralement positif strictement stable, et que la trace de la marche converge vers l'arbre réel codé par ce même processus. La stratégie employée pour établir ces résultats repose sur l'étude d'un type d'arbres que nous introduisons dans cette thèse : ceux-ci sont des arbres de Galton-Watson à deux types, l'un des types étant stérile, et à longueur d'arête. Notre principal résultat concernant ces arbres assure que leur fonction de hauteur satisfait un principe d'invariance, similaire à celui vérifié par les arbres de Galton-Watson simples. Ces arbres trouvent également une application directe dans les arbres de Galton-Watson multitype à infinité de types, un lien explicite entre les deux nous permettant de montrer qu'ils satisfont également le même principe d'invariance. / This work is devoted to the study of scaling limits of different functionals of random walks on a Galton-Watson tree, potentially in random environment. The randow walk we consider is a null recurrent nearest-neigbout random walk, the probability transition of which depend on the environment. More precisely, we study the trace of the walk, that is the sub-tree made up of the vertices visited by the walk. We first consider the case where in a certain sense the environment has finite variance, and we show that when well-renormalised, the trace converges towards the Brownian forest. We then consider hypotheses of regular variation on the environement, and we show that the height function of the walk (that is the sequence of heights in the tree of the walk) converges towards the continuous time height process of a spectrally positive strictly stable Lévy process, and that the trace of the walk converges towards the real tree coded by this very process. The strategy used to prove these two results is based on the study of a certain kind of trees that we introduce in this thesis: they are Galton-Watson trees with two types, one of which being sterile, and with edge lengths. Our main result about these trees states that their height functions satisfies an invariance principle, similar to that verified by simple Galton-Watson trees. These trees also find a direct application in multitype Galton-Watson trees with infinitely many types, as an explicit link between these two kind of trees allow us to show that they satisfy also the same invariance principle.

Nous nous penchons sur les fluctuations des marches dans plusieurs modèles de marches aléatoires en milieux aléatoires. En particulier, le résultat principal de ce mémoire est de prouver qu'il existe un théorème central limite trempé pour la marche aléatoire sur un arbre de Galton-Watson infini avec feuilles équipé de biais aléatoires plus grand que 1. Un tel théorème a été prouvé dans le cas où le biais est constant dans [1]; il s'agit donc de généraliser ce théorème. / We examine the fluctuations of walks in multiple models of random walks in random environments. In particular, the primary result of this dissertation is to prove there exists a quenched central limit theorem for the random on an infinite Galton-Watson tree with leaves equiped with random biases greater than 1. Such a theorem has already been proven in the case where the bias is constant in [1]; this is a generalization of that theorem.

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Cette thèse est consacrée à l'étude de certains processus aléatoires à valeurs dans les arbres continus. Nous définissons d'abord un cadre conceptuel pour cette étude, en construisant une topologie polonaise sur l'espace des R-arbres localement compacts, complets et munis d'une mesure borélienne localement finie. Cette topologie, dite de Gromov-Hausdorff-Prokhorov, permet alors la définition de processus de Markov à valeurs arbre. Nous donnons ensuite une nouvelle construction du processus d'élagage d'Abraham-Delmas-Voisin, qui est un exemple de processus qui prend ses valeurs dans les arbres de Lévy. Notre construction, qui dévoile une nouvelle structure généalogique des arbres de Lévy, est trajectorielle, et permet d'identifier explicitement les transitions du processus d'élagage. Nous appliquons cette description à l'étude de certains temps d'arrêt, comme le premier temps auquel le processus franchit une hauteur donnée. Nous décrivons le processus à cet instant grâce à une nouvelle décomposition de type spinal. Enfin, nous nous intéressons à la fragmentation d'Aldous-Pitman de l'arbre brownien d'Aldous. En particulier, nous étudions, à la suite d'Abraham et Delmas, l'effet de cette fragmentation sur les sous-arbres discrets de l'arbre brownien. Le nombre de coupures nécessaires avant d'isoler la racine, convenablement renormalisé, converge vers une variable aléatoire de Rayleigh ; nous donnons un théorème central limite qui précise les fluctuations autour de cette limite

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第21542号 / 理博第4449号 / 新制||理||1639(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科数学・数理解析専攻 / (主査)教授 熊谷 隆, 准教授 福島 竜輝, 教授 牧野 和久 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

L’objectif en arrière-plan est de montrer que plusieurs modèles de marches aléatoires en milieux aléatoires (MAMA) sont reliés à un modèle-jouet appelé le modèle de piège de Bouchaud. Le domaine des MAMA est très vaste, mais nous nous intéressons particulièrement à une classe de modèle où la marche est réversible et directionnellement transiente. En particulier, nous verrons pourquoi on pense que ces modèles se ressemblent et quel genre de similarités on s’attend à obtenir, une fois qu’on aura présenté le modèle de Bouchaud. Nous verrons aussi quelques techniques de base utilisés de ce domaine, telles que les temps de régénérations. Comme contribution, nous allons démontrer un théorème central limite pour la marche aléatoire β-biaisée sur un arbre de Galton-Watson. / This Master thesis is part of a larger project of linking the behaviours of a certain type of random walks in random environments (RWRE) with those of a toy model called the Bouchaud’s trap model. The domain of RWRE is very wide but our interest will be on a particular kind of models which are reversible and directionally transient. More specifically, we will see why those models have similar behaviours and what kind of results we could expect once we have reviewed the Bouchaud’s trap model. We will also present some basic technic used in this field, such as regeneration times. As a contribution, we will demonstrate a central limit theorem for the β-biased random walk on a Galton-Watson tree.