Les chercheurs au travers de plusieurs domaines essaient de fournir des solutions pour intégrer les objets et les systèmes dans l’internet des objets (IdO ou IoT pour Internet of Things en anglais). Il y a deux domaines parmi les domaines les plus importants d’IdO. Le premier est de tester et évaluer l’IdO. Plusieurs milliards d’objets sont déjà connectés à l’internet. Ces objets peuvent communiquer entre eux directement sans intervention humaine. Les entreprises et les développeurs doivent être capable de tester et d’évaluer des scénarios différents dans plusieurs environnements. Ces environnements doivent être capable d’échanger des services entre eux. Nous présentons notre architecture IoTaaS (Internet of Things Testing As A Service). IoTaaS est un environnement distribué pour tester et évaluer l’IdO. Nous présentons aussi la première mise en oeuvre expérimentale qui est appelée CEMAT (Cloud Environment for Mobile Application Testing) qui permet de tester les applications mobiles et les objets connectés. Le deuxième domaine correspond aux méthodes de communication. Nous présentons notre conception de communications COLDE (Connectionless Data Exchange) pour échanger une petite quantité de données publiques entre les clients Wi-Fi et les points d’accès sans qu’ils aient besoin d’être associés. Alors que COLDE présente la méthode nécessaire pour échanger ces données, le concept de services Lightweight décrit les données échangées en utilisant le protocole COLDE. / Researchers across many domains are working to provide solutions that enable integration of objectsand systems into the Internet of Things (IoT). There are two domains which are among the mostimportant ones in IoT. First domain is IoT testing and evaluation. The billions of objects whichare connected to IoT would intercommunicate without any human intervention. Enterprises anddevelopers should be able to test and evaluate different operational scenarios of their systems indifferent environments. Testing environments should be able to exchange services. We present ourarchitecture IoTaaS (Internet of Things Testing As A Service). IoTaaS is a hierarchy of a distributedcloud for testing and evaluating IoT. We also present the pilot implementation of IoTaaS under thecode name CEMAT (Cloud Environment for Mobile Application Testing) which focuses on mobiledevices and their connected objects. The second domain is about communication methods andtechniques. Several IoT applications depend on public data exchange. We present our design toexchange small amount of public data on wireless network without establishing a connection. COLDE(Connectionless Data Exchange) is our extension to protocol the IEEE 802.11. COLDE utilizesthe management frames to allow Wi-Fi devices and access points to exchange small amounts ofdata without having any association. COLDE describes how we can exchange data without beingconnected. Lightweight services concept explains which data could be transferred using COLDE.Simulation experiments and real world implementation are presented along with their results.

L'Internet des Objets (IdO) couvre peu à peu tous les aspects de notre vie. À mesure que ces systèmes deviennent plus répandus, le besoin de gérer cette infrastructure complexe comporte plusieurs défis. En effet, beaucoup de petits appareils interconnectés fournissent maintenant plus d'un service dans plusieurs aspects de notre vie quotidienne, qui doivent être adaptés à de nouveaux contextes sans l'interruption de tels services. Cependant, ce nouveau système informatique diffère des systèmes classiques principalement sur le type, la taille physique et l'accès des nœuds. Ainsi, des méthodes typiques pour gérer la couche logicielle sur de grands systèmes distribués comme on fait traditionnellement ne peuvent pas être employées dans ce contexte. En effet, cela est dû aux capacités très différentes dans la puissance de calcul et la connectivité réseau, qui sont très contraintes pour les appareils de l'IdO. De plus, la complexité qui était auparavant gérée par des experts de plusieurs domaines, tels que les systèmes embarqués et les réseaux de capteurs sans fil (WSN), est maintenant accrue par la plus grande quantité et hétérogénéité des logiciels et du matériel des nœuds. Par conséquent, nous avons besoin de méthodes efficaces pour gérer la couche logicielle de ces systèmes, en tenant compte les ressources très limitées. Cette infrastructure matérielle sous-jacente pose de nouveaux défis dans la manière dont nous administrons la couche logicielle de ces systèmes. Ces défis peuvent entre divisés en : Intra-nœud, sur lequel nous faisons face à la mémoire limitée et à la puissance de calcul des nœuds IdO, afin de gérer les mises à jour sur ces appareils ; Inter-noeud, sur lequel une nouvelle façon de distribuer les mises à jour est nécessaire, en raison de la topologie réseau différente et le coût en énergie pour les appareils alimentés par batterie ; En effet, la puissance de calcul limitée et la durée de vie de chaque nœud combiné à la nature très distribuée de ces systèmes, ajoute de la complexité à la gestion de la couche logicielle distribuée. La reconfiguration logicielle des nœuds dans l'Internet des objets est une préoccupation majeure dans plusieurs domaines d'application. En particulier, la distribution du code pour fournir des nouvelles fonctionnalités ou mettre à jour le logiciel déjà installé afin de l'adapter aux nouvelles exigences, a un impact énorme sur la consommation d'énergie. La plupart des algorithmes actuels de diffusion du code sur l'air (OTA) sont destinés à diffuser un microprogramme complet à travers de petits fragments, et sont souvent mis en œuvre dans la couche réseau, ignorant ainsi toutes les informations de guidage de la couche applicative. Première contribution : Un moteur de modèles en temps d'exécution représentant une application de l'IdO en cours d'exécution sur les nœuds à ressources limitées. La transformation du méta-modèle Kevoree en code C pour répondre aux contraintes de mémoire spécifiques d'un dispositif IdO a été réalisée, ainsi que la proposition des outils de modélisation pour manipuler un modèle en temps d'exécution. Deuxième contribution : découplage en composants d'un système IdO ainsi qu'un algorithme de distribution de composants efficace. Le découplage en composants d'une application dans le contexte de l'IdO facilite sa représentation sur le modèle en temps d'exécution, alors qu'il fournit un moyen de changer facilement son comportement en ajoutant/supprimant des composants et de modifier leurs paramètres. En outre, un mécanisme pour distribuer ces composants en utilisant un nouvel algorithme appelé Calpulli est proposé. / The Internet of Things (IoT) is covering little by little every aspect on our lives. As these systems become more pervasive, the need of managing this complex infrastructure comes with several challenges. Indeed, plenty of small interconnected devices are now providing more than a service in several aspects of our everyday life, which need to be adapted to new contexts without the interruption of such services. However, this new computing system differs from classical Internet systems mainly on the type, physical size and access of the nodes. Thus, typical methods to manage the distributed software layer on large distributed systems as usual cannot be employed on this context. Indeed, this is due to the very different capacities on computing power and network connectivity, which are very constrained for IoT devices. Moreover, the complexity which was before managed by experts on several fields, such as embedded systems and Wireless Sensor Networks (WSN), is now increased by the larger quantity and heterogeneity of the node’s software and hardware. Therefore, we need efficient methods to manage the software layer of these systems, taking into account the very limited resources. This underlying hardware infrastructure raises new challenges in the way we administrate the software layer of these systems. These challenges can be divided into: intra-node, on which we face the limited memory and CPU of IoT nodes, in order to manage the software layer and ; inter-node, on which a new way to distribute the updates is needed, due to the different network topology and cost in energy for battery powered devices. Indeed, the limited computing power and battery life of each node combined with the very distributed nature of these systems, greatly adds complexity to the distributed software layer management. Software reconfiguration of nodes in the Internet of Things is a major concern for various application fields. In particular, distributing the code of updated or new software features to their final node destination in order to adapt it to new requirements, has a huge impact on energy consumption. Most current algorithms for disseminating code over the air (OTA) are meant to disseminate a complete firmware through small chunks and are often implemented at the network layer, thus ignoring all guiding information from the application layer. First contribution: A models@runtime engine able to represent an IoT running application on resource constrained nodes. The transformation of the Kevoree meta-model into C code to meet the specific memory constraints of an IoT device was performed, as well as the proposition of modelling tools to manipulate a model@runtime. Second contribution: Component decoupling of an IoT system as well as an efficient component distribution algorithm. Components decoupling of an application in the context of the IoT facilitates its representation on the model@runtime, while it provides a way to easily change its behaviour by adding/removing components and changing their parameters. In addition, a mechanism to distribute such components using a new algorithm, called Calpulli is proposed.

L'Internet des objets (ou IdO) se traduit à l'heure actuelle par l'accroissement du nombre d'objets connectés, c'est-à-dire d'appareils possédant une identité propre et des capacités de calcul et de communication de plus en plus sophistiquées : téléphones, montres, appareils ménagers, etc. Ces objets embarquent un nombre grandissant de capteurs et d'actionneurs leur permettant de mesurer l'environnement et d'agir sur celui-ci, faisant ainsi le lien entre le monde physique et le monde virtuel. Spécifiquement, l'Internet des objets pose plusieurs problèmes, notamment du fait de sa très grande échelle, de sa nature dynamique et de l'hétérogénéité des données et des systèmes qui le composent (appareils puissants/peu puissants, fixes/mobiles, batteries/alimentations continues, etc.). Ces caractéristiques nécessitent des outils et des méthodes idoines pour la réalisation d'applications capables (i) d'extraire des informations utiles depuis les nombreuses sources de données disponibles et (ii) d'interagir aussi bien avec l'environnement, au moyen des actionneurs, qu'avec les utilisateurs, au moyen d'interfaces dédiées. Dans cette optique, nous défendons la thèse suivante : en raison de la nature continue des données (mesures physiques, évènements, etc.) et leur volume, il est important de considérer (i) les flux comme modèle de données de référence de l'Internet des objets et (ii) le traitement continu comme modèle de calcul privilégié pour transformer ces flux. En outre, étant donné les préoccupations croissantes relatives à la consommation énergétique et au respect de la vie privée, il est préférable de laisser les objets agir au plus près des utilisateurs, si possible de manière autonome, au lieu de déléguer systématiquement l'ensemble des tâches à de grandes entités extérieures telles que le cloud. À cette fin, notre principale contribution porte sur la réalisation d'un système distribué de gestion de flux de données pour l'Internet des objets. Nous réexaminons notamment deux aspects clés du génie logiciel et des systèmes distribués : les architectures de services et le déploiement. Ainsi, nous apportons des solutions (i) pour l'accès aux flux de données sous la forme de services et (ii) pour le déploiement automatique des traitements continus en fonction des caractéristiques des appareils. Ces travaux sont concrétisés sous la forme d'un intergiciel, Dioptase, spécifiquement conçu pour être exécuté directement sur les objets et les transformer en fournisseurs génériques de services de calcul et de stockage.Pour valider nos travaux et montrer la faisabilité de notre approche, nous introduisons un prototype de Dioptase dont nous évaluons les performances en pratique. De plus, nous montrons que Dioptase est une solution viable, capable de s'interfacer avec les systèmes antérieurs de capteurs et d'actionneurs déjà déployés dans l'environnement. / The Internet of Things (IoT) is currently characterized by an ever-growing number of networked Things, i.e., devices which have their own identity together with advanced computation and networking capabilities: smartphones, smart watches, smart home appliances, etc. In addition, these Things are being equipped with more and more sensors and actuators that enable them to sense and act on their environment, enabling the physical world to be linked with the virtual world. Specifically, the IoT raises many challenges related to its very large scale and high dynamicity, as well as the great heterogeneity of the data and systems involved (e.g., powerful versus resource-constrained devices, mobile versus fixed devices, continuously-powered versus battery-powered devices, etc.). These challenges require new systems and techniques for developing applications that are able to (i) collect data from the numerous data sources of the IoT and (ii) interact both with the environment using the actuators, and with the users using dedicated GUIs. To this end, we defend the following thesis: given the huge volume of data continuously being produced by sensors (measurements and events), we must consider (i) data streams as the reference data model for the IoT and (ii) continuous processing as the reference computation model for processing these data streams. Moreover, knowing that privacy preservation and energy consumption are increasingly critical concerns, we claim that all the Things should be autonomous and work together in restricted areas as close as possible to the users rather than systematically shifting the computation logic into powerful servers or into the cloud. For this purpose, our main contribution can be summarized as designing and developing a distributed data stream management system for the IoT. In this context, we revisit two fundamental aspects of software engineering and distributed systems: service-oriented architecture and task deployment. We address the problems of (i) accessing data streams through services and (ii) deploying continuous processing tasks automatically, according to the characteristics of both tasks and devices. This research work lead to the development of a middleware layer called Dioptase, designed to run on the Things and abstract them as generic devices that can be dynamically assigned communication, storage and computation tasks according to their available resources. In order to validate the feasability and the relevance of our work, we implemented a prototype of Dioptase and evaluated its performance. In addition, we show that Dioptase is a realistic solution which can work in cooperation with legacy sensor and actuator networks currently deployed in the environment.

Les Réseaux de Capteurs Sans Fil (RCSF ou Wireless Sensor Network - WSN) sont l'une des technologies les plus importantes du 21ème siècle. La plupart des chercheurs et les analystes estiment que, dans un proche avenir, ces micro-capteurs seront intégrés partout dans l’environnement de notre vie quotidienne. Ces dernières années, l'Internet des Objets (Internet of Things - IoT) est également une des technologies émergentes qui se développe rapidement. Deux nouveaux standards permettent de déployer des réseaux sans fil de faible consommation énergétique connectés à internet : le protocole 6LowPAN (Low power Wireless Personal Area Networks) qui permet notamment d’apporter l’adressage IPv6 aux capteurs grâce à l’encapsulation et la compression des données et le protocole de routage RPL (IPv6 routing protocol for low-power and lossy network) qui permet à l’information de circuler dans les WSN de proche en proche à un faible coût énergétique. Bien que le développement de ces techniques soit extrêmement rapide, plusieurs problèmes causés principalement par le manque de ressources des micro-capteurs (puissance limitée de traitement, problèmes de bande passante et de connexion des liens avec perte de données, problème de ressource énergétique limitée) demeurent et doivent être résolus, notamment pour les applications agro-environnementales. / The wireless sensor network (WSN) is one of the most important technologies of the 21st century. Most researchers and technical analysts believe that in the near future, these micro-sensors will be integrated into the environment of our daily lives. In recent years, the IoT (Internet of Things) and WoT (Web of Things) technologies also have great forwarding. Especially, the IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks (6LoWPAN) protocol has allowed the use of IPv6 protocol stack in the field of WSN, thanks to its encapsulation and compression mechanisms in IPv6 packet header. Moreover, the RPL (IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Network) provides such a powerful routing function that can be applied for a variety of application scenarios. These two key standards of IoT and WoT technologies for WSN can be used in an IPv6 stack, and they will successfully achieve the connection between Internet and micro-sensors. Thus, due to the availability of IPv6 address (128-bit), all the communicating objects, such as smart device, sensor, and actuator, can be connected to the Internet. That is the greatest advantage brought by the IoT. Although the progress of these techniques is extremely fast, several issues caused by resource constraints of micro-sensor (limited processing power, bandwidth and lossy connection link, and energy), such as QoS, energy efficient, robustness and lifetime of WSN, and the most important, the special requirement of agricultural applications. Notice that Precision Agriculture is are still very challenging and waiting to be solved. Essentially, these open questions would dabble in the aspects like telemedicine, remote home automation, industrial control etc. Thus, the results obtained in this work will have a significant impact on both economic and scientific. Economically, it can offer a solution for WSN to support sustainable development in the field of agriculture automation. While scientifically, we will contribute to the routing protocol standardization of wireless micro-sensors in the domain of environmental monitoring.

L’Internet des objets (IdO) utilise l’interconnexion de milliards de petits appareils informatiques, appelés «Objets», pour fournir un accès à des services et à des informations partout dans le monde. Cependant, la suite de protocoles IP a été conçue il y a plusieurs décennies dans un but totalement différent, et les fonctionnalités de l’IoT soulignent désormais les limites de l’IP. En parallèle aux efforts d’adaptation de l’IP à l’IdO, des architectures alternatives basées sur les réseaux orientés information promettent de satisfaire nativement les applications Internet émergentes. L’une de ces architectures est appelée réseau de données nommées (NDN). Nos objectifs à travers le travail rapporté dans ce manuscrit peuvent êtrerésumés en deux aspects. Le premier objectif est de montrer que NDN est adapté à la prise en charge des systèmes IdO. Le deuxième objectif est la conception de deux solutions de communication légères pour les réseaux sans fil contraints avec NDN. / The Internet of Things (IoT) uses the interconnection of billions of small computing devices, called “Things”, to provide access to services and information all over the world. However, the IP protocol suite has been designed decades ago for a completely different purpose, and IoT features now highlight the limitations of IP. While adapting IP for the IoT might be seen as cutting corners, alternative architectures based on the Information Centric Networking (ICN) paradigm promise to natively satisfy emerging Internet applications. One of these architectures is Named Data Networking (NDN). Our objectives through the work reported in this manuscript can be summarized in two aspects. The first objective is to show that NDN is suitable to support IoT networking. The second objective is the design of two solutions for lightweight forwarding in constrained wireless networks.

L'émergence de la technologie de virtualisation des fonctions réseau (NFV) a suscité un vif intérêt autour de la conception, la gestion et le déploiement de services réseau de manière flexible, automatisée et indépendante du fournisseur. La mise en œuvre de la technologie NFV devrait être une solution profitable pour les fournisseurs de services et les clients. Cependant, ce changement de paradigme, amorcé par NFV, nécessite un abandon progressif des services réseau fournis à travers des équipements dédiés. En contrepartie, un environnement totalement ou partiellement virtualisé est proposé pour instancier dynamiquement et à la demande des modules logiciels appelés fonctions de réseau virtuelles (VNF). Cette évolution soulève un ensemble de défis liés au déploiement et à l'exploitation de services, tels que l'orchestration et la gestion, la résilience des services, le contrôle de la qualité de service (QoS), l’approvisionnement des ressources, etc. En outre, la question centrale à résoudre dans le contexte NFV est la suivante : « comment placer et chaîner effacement des fonctions virtuelles d’un service afin de fournir un niveau de qualité demandé par le client tout en optimisant l'utilisation des ressources par le fournisseur de services ? ”.Ainsi, cette thèse étudie la problématique du placement et du chaînage des VNF en tenant compte de certaines exigences de service telles que le délai de bout en bout, la disponibilité du service et la consommation d'énergie, et propose un ensemble d'algorithmes et de mécanismes visant à optimiser le déploiement des services demandés/fournis. Nos contributions dans cette thèse sont triples. Premièrement, nous proposons deux algorithmes de placement et de chaînage de VNF sensibles au délai de bout-en-bout pour des applications temps-réel. Les algorithmes proposés visent à respecter le délai approprié de bout-en-bout qui dépend du service déployé (exemples : VoIP, Streaming, etc.). Deuxièmement, nous présentons une analyse comparative de la disponibilité des services et nous proposons deux mécanismes de placement et de chaînage de VNF pour garantir un niveau prédéfini de disponibilité. L’objectif est de fournir des services résilients en ajustant avec précision les paramètres du schéma de protection (nombre, type, emplacement et taille des instances VNF) nécessaires pour atteindre ce niveau de disponibilité en dépit des défaillances du réseau. Enfin, nous proposons une architecture générale qui explore la possibilité d’étendre le paradigme de la virtualisation à l’Internet des objets (IoT). À cette fin, nous définissons un mécanisme de placement et de chaînage respectant les contraintes énergétiques pour des services IoT. Notre architecture propose de découpler et de virtualiser les fonctionnalités inhérentes à un objet connecté de l’équipement IoT physique. En étendant NFV au domaine IoT, notre solution ouvre de nouvelles perspectives d’application en supportant de nouveaux cas d’usages. / The emergence of Network Function Virtualization (NFV) technology has aroused keen interest to design, manage and deploy network services in a flexible, automated and vendor-agnostic manner. Implementing NFV technology is expected to be a win-win solution for both service providers and costumers. However, this paradigm shift, sparked by NFV, calls for a progressive abandon of network services that are provided as hardware appliance and rather it proposes a fully or partially virtualized environment that offers software modules called Virtual Network Functions (VNFs). This shift rises a set of challenges related to service deployment and operation such as orchestration and management, service resiliency, Quality of Service (QoS) and resource provisioning among others. Furthermore, the core question that needs to be solved within NFV context is “What is the best way to place and chain VNFs that form a service in order to meet Service Level Agreement requirements (costumer side) while optimizing resource usage (service provider side)?”.This thesis investigates the problem of VNF Placement and Chaining considering service requirements such as end-to-end delay, service availability and energy consumption and proposes a set of algorithms and mechanisms that aim to achieve an optimized deployment of the requested/provided services. Our contributions in this thesis are threefold. First, we propose a delay-aware Placement and Chaining algorithms for delay-sensitive applications over NFV networks. The proposed algorithms aim to meet the appropriate end-to-end delay defined according to the deployed service (VoIP, Streaming, etc.). Second, we provide a comprehensive service availability benchmarking and we propose two availability-aware mechanisms for VNFs chain. The aim is to provide resilient service provisioning by fine-tuning the parameters of the protection scheme (the number, the type, the placement and the size of the spare instances) needed to reach a predefined availability level, despite network failures. Finally, we propose a framework architecture that explores the possibility to extend the virtualization paradigm to Internet of Things (IoT). Toward this end, we define an energy-aware Placement and Chaining for IoT services where inherent IoT functionalities are decoupled from specific dedicated IoT devices and instantiated on-demand. By bringing together NFV and IoT paradigms, this extension opens new perspectives and push toward designing new use cases.

L'évolution des technologies de l'information ainsi que la miniaturisation constante des composants électroniques de ces dernières décennies ont permis de doter les objets de la vie de tous les jours de capacités de calcul et de communication. Ces objets connectés sont disséminés dans l'environnement de l'utilisateur et coopèrent les uns avec les autres afin de fournir à l'utilisateur des services intelligents de manière totalement transparente et non intrusive. Ces environnements sont caractérisés par une grande hétérogénéité ainsi qu'une grande dynamicité. Les intégrations dites verticales (les données des capteurs sont externalisées sur les serveurs d'une entreprise) permettent certes une interopérabilité plus importante, mais engendrent des problèmes de saturation des canaux de communication, ainsi que des questionnements sur la sécurité et la confidentialité de des informations. Pour pallier ces problèmes, les intégrations dites horizontales (les entités matérielles sont mises en relation directement au sein de l'infrastructure) sont encouragées. Dans cette thèse, nous adressons le problème du déploiement et de la configuration automatique d'applications au sein de tels environnements ambiants. Nous proposons des mécanismes permettant, à partir d'une description de l'environnement ambiant, la sélection et la configuration d'entités matérielles qui supporteront l'exécution des applications. Ces mécanismes ont été encapsulé dans un intergiciel basé sur le paradigme Multi-agents dans lequel les différents agents logiciels du système collaborent afin de sélectionner les entités de l'infrastructure respectant les besoins et les contraintes des applications à déployer. / Research domains like Ambient Intelligence or Internet of Things came up in the early 2000’s with the technologic improvement and the ongoing miniaturization of electronic devices. These electronic and information devices are scattered in the user’s environment, can communicate and exchange data more and more easily to provide intelligent and non-intrusive services to the users. However, it is difficult to have generic implementations of these applications. These difficulties are due the the high heterogeneity and dynamicity of the ambient environments. Vertical integrations of connected devices (data exchanges from the devices to external servers) allow more interoperability but generate overloads of the communication channels and privacy concerns. To prevent these problems, horizontal approaches (connected devices communicate directly together through the hardware infrastructure) have to be encouraged. In this thesis work, we address the problem of the automatic deployment and configuration of distributed applications in these ambient environments. We propose mechanisms that allow, from a description of the environment, the selection and the configuraion of the hardware entities that will support the execution of applications. These mechanisms are encapsulated in a middleware based on the multi-agent paradigm. The different agents of the system cooperate in order to select the right hardware entities that respects the requirements and the constraints of the applications we want to deploy.

Cette thèse aborde des nouveaux défis de sécurité dans l'Internet des Objets (IdO). La transition actuelle de l'Internet classique vers l'Internet des Objets conduit à de nombreux changements dans les modèles de communications sous-jacents. La nature hétérogène des communications de l’IdO et le déséquilibre entre les capacités des entités communicantes qui le constituent rendent difficile l'établissement de connexions sécurisées de bout en bout. Contrairement aux nœuds de l’Internet traditionnel, la plupart des composants de l'Internet des Objets sont en effet caractérisés par de faibles capacités en termes d'énergie et de puissance calcul. Par conséquent, ils ne sont pas en mesure de supporter des systèmes de sécurité complexes. En particulier, la mise en place d'un canal de communication sécurisé de bout en bout nécessite l’établissement d'une clé secrète commune entre les deux nœuds souhaitant communiquer, qui sera négociée en s'appuyant sur un protocole d'échange de clés tels que le Transport Layer Security (TLS) Handshake ou l’Internet Key Exchange (IKE). Or, une utilisation directe de ces protocoles pour établir des connexions sécurisées entre deux entités de l’IdO peut être difficile en raison de l'écart technologique entre celles-ci et des incohérences qui en résultent sur le plan des primitives cryptographiques supportées. Le sujet de l'adaptation des protocoles de sécurité existants pour répondre à ces nouveaux défis a récemment été soulevé dans la communauté scientifique. Cependant, les premières solutions proposées n'ont pas réussi à répondre aux besoins des nœuds à ressources limitées. Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles approches collaboratives pour l'établissement de clés, dans le but de réduire les exigences des protocoles de sécurité existants, afin que ceux-ci puissent être mis en œuvre par des nœuds à ressources limitées. Nous avons particulièrement retenu les protocoles TLS Handshake, IKE et HIP BEX comme les meilleurs candidats correspondant aux exigences de sécurité de bout en bout pour l'IdO. Puis nous les avons modifiés de sorte que le nœud contraint en énergie puisse déléguer les opérations cryptographiques couteuses à un ensemble de nœuds au voisinage, tirant ainsi avantage de l'hétérogénéité spatiale qui caractérise l’IdO. Nous avons entrepris des vérifications formelles de sécurité et des analyses de performance qui prouvent la sureté et l'efficacité énergétique des protocoles collaboratifs proposés. Dans une deuxième partie, nous avons porté notre attention sur une classe d’attaques internes que la collaboration entre les nœuds peut induire et que les mécanismes cryptographiques classiques, tels que la signature et le chiffrement, s'avèrent impuissants à contrer. Cela nous a amené à introduire la notion de confiance au sein d'un groupe collaboratif. Le niveau de fiabilité d'un nœud est évalué par un mécanisme de sécurité dédié, connu sous le nom de système de gestion de confiance. Ce système est lui aussi instancié sur une base collaborative, dans laquelle plusieurs nœuds partagent leurs témoignages respectifs au sujet de la fiabilité des autres nœuds. En nous appuyant sur une analyse approfondie des systèmes de gestion de confiance existants et des contraintes de l’IoD, nous avons conçu un système de gestion de confiance efficace pour nos protocoles collaboratifs. Cette efficacité a été évaluée en tenant compte de la façon dont le système de gestion de la confiance répond aux exigences spécifiques à nos approches proposées pour l'établissement de clés dans le contexte de l'IdO. Les résultats des analyses de performance que nous avons menées démontrent le bon fonctionnement du système proposé et une efficacité accrue par rapport à la littérature / This thesis addresses new security challenges in the Internet of Things (IoT). The current transition from legacy Internet to Internet of Things leads to multiple changes in its communication paradigms. Wireless sensor networks (WSNs) initiated this transition by introducing unattended wireless topologies, mostly made of resource constrained nodes, in which radio spectrum therefore ceased to be the only resource worthy of optimization. Today's Machine to Machine (M2M) and Internet of Things architectures further accentuated this trend, not only by involving wider architectures but also by adding heterogeneity, resource capabilities inconstancy and autonomy to once uniform and deterministic systems. The heterogeneous nature of IoT communications and imbalance in resources capabilities between IoT entities make it challenging to provide the required end-to-end secured connections. Unlike Internet servers, most of IoT components are characterized by low capabilities in terms of both energy and computing resources, and thus, are unable to support complex security schemes. The setup of a secure end-to-end communication channel requires the establishment of a common secret key between both peers, which would be negotiated relying on standard security key exchange protocols such as Transport Layer Security (TLS) Handshake or Internet Key Exchange (IKE). Nevertheless, a direct use of existing key establishment protocols to initiate connections between two IoT entities may be impractical because of the technological gap between them and the resulting inconsistencies in their cryptographic primitives. The issue of adapting existing security protocols to fulfil these new challenges has recently been raised in the international research community but the first proposed solutions failed to satisfy the needs of resource-constrained nodes. In this thesis, we propose novel collaborative approaches for key establishment designed to reduce the requirements of existing security protocols, in order to be supported by resource-constrained devices. We particularly retained TLS handshake, Internet key Exchange and HIP BEX protocols as the best keying candidates fitting the end-to-end security requirements of the IoT. Then we redesigned them so that the constrained peer may delegate its heavy cryptographic load to less constrained nodes in neighbourhood exploiting the spatial heterogeneity of IoT nodes. Formal security verifications and performance analyses were also conducted to ensure the security effectiveness and energy efficiency of our collaborative protocols. However, allowing collaboration between nodes may open the way to a new class of threats, known as internal attacks that conventional cryptographic mechanisms fail to deal with. This introduces the concept of trustworthiness within a collaborative group. The trustworthiness level of a node has to be assessed by a dedicated security mechanism known as a trust management system. This system aims to track nodes behaviours to detect untrustworthy elements and select reliable ones for collaborative services assistance. In turn, a trust management system is instantiated on a collaborative basis, wherein multiple nodes share their evidences about one another's trustworthiness. Based on an extensive analysis of prior trust management systems, we have identified a set of best practices that provided us guidance to design an effective trust management system for our collaborative keying protocols. This effectiveness was assessed by considering how the trust management system could fulfil specific requirements of our proposed approaches for key establishment in the context of the IoT. Performance analysis results show the proper functioning and effectiveness of the proposed system as compared with its counterparts that exist in the literature

Les technologies de l'Internet des objets (IdO) et de l'externalisation des services informatiques ont conduit à l'émergence de nouvelles menace sur la vie privée des utilisateurs. Cependant, l'implémentation des moyens de sécurité traditionnels sur les équipements de l'IdO constitue un premier défi lié aux limites de capacités. D'un autre côté, la délégation du traitement et du stockage des données, nous pose le problème de confiance envers les fournisseurs de service.Dans ce contexte, nous avons proposé une solution de chiffrement qui assure une protection de données centrée sur leurs propriétaires et adaptée à l'environnement contraignant des objets connectés. Ce modèle se base sur le chiffrement par attributs avec externalisation sécurisée et la technologie de la Blockchain. Ensuite, en réponse à la problématique de la confiance et de la sélection du service, nous avons exploré les possibilités offertes par les outils de l'intelligence artificielle. Pour ce faire, nous avons proposé un modèle de filtrage collaboratif basé sur les cartes de Kohonen avec une solution pour détecter les utilisateurs non fiable. / Internet of Things (IoT) and IT service outsourcing technologies have led to the emergence of new threats to users' privacy. However, the implementation of traditional security measures on IoT equipment is a first challenge due to capacity limitations. On the other hand, the offloading of data processing and storage poses the problem of trust in service providers.In this context, we have proposed an encryption solution that provides owner-centric data protection adapted to the constraining environment of IoT. This model is based on attribute-based encryption with secure offloading capability and Blockchain technology. Then, in response to the issue of trust and service selection, we explored the possibilities offered by artificial intelligence tools. To do this, we proposed a collaborative filtering model based on Kohonen maps and efficient solution to detect the untrusted users.

Avec l’avènement de l’Internet des Objets, nous sommes confrontés à une prolifération des appareils connectés répartis sur des emplacements physiques, appelés des espaces intelligents et qui offrent des services de l’Internet des Objets. La découverte simple et transparente de ces services est cruciale pour le succès de l’Internet des Objets. Les caractéristiques des services de l’Internet des objets, tels que leur nombre, leur hétérogénéité et leur dynamicité induite par la mobilité des appareils connectés, rendent leur découverte difficile. Dans cette thèse, nous proposons une architecture de système et ses mécanismes associés pour permettre une découverte efficace et scalable des services de l’Internet des Objets, en se basant sur le Web Sémantique et en supportant des contextes dynamiques. Notre approche repose sur les passerelles distribuées qui intègrent des mécanismes de regroupement, d’agrégation de l’information et de routage sémantique. / With the advent of the Internet of Things (IoT), we are facing a proliferation of connected devices distributed over physical locations, so called smart spaces and offering IoT services. Enabling an easy and seamless discovery of these IoT services is crucial for the success of the Internet of Things. The characteristics of IoT services, such as their sheer number, their heterogeneity and their dynamicity induced by the mobility of the related devices, make discovering them a challenge. In this thesis, we propose a system architecture and the associated mechanisms to enable efficient and scalable semantic-based IoT service discovery supporting dynamic contexts. Our approach relies on distributed semantic gateways that embed clustering, information aggregation and semantic routing mechanisms.