Distributed ledger technology (DLT) stands to benefit industries such as financial services with transparency and censorship resistance. DLT systems need to be scalable to handle mass user adoption. Mass user adoption is required to demonstrate the true value of DLT. This dissertation first analyses scalability in ethereum and EOS. Currently, ethereum 1.0 uses proof of work (PoW) and handles only 14 transactions per second (tps) compared to Visa's peak 47 000 tps. Ethereum 2.0, known as Serenity, introduces sharding, proof of stake (Casper), plasma and state channels in and effort to scale the system. EOS uses a delegated proof of stake (DPoS) protocol, where 21 super-nodes, termed ‘block producers' (BPs), facilitate consensus, bringing about significant scalability improvements (4000 tps). The trade-off is decentralisation. EOS is not sufficiently decentralised because the BPs yield significant power, but are not diverse. This dissertation conducts an empirical analysis using unsupervised machine learning to show that there is a high probability collusion is occurring between certain BPs. It then suggests possible protocol alterations such as inverse vote weighting that could curb adverse voting behaviour in DPoS. It further analyses whether universities are suitable BP's before mapping out required steps for universities to become block producers (leading to improved decentralisation in EOS)

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第23056号 / 医博第4683号 / 新制||医||1048(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 戸口田 淳也, 教授 森本 尚樹, 教授 伊佐 正 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(情報学) / 甲第23317号 / 情博第753号 / 新制||情||129(附属図書館) / 京都大学大学院情報学研究科社会情報学専攻 / (主査)教授 神田 崇行, 教授 吉川 正俊, 教授 岡部 寿男 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Informatics / Kyoto University / DFAM

We study a free boundary problem with initial data given on three-dimensional cones. In particular, we study when the free boundary is allowed to pass through the vertex of the cone, which depends on the cone’s slope, determined by a parameter c. With a mix of analytical and computational methods, we show that the free boundary may pass through the vertex of the cone when c ≤ 0.43.

V tejto práci sumarizujeme aktuálny výskum protokolov z rodiny Proof-of-Stake ako napr. Algorand, Tendermint a LaKSA. Analyzovali sme ich funkcionalitu a tiež ich problémy. V rámci výskumu sme implementovali a novy protokol z rodiny Dôkaz-Podielom, ktorý rieši nájdené problémy ako priepustnosť, škálovatelnosť a bezpečnosť.

To mitigate climate change and to achieve global carbon neutrality, the expansion of renewable energy sources is of paramount importance. In this context, photovoltaics (PV) are widely regarded as one of the most promising technologies to lead the transformation towards decarbonized energy systems. However, the manufacturing of PV systems is associated with initial greenhouse gas emissions linked to the procurement of PV components. Therefore, current research focuses on minimizing initial emissions to improve the overall environmental performance of PV systems. Since previous research suggests that conventional aluminum module frames contain a significant amount of embodied carbon, this study investigates a possible material substitution with wood as alternative frame material to lower the overall carbon footprint of PV modules.  To test the technical feasibility of PV modules with wooden frames, a proof of concept (POC) is conducted using wood types that exhibit necessary characteristics regarding their mechanical properties and durability. Guided by the finite element method and preliminary testing, a novel frame design is conceived, and PV modules with wooden frames are realized. The prototypes are put to extensive testing, in which the mechanical stability is examined, and weathering effects are investigated in an outdoor installation. Furthermore, a life cycle assessment (LCA) is carried out to quantify potential benefits of wooden compared to aluminum frames regarding their global warming potential and other environmental impact categories. Lastly, this study compares the economic performance of wooden PV module frames with aluminum frames and considers possible optimizations in the value chain of wooden frames. POC results show that PV modules with wooden frames - in line with industrial standards - are feasible, yet mechanical stability and durability vary depending on the type of wood and overall design. LCA results suggest that wooden frames exhibit invariably better environmental performance in all impact categories although a reduced module lifetime may impair the overall life cycle performance. In regard to cost efficiency, wooden frames are more costly than aluminum frames, yet financial incentives or subsidies may make low-carbon materials more competitive in the future. It can be concluded that wooden PV module frames may be a promising alternative to standard aluminum frames provided that the overall lifetime is identical. Thus, additional studies are required to analyze the long-term performance and to identify areas of application for modules with wooden frames, for instance in the building-integrated PV sector. Lastly, further research is needed to explore additional utilizations of wood in PV systems such as in ground and roof mounting structures.

Cette thèse se positionne dans le domaine de la vérification déductive de programmes, qui consiste à transformer une propriété à vérifier sur un programme en un énoncé logique, pour ensuite démontrer cet énoncé. La vérification effective d'un programme peut poser de nombreuses difficultés pratiques. En fait, les concepts mis en jeu derrière le programme peuvent suffire à faire obstacle à la vérification. En effet, certains programmes peuvent être assez courts et n'utiliser que des constructions simples, et pourtant s'avérer très difficiles à vérifier. Cela nous amène à la question suivante: dans le contexte d'un environnement de vérification déductive de programmes basé sur les démonstrateurs automatiques, quelles méthodes appliquer pour réduire l'effort nécessaire à la fois pour spécifier des comportements attendus complexes, ainsi que pour démontrer qu'un programme respecte ces comportements attendus? Pour mener notre étude, nous nous sommes placés dans le cadre de l'environnement de vérification déductive de programmes Why3. La vérification de programmes en Why3 est basée sur la génération de conditions de vérification, et l'usage de démonstrateurs externes pour les prouver, que ces démonstrateurs soient automatiques ou interactifs. Nous avons développé plusieurs méthodes, certaines générales et d'autres spécifiques à des classes de programmes, pour réduire l'effort manuel. Nos contributions sont les suivantes. Tout d'abord, nous ajoutons des fonctionnalités à Why3 pour assister le processus de vérification, notamment un mécanisme léger de preuve déclarative basé sur la notion d'indicateurs de coupures. Ensuite, nous présentons une méthode de vérification d'absence de débordement arithmétique pour une classe d'utilisation des entiers difficile à traiter par les méthodes standards. Enfin, nous nous intéressons au développement d'une bibliothèque générique pour la spécification et la preuve de programmes générateurs de code. / This thesis is set in the domain of deductive verification of programs, which consists of transforming a property to be verified about a program into a logical statement, and then proving this statement. Effective verification of a program can pose many practical difficulties. In fact, the concepts behind the program may be sufficient to impede verification. Indeed, some programs can be quite short and use only simple constructions, and yet prove very difficult to verify. This leads us to the following question: in the context of a deductive program verification environment based on automatic provers, what methods can be applied to reduce the effort required both to specify complex behaviors, as well as to prove that a program respects these expected behaviors? To carry out our study, we placed ourselves in the context of the deductive verification environment of programs Why3. The verification of programs in Why3 is based on the generation of verification conditions, and the use of external provers to prove them, whether these provers are automatic or interactive. We have developed several methods, some general and others specific to some program classes, to reduce manual effort. Our contributions are as follows. First, we add features to Why3 to assist the verification process, including a lightweight declarative proof mechanism based on the notion of cut indicators. Then we present a method for checking the absence of arithmetic overflow, for use cases which are difficult to process by standard methods. Finally, we are interested in the development of a generic library for the specification and proof of code generating programs.

Le sujet de cette thèse est l’étude de l’encodage des références et de la concurrence dans la Logique Linéaire. Notre motivation est de montrer que la Logique Linéaire est capable d’encoder des effets de bords, et pourrait ainsi servir comme une cible de compilation pour des langages fonctionnels qui soit à la fois viable, formalisée et largement étudiée. La notion clé développée dans cette thèse est celle de zone de routage. C’est une famille de réseaux de preuve qui correspond à un fragment de la logique linéaire différentielle, et permet d’implémenter différentes primitives de communication. Nous les définissons et étudions leur théorie. Nous illustrons ensuite leur expressivité en traduisant un λ-calcul avec concurrence, références et réplication dans un fragment des réseaux différentiels. Pour ce faire, nous introduisons un langage semblable au λ-calcul concurrent d’Amadio, mais avec des substitutions explicites à la fois pour les variables et pour les références. Nous munissons ce langage d’un système de types et d’effets, et prouvons la normalisation forte des termes bien typés avec une technique qui combine la réductibilité et une nouvelle technique interactive. Ce langage nous permet de prouver un théorème de simulation, et un théorème d’adéquation pour la traduction proposée. / The topic of this thesis is the study of the encoding of references andconcurrency in Linear Logic. Our perspective is to demonstrate the capabilityof Linear Logic to encode side-effects to make it a viable, formalized and wellstudied compilation target for functional languages in the future. The keynotion we develop is that of routing areas: a family of proof nets whichcorrespond to a fragment of differential linear logic and which implementscommunication primitives. We develop routing areas as a parametrizable deviceand study their theory. We then illustrate their expressivity by translating aconcurrent λ-calculus featuring concurrency, references and replication to afragment of differential nets. To this purpose, we introduce a language akin toAmadio’s concurrent λ-calculus, but with explicit substitutions for bothvariables and references. We endow this language with a type and effect systemand we prove termination of well-typed terms by a mix of reducibility and anew interactive technique. This intermediate language allows us to prove asimulation and an adequacy theorem for the translation

Les espèces forestières sont particulières à bien des égards par rapport aux autres espècesdomestiquées. Les arbres forestiers ont de longues phases juvéniles, entrainant de long et couteuxcycles de sélection et nécessitant une sélection en plusieurs étapes indépendantes. Bien que cetteméthode soit efficace du point de vue opérationnel, elle reste couteuse en temps et en ressources,entrainant une dilution de l’intensité et de la précision de sélection. Au vu de ces contraintes,les arbres sont de bons candidats pour la mise en oeuvre de l’évaluation génomique. La sélectiongénomique (SG) repose sur le classement et la sélection d’individus à partir de l’informationcontenu dans leur génome sans utilisé une étape d’évaluation phénotypique et ainsi accélérerle processus de sélection.Ce travail visait à identifier les situations, les critères et les facteursdans lesquelles la SG pourrait être une option réalisable pour le peuplier. Notre étude a montréque les avantages de l’évaluation génomique dépendent du contexte. C’est dans des situationsles moins avantageuse que l’évaluation génomique se montre la plus performante, elle profiteégalement de la densification de l’information génétique de faible à moyenne suite à une étaped’imputation de haute qualité. La sélection génomique pourrait être une option intéressante àstade précoce, où la précision de la sélection est généralement faible et la variabilité génétiqueabondante. Notre travail a également montré qu’il est important d’évaluer les performancesavec des critères alternatifs, comme ceux liés au classement, notamment lorsque ces critèresrépondent au contexte opérationnel du programme d’élevage étudié. / Forest species are unique in many ways compared to other domesticated species. Forest trees have long juvenile phases, leading to long and costly selection cycles and requiring selection in several independent stages. Even if this method is operationally effective, it remains costly in terms of time and resources, resulting in a diluted intensity and accuracy of selection.In view of these constraints, trees are good candidates for the implementation of genomic evaluation. Genomic selection (SG) is based on the classification and selection of individuals from the information contained in their genome without using a phenotypic evaluation step and thus accelerating the selection process, in order to identify the situations, criteria and factors in which SG could be a feasible option for poplar. Our study showed that the benefits of genomic evaluation are context-dependent. Genomic evaluation is most effective in theless-advantageous situations, it also benefits from low to medium density genetic information following a high-quality imputation step. Genomic selection could be an interesting option at an early stage, when the accuracy of selection is generally low and genetic variability is abundant.Our work has also shown that it is important to evaluate performance with alternative criteria,such as those related to ranking, especially when these criteria fit the operational context of the breeding programme under study.

Les travaux de cette thèse ont pour cadre la vérification formelle, et plus spécifiquement le projet ANR Blanc CLIMT (Categorical and Logical Methods in Model Transformation) dédié aux grammaires de graphes. Ce projet, qui a démarré en février 2012 pour une durée de 48 mois, a donné lieu à la définition du langage Small-tALC, bâti sur la logique de description ALCQI. Ce langage prend la forme d’un DSL (Domain Specific Language) impératif à base de règles, chacune dérivant structurellement un graphe. Le langage s’accompagne d’un composant de preuve basé sur la logique de Hoare chargé d’automatiser le processus de vérification d’une règle. Cependant, force est de constater que tous les praticiens ne sont pas nécessairement familiers avec les méthodes formelles du génie logiciel et que les transformations sont complexes à écrire. En particulier, ne disposant que du seul prouveur, il s’agit pour le développeur Small-tALC d’écrire un triplet de Hoare {P} S {Q} et d’attendre le verdict de sa correction sous la forme d’un graphe contre-exemple en cas d’échec. Ce contre-exemple est parfois difficile à décrypter, et ne permet pas de localiser aisément l’erreur au sein du triplet. De plus, le prouveur ne valide qu’une seule règle à la fois, sans considérer l’ensemble des règles de transformation et leur ordonnancement d’exécution. Ce constat nous a conduits à proposer un environnement d’assistance au développeur Small-tALC. Cette assistance vise à l’aider à rédiger ses triplets et à prouver ses transformations, en lui offrant plus de rétroaction que le prouveur. Pour ce faire, les instructions du langage ont été revisitées selon l’angle ABox et TBox de la logique ALCQI. Ainsi, conformément aux logiques de description, la mise à jour du graphe par la règle s’assimile à la mise à jour ABox des individus (les nœuds) et de leurs relations (les arcs) d’un domaine terminologique TBox (le type des nœuds et les étiquettes des arcs) susceptible d’évoluer. Les contributions de cette thèse concernent : (1) un extracteur de préconditions ABox à partir d’un code de transformation S et de sa postcondition Q pour l’écriture d’une règle {P} S {Q} correcte par construction, (2) un raisonneur TBox capable d’inférer des propriétés sur des ensembles de nœuds transformés par un enchaînement de règles {Pi} Si {Qi}, et (3) d’autres diagnostics ABox et TBox sous la forme de tests afin d’identifier et de localiser des problèmes dans les programmes. L’analyse statique du code de transformation d’une règle, combinée à un calcul d’alias des variables désignant les nœuds du graphe, permet d’extraire un ensemble de préconditions ABox validant la règle. Les inférences TBox pour un enchaînement de règles résultent d’une analyse statique par interprétation abstraite des règles ABox afin de vérifier formellement des états du graphe avant et après les appels des règles. A ces deux outils formels s’ajoutent des analyseurs dynamiques produisant une batterie de tests pour une règle ABox, ou un diagnostic TBox pour une séquence de règles / The overall context of this thesis is formal verification, and more specifically the ANR Blanc CLIMT project (Categorical and Logical Methods in Model Transformation) dedicated to graph grammars. This project, which started in February 2012 for 48 months, gave rise to the development of the Small- tALC language, a graph transformation language based on the ALCQI description logic. This language takes the form of an imperative DSL (Domain Specific Language) based on rules; from each rule structurally derives a graph. It goes with a proof component based on Hoare's logic designed to automate the process of rule verification. However, it must be assumed that not all developers are familiar with formal methods of software engineering, and that graph transformations are complex to write. In particular, using exclusively the prover, the Small- tALC developer must write a Hoare triple {P} S {Q} and wait for the feedback in the form of a counterexample graph in case of failure. This counter-example is sometimes difficult to interpret, and so it does not allow to easily locate the error within the triple. Moreover, the prover validates only one rule at once, without considering all the transformation rules and their execution order. This fact led us to propose an assistance framework for Small- tALC to help developers write their triples and prove their transformations, providing them more feedback than the prover does. To this purpose, the Small- tALC instructions have been reviewed according to the ABox and TBox aspects of the ALCQI logic. Thus, in accordance with description logics, updating the graph by the rule corresponds to the ABox updating of individuals (nodes) and their relationships (edges) of a TBox terminology domain (nodes concepts and edges labels) that is also expected to evolve. The contributions of this thesis concern: (1) an ABox precondition extractor from a transformation code S and its post-condition Q in order to produce a correct by construction rule {P} S {Q}, (2) a TBox reasoner to infer properties on sets of nodes transformed by a rule sequence {Pi} Si {Qi}, and (3) other ABox and TBox diagnostics based on tests to identify and locate errors in programs. The static analysis of the code of a transformation rule, combined with an alias calculus of the variables that can not designate the same nodes of the graph, allows to extract a set of ABox preconditions validating the rule. TBox inferences related to a sequence of rules result from a static analysis by abstract interpretation of the ABox rules. These inferences formally check graph states before and after rule calls. Beside these two formal tools, the framework features dynamic analyzers that produce test cases for an ABox rule, or a TBox diagnosis for a sequence of rules