Les travaux présentés s'inscrivent dans le cadre des systèmes mobiles et distribués, et s'intéressent tout particulièrement aux perspectives offertes par les réseaux locaux sans fil. A l'opposé de la complexité de déploiement d'une infrastructure cellulaire étendue, les interactions sans fil courte portée peuvent être utilisées de manière très simple, sans infrastructure. Ainsi, elles permettent à des calculateurs proches d'échanger automatiquement des informations. Nous proposons des supports système prenant en compte la volatilité des communications sans fil, et permettant de développer des applications tirant spontanément parti de la proximité physique des noeuds mobiles. Ces travaux sont ensuite étendus dans le cadre d'autres familles de réseaux sans fil. Ainsi, nous nous intéressons aux réseaux à couverture discontinue. La technologie support est la même que celle de notre première étude. Simplement, les communications entre les noeuds mobiles ne sont plus directes, mais passent par une borne fixe. Cette borne définit une bulle radio de taille limitée. C'est l'interconnexion de ces bulles, sans souci de continuité de la couverture radio, qui permet d'envisager un réseau étendu et simple à déployer. Dans ce cadre, les mécanismes système étudiés permettent de masquer l'intermittence de la connectivité, et autorisent le support d'applications exploitant les flux montants et descendants dans le réseau. Enfin, dans une dernière partie, nous abordons le problème du couplage système de deux architectures sans fil hétérogènes. Un tel couplage présente des objectifs comparables à ceux des réseaux à couverture discontinue : offrir des nouveaux services sur une couverture large, à des densités importantes d'utilisateurs mobiles. Ces travaux débouchent sur la définition de mécanismes permettant de coupler au sein d'un même service des propriétés fonctionnelles des deux infrastructures sans fil.

Les systèmes embarqués en temps réel (RTES) sont soumis à des contraintes temporelles. Dans ces systèmes, l'exactitude du résultat ne dépend pas seulement de l'exactitude logique du calcul, mais aussi de l'instant où ce résultat est produit (Stankovic, 1988). Les systèmes doivent être hautement prévisibles dans le sens où le temps d'exécution pire-cas de chaque tâche doit être déterminé. Une analyse d’ordonnancement est effectuée sur le système pour s'assurer qu'il y a suffisamment de ressources pour ordonnancer toutes les tâches. La mémoire cache est un composant matériel utilisé pour réduire l'écart de performances entre le processeur et la mémoire principale. L'intégration de la mémoire cache dans un RTES améliore généralement la performance en terme de temps d'exécution, mais malheureusement, elle peut entraîner une augmentation du coût de préemption et de la variabilité du temps d'exécution. Dans les systèmes avec mémoire cache, plusieurs tâches partagent cette ressource matérielle, ce qui conduit à l'introduction d'un délai de préemption lié au cache (CRPD). Par définition, le CRPD est le délai ajouté au temps d'exécution de la tâche préempté car il doit recharger les blocs de cache évincés par la préemption. Il est donc important de pouvoir prendre en compte le CRPD lors de l'analyse d’ordonnancement. Cette thèse se concentre sur l'étude des effets du CRPD dans les systèmes uni-processeurs, et étend en conséquence des méthodes classiques d'analyse d’ordonnancement. Nous proposons plusieurs algorithmes d’affectation de priorités qui tiennent compte du CRPD. De plus, nous étudions les problèmes liés à la simulation d'ordonnancement intégrant le CRPD et nous établissons deux résultats théoriques qui permettent son utilisation en tant que méthode de vérification. Le travail de cette thèse a permis l'extension de l'outil Cheddar - un analyseur d'ordonnancement open-source. Plusieurs méthodes d'analyse de CRPD ont été également mises en oeuvre dans Cheddar en complément des travaux présentés dans cette thèse. / Real-time embedded systems (RTES) are subject to timing constraints. In these systems, the total correctness depends not only on the logical correctness of the computation but also on the time in which the result is produced (Stankovic, 1988). The systems must be highly predictable in the sense that the worst case execution time of each task must be determined. Then, scheduling analysis is performed on the system to ensure that there are enough resources to schedule all of the tasks.Cache memory is a crucial hardware component used to reduce the performance gap between processor and main memory. Integrating cache memory in a RTES generally enhances the whole performance in term of execution time, but unfortunately, it can lead to an increase in preemption cost and execution time variability. In systems with cache memory, multiple tasks can share this hardware resource which can lead to cache related preemption delay (CRPD) being introduced. By definition, CRPD is the delay added to the execution time of the preempted task because it has to reload cache blocks evicted by the preemption. It is important to be able to account for CRPD when performing schedulability analysis.This thesis focuses on studying the effects of CRPD on uniprocessor systems and employs the understanding to extend classical scheduling analysis methods. We propose several priority assignment algorithms that take into account CRPD while assigning priorities to tasks. We investigate problems related to scheduling simulation with CRPD and establish two results that allows the use of scheduling simulation as a verification method. The work in this thesis is made available in Cheddar - an open-source scheduling analyzer. Several CRPD analysis features are also implemented in Cheddar besides the work presented in this thesis.

Ces dernières années, les systèmes informatiques (Cloud Computing, systèmes embarqués, etc.) sont devenus omniprésents. La plupart de ces systèmes utilisent des espaces de stockage (flash,RAM, etc.) non fiables ou non dignes de confiance pour stocker du code ou des données. La confidentialité et l’intégrité de ces données peuvent être menacées par des attaques matérielles (espionnage de bus de communication entre le composant de calcul et le composant de stockage) ou logicielles. Ces attaques peuvent ainsi révéler des informations sensibles à l’adversaire ou perturber le bon fonctionnement du système. Dans cette thèse, nous nous sommes focalisés, dans le contexte des systèmes embarqués, sur les attaques menaçant la confidentialité et l’intégrité des données qui transitent sur le bus de communication avec la mémoire ou qui sont stockées dans celle-ci.Plusieurs primitives de protection de confidentialité et d’intégrité ont déjà été proposées dans la littérature, et notamment les arbres de Merkle, une structure de données protégeant efficacement l’intégrité des données notamment contre les attaques par rejeu. Malheureusement,ces arbres ont un impact important sur les performances et sur l’empreinte mémoire du système.Dans cette thèse, nous proposons une solution basée sur des variantes d’arbres de Merkle (arbres creux) et un mécanisme de gestion adapté du cache afin de réduire grandement l’impact de la vérification d’intégrité d’un espace de stockage non fiable. Les performances de cette solution ont été évaluées théoriquement et à l’aide de simulations. De plus, une preuve est donnée de l’équivalence, du point de vue de la sécurité, avec les arbres de Merkle classiques.Enfin, cette solution a été implémentée dans le projet SecBus, une architecture matérielle et logicielle ayant pour objectif de garantir la confidentialité et l’intégrité du contenu des mémoires externes d’un système à base de microprocesseurs. Un prototype de cette architecture a été réalisé et les résultats de l’évaluation de ce dernier sont donnés. / During the past few years, computer systems (Cloud Computing, embedded systems...) have become ubiquitous. Most of these systems use unreliable or untrusted storage (flash, RAM...)to store code or data. The confidentiality and integrity of these data can be threaten by hardware (spying on the communication bus between the processing component and the storage component) or software attacks. These attacks can disclose sensitive information to the adversary or disturb the behavior of the system. In this thesis, in the context of embedded systems, we focused on the attacks that threaten the confidentiality and integrity of data that are transmittedover the memory bus or that are stored inside the memory. Several primitives used to protect the confidentiality and integrity of data have been proposed in the literature, including Merkle trees, a data structure that can protect the integrity of data including against replay attacks. However, these trees have a large impact on the performances and the memory footprint of the system. In this thesis, we propose a solution based on variants of Merkle trees (hollow trees) and a modified cache management mechanism to greatly reduce the impact of the verification of the integrity. The performances of this solution have been evaluated both theoretically and in practice using simulations. In addition, a proof a security equivalence with regular Merkle treesis given. Finally, this solution has been implemented in the SecBus architecture which aims at protecting the integrity and confidentiality of the content of external memories in an embedded system. A prototype of this architecture has been developed and the results of its evaluation are given.

Aujourd’hui, le renforcement de la sécurité des systèmes de communications devient une nécessité, par anticipation du développement des ordinateurs quantiques et des nouvelles attaques qui en découleront. Cette thèse explore deux techniques complémentaires permettant d’assurer la confidentialité des données transmises sur des liens sans-fils. Dans la première partie de ce travail, nous nous intéressons au schéma de cryptographie à clé publique basée sur des réseaux de points, qui représente une des techniques les plus prometteuses pour la cryptographie post-quantique. En particulier, nous considérons le cryptosystème Goldreich-Goldwasser-Halevi (GGH), pour lequel nous proposons un nouveau schéma utilisant les GLD. Dans la seconde partie de ce travail, nous étudions la sécurité des canaux de diffusion multi-utilisateur, ayant accès à des mémoires de caches, en présence d'un espion. Nous considérons deux contraintes de sécurité: la contrainte de sécurité individuelle et la contrainte de sécurité jointe. Nous dérivons des bornes supérieure et inférieure pour le compromis sécurisé capacité-mémoire en considérant différentes distributions de cache. Afin d'obtenir la borne inférieure, nous proposons plusieurs schémas de codage combinant codage wiretap, codage basé sur la superposition et codage piggyback. Nous prouvons qu'il est plus avantageux d'allouer la mémoire de cache aux récepteurs les plus faibles. / Today, there is a real need to strengthen the communication security to anticipate the development of quantum computing and the eventual attacks arising from it. This work explores two complementary techniques that provide confidentiality to data transmitted over wireless networks. In the first part, we focus on lattice-based public-key cryptography, which is one of the most promising techniques for the post-quantum cryptography systems. In particular, we focus on the Goldreich-Goldwasser-Halevi (GGH) cryptosystem, for which we propose a new scheme using GLD lattices. In the second part of this work, we study the security of multi-user cache-aided wiretap broadcast channels (BCs) against an external eavesdropper under two secrecy constraints: individual secrecy constraint and joint secrecy constraint. We compute upper and lower bounds on secure capacity-memory tradeoff considering different cache distributions. To obtain the lower bound, we propose different coding schemes that combine wiretap coding, superposition coding and piggyback coding. We prove that allocation of the cache memory to the weaker receivers is the most beneficial cache distribution scenario.