Les pare-feu sont des éléments cruciaux pour le renforcement de la politique de sécurité d’un réseau. Ils ont été largement déployés pour sécuriser les réseaux privés, mais leur configuration reste complexe et sujette de plusieurs anomalies. Au cours des dernières années, plusieurs techniques et outils ont été proposés pour configurer correctement un pare-feu. Cependant, la plupart de ces techniques restent informelles et ne prennent pas en compte la performance globale du réseau ou d’autres paramètres de qualités de services. Dans ce mémoire, nous introduisons une approche formelle permettant de configurer optimalement et formellement un réseau de sorte qu’il respecte une politique de sécurité donnée tout en tenant compte de ses qualités de services. / Firewalls are crucial elements in enforcing network security policies. They have been widely deployed for securing private networks but, their configuration remains complex and error prone. During the last years, many techniques and tools have been proposed to correctly configure firewalls. However, most of existing works are informal and do not take into account the global performance of the network or other qualities of its services (QoS). In this thesis we introduce a formal approach allowing to formally and optimally configure a network so that a given security policy is respected and by taking into account the QoS.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2005-2006 / Dans ce travail, nous proposons un nouveau langage dédié à la détection d'intrusions. Il s'agit d'un langage purement déclaratif, basé sur une logique temporelle linéaire passée avec prédicats du premier ordre. Après avoir effectué une revue de treize langages de détection d'intrusions existant déjà, nous donnons une liste de dix propriétés souhaitables pour un langage de détection d'intrusions. Contrairement au langage que nous proposons, aucun des langages étudiés ne présente à la fois ces dix propriétés. En plus d'être suffisamment expressif pour répondre aux besoins identifiés, il vient avec un algorithme de vérification qui s'exécute en temps linéaire avec la quantité d'information analysée et utilise une quantité bornée d'espace mémoire. Ces deux propriétés permettent de protéger le système de détection d'intrusions contre d'éventuelles attaques d'inondation.

Se procurer les outils les plus récents et les plus performants liés à la sécurisation de réseaux informatique est loin d'être suffisant pour réduire les risques d'intrusions. En effet, le maillon le plus faible dans la chaîne de la sécurité informatique est souvent l'intervention humaine qui est parfois nécessaire pour installer et configurer ces outils. Limiter cette intervention humaine permettra sans doute de réduire à la fois les risques et les coûts engendrés par la sécurité. Il est important, par exemple, de développer des méthodes sûres permettant de configurer automatiquement un réseau informatique de sorte que son comportement soit conforme à une politique de sécurité donnée. C'est dans cet axe de recherche que se situe ce travail. En effet, nous proposons une méthode formelle permettant de générer à partir d'une politique de sécurité (spécifiée par une formule logique) et d'un réseau informatique (spécifié par un processus) une configuration sécuritaire de ce réseau.

Avec le développement rapide des technologies permettant la collecte et l’échange des données géospatiales, la quantité de bases de données géospatiales disponibles est en constante augmentation. Ces bases de données géospatiales représentent souvent une même réalité géographique de façon différente, et sont, par conséquent, sémantiquement hétérogènes. Afin que les utilisateurs de différentes bases de données puissent échanger des données et collaborer dans un but commun, ils doivent avoir une compréhension commune de la signification des données échangées et résoudre ces hétérogénéités, c’est-à-dire que l’interopérabilité sémantique doit être assurée. Il existe actuellement plusieurs approches visant à établir l’interopérabilité sémantique. Cependant, l’arrivée puis la récente prolifération des réseaux ad hoc modifient et rendent plus complexe la résolution du problème de l’interopérabilité sémantique. Les réseaux ad hoc de bases de données géospatiales sont des réseaux qui peuvent s’auto-organiser, pour des besoins ponctuels, sans qu’une structure particulière soit définie a priori. En raison de leur dynamicité, de l’autonomie des sources qui les composent, et du grand volume de sources disponibles, les approches dites « traditionnelles » qui ont été conçues pour établir l’interopérabilité sémantique entre deux sources ou un nombre limité et statique de sources ne sont plus adaptées. Néanmoins, bien que les caractéristiques d’une approche pour l’interopérabilité sémantique dans les réseaux ad hoc doivent permettre d’agir sur un grand volume de sources, il demeure essentiel de prendre en compte, dans la représentation de la sémantique des données, les caractéristiques particulières, les contextes et les dimensions spatiales, thématiques et temporelles des données géospatiales. Dans cette thèse, une nouvelle approche pour l’interopérabilité sémantique en temps réel dans les réseaux ad hoc de bases de données géospatiales est proposée afin de répondre à la fois aux problématiques engendrées par les réseaux ad hoc et les bases de données géospatiales. Les contributions de cette approche pour l’interopérabilité sémantique en temps réel concernent majoritairement la collaboration dynamique entre les utilisateurs de bases de données géospatiales du réseau ad hoc, la représentation et l’extraction des connaissances, le mapping sémantique automatisé, la similarité sémantique et la propagation des requêtes dans le réseau ad hoc. Le cadre conceptuel qui sous-tend l’approche se base sur les principes de la communication dans les réseaux sociaux. À la suite du cadre conceptuel qui établit les fondements de l’approche, cette thèse présente un nouveau modèle de représentation des coalitions de bases de données géospatiales, dans le but de faciliter, dans un contexte d’interopérabilité sémantique, la collaboration entre les utilisateurs de bases de données géospatiales du réseau. Sur la base de ce modèle, une approche de découverte des sources pertinentes et de formation des coalitions se basant sur les principes de l’analyse des réseaux est proposée. Afin de gérer les changements du réseau en temps réel, des opérateurs de gestion des changements dans les coalitions sont proposés. Une fois les coalitions établies, les échanges de données entre les membres d’une même coalition ou de coalitions différentes ne peuvent être assurées que si la représentation de la sémantique est suffisamment riche et que les ontologies qui décrivent les différentes bases de données sont sémantiquement réconciliées. Pour ce faire, nous avons développé dans cette thèse un nouveau modèle de représentation des concepts, le soit le Concept multi-vues augmenté (Multi-View Augmented Concept - MVAC) dont le rôle est d’enrichir les concepts des ontologies avec leurs différentes contextes, la sémantique de leurs propriétés spatiotemporelles, ainsi que les dépendances entre leurs caractéristiques. An Ensuite, une méthode pour générer les concepts MVAC est développée, laquelle comprend une méthode pour l’extraction des différentes vues d’un concept qui sont valides dans différents contextes, puis une méthode d’augmentation du concept qui extrait les dépendances implicites au moyen d’algorithme de fouille de règles d’association. Ensuite, deux modèles complémentaires furent développés pour résoudre les hétérogénéités sémantiques entre les concepts MVAC. Dans un premier lieu, un modèle graduel de mapping sémantique automatisé, le G-MAP, établit les relations sémantiques qualitatives entre les concepts MVAC au moyen de moteurs de raisonnement basé sur des règles d’inférence qui intègrent de nouveaux critères de matching. Ce modèle se distingue par sa capacité à prendre en compte une représentation plus riche et complexe des concepts. Puis, nous avons développé un nouveau modèle de similarité sémantique, Sim-Net, adapté aux réseaux ad hoc et basé sur le langage de la logique descriptive. La contribution des deux modèles permet une interprétation optimale par l’utilisateur de la signification des relations entre les concepts de différentes bases de données géospatiales, améliorant ainsi l’interopérabilité sémantique. La dernière composante est une approche multi-stratégies de propagation des requêtes dans le réseau ad hoc, où les stratégies, formalisées à l’aide du langage Lightweight Coordination Calculus (LCC) qui supporte les interactions basées sur des normes sociales et des contraintes dans un système distribué, représentent différents moyens employés pour communiquer dans les réseaux sociaux. L’approche de propagation intègre un algorithme d’adaptation en temps réel des stratégies aux changements qui modifient le réseau. L’approche a été implémentée sous forme de prototype utilisant la plateforme Java JXTA qui simule les interactions dynamiques entre des pairs et des groupes de pairs (réseau peer-to-peer). L’utilité, la faisabilité et les avantages de l’approche sont démontrés par un scénario de gestion de désastre naturel. Cette thèse apporte aussi une contribution supplémentaire en développant le nouveau concept de qualité de l’interopérabilité sémantique ainsi qu’un cadre pour l’évaluation de la qualité de l’interopérabilité sémantique en tant que processus. Ce cadre est utilisé à des fins d’évaluation pour valider l’approche. Ce concept de qualité de l’interopérabilité sémantique ouvre de nombreuses perspectives de recherches futures concernant la qualité des échanges de données dans un réseau et son effet sur la prise de décision. / The recent technological advances regarding the gathering and the sharing of geospatial data have made available important volume of geospatial data to potential users. Geospatial databases often represent the same geographical features but from different perspectives, and therefore, they are semantically heterogeneous. In order to support geospatial data sharing and collaboration between users of geospatial databases to achieve common goals, semantic heterogeneities must be resolved and users must have a shared understanding of the data being exchanged. That is, semantic interoperability of geospatial data must be achieved. At this time, numerous semantic interoperability approaches exist. However, the recent arrival and growing popularity of ad hoc networks has made the semantic interoperability problem more complex. Ad hoc networks of geospatial databases are network that self-organize for punctual needs and that do not rely on any predetermined structure. “Traditional” semantic interoperability approaches that were designed for two sources or for a limited static number of known sources are not suitable for ad hoc networks, which are dynamic and composed of a large number of autonomous sources. Nevertheless, while a semantic interoperability approach designed for ad hoc network should be scalable, it is essential to consider, when describing semantics of data, the particularities, the different contexts and the thematic, spatial and temporal aspects of geospatial data. In this thesis, a new approach for real time semantic interoperability in ad hoc network of geospatial databases that address the requirements posed by both geospatial databases and ad hoc networks is proposed. The main contributions of this approach for real time semantic interoperability are related to the dynamic collaboration among user agents of different geospatial databases, knowledge representation and extraction, automatic semantic mapping and semantic similarity, and query propagation in ad hoc network based on multi-agent theory. The conceptual framework that sets the foundation of the approach is based on principles of communication between agents in social network. Following the conceptual framework, this thesis proposes a new model for representing coalitions of geospatial databases that aim at supporting the collaboration among user agents of different geospatial databases of the network, in a semantic interoperability context. Based on that model, a new approach for discovering relevant sources and coalitions mining based on network analysis techniques is proposed. Operators for the management of events affecting coalitions are defined to manage real times changes occurring in the ad hoc network. Once coalitions are established, data exchanges inside a coalition or between different coalitions are possible only if the representation of semantics of rich enough, and the semantic reconciliation is achieved between ontologies describing the different geospatial databases. To achieve this goal, in this thesis we have defined a new representation model for concepts, the Multi-View Augmented Concept (MVAC). The role of this model is to enrich concepts of ontologies with their various contexts, the semantics of their spatiotemporal properties, and the dependencies between their features. A method to generate MVAC concept was developed. This method includes a method for the extraction of the different views of a concept that correspond to the different contexts, and an augmentation method based on association rule mining to extract dependencies between features. Then, two complementary models to resolve semantic heterogeneity between MVAC concepts were developed. First, a gradual automated semantic mapping model, the G-MAP, discovers qualitative semantic relations between MVAC concepts using rule-based reasoning engines that integrate new matching criteria. The ability of this model to take as input a rich and complex representation of concepts constitutes the contribution of this model with respect to existing ones. Second, we have developed Sim-Net, a Description Logic- based semantic similarity model adapted to ad hoc networks. The combination of both models supports an optimal interpretation by the user of the meaning of relations between concepts of different geospatial databases, improving semantic interoperability. The last component is a multi-strategy query propagation approach for ad hoc network. Strategies are formalized with the Lightweight Coordination Calculus (LCC), which support interactions between agents based on social norms and constraints in a distributed system, and they represent the different strategies employed to communicate in social networks. An algorithm for the real time adaptation of strategies to changes affecting the network is proposed. The approach was implemented with a prototype using the Java JXTA platform that simulates dynamic interaction between peers and groups of peers. The advantages, the usefulness and the feasibility of the approach were demonstrated with a disaster management scenario. An additional contribution is made in this thesis with the development of the new notion of semantic interoperability quality, and a framework to assess semantic interoperability quality. This framework was used to validate the approach. This new concept of semantic interoperability quality opens many new research perspectives with respect to the quality of data exchanges in network and its impact on decision-making.

Certains protocoles cryptographiques ont été développés spécifiquement pour assurer quelques propriétés de sécurité dans nos réseaux de communication. Dans le but de s'assurer qu'un protocole remplit ses propriétés de sécurité, des vérifications probabilistes y sont donc entreprises afin de confirmer s'il présente des failles lorsqu'on prend en compte leur comportement probabiliste. Nous avons voulu entreprendre une méthode probabiliste, mais aussi non-déterministe, de modélisation de protocoles afin de confirmer si cette méthode peut remplacer d'autres qui ont déjà été utilisées pour vérifier des failles sur des protocoles cryptographiques. Cela nous a motivé à envisager comme objectif de nos recherches scientifiques, des analyses quantitatives des possibilités de faille sur des protocoles cryptographiques. / Certain cryptographic protocols were specifically developed to provide some security properties in our networks of communication. For the purpose of assuring that a protocol fulfils its security properties, probabilistic model checkings are undertaken to confirm if it introduces a fault when its probabilistic behavior is considered. We wanted to use a probabilistic method (and also non-deterministic) of protocols modeling to confirm if this method may substitute others that were already used for checking faults in cryptographic protocols. It leads us to consider the objective of our scientific researches as: quantitative analysis of faults in cryptographic protocols.

Les protocoles cryptographiques constituent la base de la sécurité des communications faites le long du réseau Internet et des systèmes distribués. Cependant, une faille à l'intérieur d'un protocole peut entraîner des conséquences indésirables et souvent irréversibles autant pour les individus que pour les entreprises. Dans le but de prévenir ces failles, les méthodes formelles se sont imposées comme un choix incontournable pour spécifier et analyser les protocoles cryptographiques. La première tentative d'utilisation des méthodes formelles fût, vu la subtilité du problème, une simple exploration d'un sous ensemble fini des exécutions possibles du protocole analysé, et ce pour dévoiler quelques-unes de ses failles. Cependant, bien que cette technique ait réussi à découvrir plusieurs failles dans de nombreux protocoles, elle reste incapable d'affirmer la correction d'un protocole en absence de la détection d'une faille. De ce fait, les recherches ont été orientées, depuis très récemment, vers la proposition de méthodes formelles permettant de garantir la correction des protocoles cryptographiques par rapport à certaines propriétés de sécurité. Dans cette thèse, nous nous intéressons à ce type de méthodes et nous ramenons les contributions suivantes : L'introduction de la notion de contexte de vérification qui regroupe toutes les hypothèses et les conditions (les capacités de l'intrus, l'algèbre de messages, etc.) faites lors de l'analyse d'un protocole. Cette notion nous a permis d'établir des résultats généraux qui ne dépendent pas d'un contexte de vérification particulier. La proposition de conditions suffisantes permettant de garantir la correction des protocoles cryptographiques par rapport à la propriété de confidentialité. Ces conditions consistent à vérifier si un protocole est croissant par rapport à une fonction spéciale appelée fonction d'interprétation. La proposition d'un guide qui permet la définition des fonctions d'interprétation d'une manière méthodique. L'extension des résultats précédents pour tenir compte des propriétés algébriques des primitives cryptographiques. La mise en oeuvre des résultats précédents pour l'analyse de certains protocoles utilisés dans la vie courante comme Kerberos, SET et NSL, et ce, en présence de la propriété d'homomorphisme de l'opérateur l'encryption.

Les réseaux véhiculaires mobiles, ou Vehicular Ad-hoc NETworks (VANETs), existent depuis les années 80, mais sont de plus en plus développés depuis quelques années dans différentes villes à travers le monde. Ils constituent un apport d’informations aux réseaux routiers grâce à la mise en place de communications entre ses constituants : principalement les véhicules, mais aussi certaines infrastructures de bords de routes liées directement aux automobilistes (feux de circulation, parcomètres, infrastructures spécialisées pour les VANETs et bien d’autres). L’ajout des infrastructures apporte un support fixe à la dissémination des informations dans le réseau. Le principal objectif de ce type de réseau est d’améliorer la sécurité routière, les conditions de circulations, et d’apporter aux conducteurs et aux passagers quelques applications publicitaires ou de divertissement. Pour cela, il est important de faire circuler l’information de la manière la plus efficace possible entre les différents véhicules. L’utilisation des infrastructures pour la simulation de ces réseaux est bien souvent négligée. En effet, une grande partie des protocoles présentés dans la littérature simulent un réseau ad-hoc avec des noeuds se déplaçant plus rapidement et selon une carte définie. Cependant, ils ne prennent pas en compte les spécificités même d’un réseau véhiculaire mobile. Le routage de l’information dans les réseaux véhiculaires mobiles utilise les infrastructures de façon certes opportuniste, mais à terme, les infrastructures seront très présentes dans les villes et sur les autoroutes. C’est pourquoi nous nous sommes concentrés dans ce mémoire à l’étude des variations des différentes métriques du routage de l’information lors de l’ajout d’infrastructures sur une autoroute avec l’utilisation du protocole de routage AODV. De plus, nous avons modifié le protocole AODV afin d’obliger les messages à emprunter le chemin passant par les infrastructures si celles-ci sont disponibles. Les résultats présentés sont encourageants, et nous montrent qu’il est important de simuler les réseaux VANETs de manière complète, en considérant les infrastructures. / Vehicular Ad-hoc NETwork (VANET) were created in the early 80’s but have been developped for the last few years in many cities around the world. They add informations to the road network by including wireless communications between its component. Mainly the vehicles, but also numerous RoadSide Units (RSU) which are directly in relation with the road network (traffic light, meter, but also specialized units and more). The addition of RSUs help the network to disseminate the informations across the network. The main goal of this type of networks is to improve road safety and road traffic, as well as providing driver and passengers with advertisement and entertainment applications. In order to accomplish these aims, a good routing of the information in this kind of networks is a key. Unfortunately, the use of the RSUs in the simulations of VANETs is often missed. Indeed, the major parts of research on the matter of routing in VANETs are a simulation of a mobile ad-hoc network with only some improvements : controlled movement of faster nodes. They do not use the full description of a vehicular ad-hoc network. The routing in these networks use RSU in an opportunistic way but in the end, the RSUs should be deployed massively so they have to be ackowledged. In this research, we concentrate on the study of the variations of routing metrics when RSUs are added to the simulations. The routing protocol used is AODV, and we present a modification of it, to force messages to use the path which contains RSU(s) if they exist. The results are encouraging and show us that in the simulation of a real vehicular ad-hoc networks, it is important to consider the roadside units.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2004-2005 / Dans les deux dernières décennies, l’Internet a apporté une nouvelle dimension aux communications. Il est maintenant possible de communiquer avec n’importe qui, n’importe où, n’importe quand et ce, en quelques secondes. Alors que certains systèmes de communication distribués, comme le courriel, le chat, . . . , sont plutôt informels et ne nécessitent aucune sécurité, d’autres comme l’échange d’informations militaires ou encore médicales, le commerce électronique, . . . , sont très formels et nécessitent de très hauts niveaux de sécurité. Pour atteindre les objectifs de sécurité voulus, les protocoles cryptographiques sont souvent utilisés. Cependant, la création et l’analyse de ces protocoles sont très difficiles. Certains protocoles ont été montrés incorrects plusieurs années après leur conception. Nous savons maintenant que les méthodes formelles sont le seul espoir pour avoir des protocoles parfaitement corrects. Ce travail est une contribution dans le domaine de l’analyse des protocoles cryptographiques de la façon suivante: • Une classification des méthodes formelles utilisées pour l’analyse des protocoles cryptographiques. • L’utilisation des systèmes d’inférence pour la mod´elisation des protocoles cryptographiques. • La définition d’une classe de systèmes d’inférence qui ont une theorie décidable. • La proposition d’une procédure de décision pour une grande classe de protocoles cryptographiques / In the last two decades, Internet brought a new dimension to communications. It is now possible to communicate with anyone, anywhere at anytime in few seconds. While some distributed communications, like e-mail, chat, . . . , are rather informal and require no security at all, others, like military or medical information exchange, electronic-commerce, . . . , are highly formal and require a quite strong security. To achieve security goals in distributed communications, it is common to use cryptographic protocols. However, the informal design and analysis of such protocols are error-prone. Some protocols were shown to be deficient many years after their conception. It is now well known that formal methods are the only hope of designing completely secure cryptographic protocols. This thesis is a contribution in the field of cryptographic protocols analysis in the following way: • A classification of the formal methods used in cryptographic protocols analysis. • The use of inference systems to model cryptographic protocols. • The definition of a class of theory-decidable inference systems. • The proposition of a decision procedure for a wide class of cryptographic protocols.

<p align="justify">The main contribution of this thesis is the emphasis made on the reusability concept, on one side, for designing a simulation environment, and on the other side, for defining two different levels of granularity for reusable network component libraries.</p><p><p align="justify">The design of our simulation environment, called AMS for Atelier for Modeling and Simulation, was based on existing pieces of software, which proved their usefulness in their respective fields. In order to carry out this integration efficiently, a modular structure of the atelier was proposed. The structure has been divided into four phases. Each phase is responsible of a part of the performance evaluation cycle. The main novelty of this structure is the usage of a dedicated language as a means to define a clear border between the editing and simulation phases and to allow the portability of the atelier upon different platforms. A prototype of the atelier has been developed on a SUN machine running the SunOs operating system. It is developed in C language.</p><p><p align="justify">The kernel of the AMS is its library of Detailed Basic Models (DBMs). Each DBM was designed in order to comply with the most important criterion which is reusability. Indeed, each DBM can be used in aeveral network architectures and can be a component of generic and composite models. Before the effective usage of a DBM, it is verified and validated in order to increase the model credibility. The most important contribution of this research is the definition of a methodology for modeling protocol entities as DBMs. We then tried to partly bridge the gap between specification and modeling. This methodology is based on the concept of function. Simple functions are modeled as reusable modules and stored into a library. The Function Based Methodology was designed to help the modeler to build efficiently and rapidly new protocols designed for the new generation of networks where several services can be provided. These new protocols can be dynamically tailored to the user' s requirements.</p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Il existe de nombreuses méthodes d'optimisation du routage réseau en général. Dans cette thèse nous nous intéressons au développement d'algorithmes distribués permettant une stabilisation, au sens de Nash, des flux réseaux. Nous rappelons tout d'abord brièvement le contexte général d'Internet aujourd'hui et quelques notions de théorie des jeux. Nous présentons un jeu de tarification simple à deux joueurs, que la méthode des joueurs fictifs permet de faire converger. Puis nous présentons un jeu de routage plus complexe, à n joueurs, basé sur le modèle de Wardrop, ainsi qu'un algorithme de comportement distribué qui permet au système de converger vers un équilibre de Wardrop (équilibre social). Ces équilibres sont confondus avec les équilibres de Nash dans le cas limite où un joueur représente une partie infinitésimale du trafic. Nous présentons ensuite un raffinement de notre représentation initiale du problème, qui permet une diminution de sa complexité, en terme de dimension des espaces de stratégies et de temps de calcul. Nous montrons qu'il s'agit d'une bonne heuristique d'approximation de la première méthode trop coûteuse, sa qualité dépend d'un unique paramètre. Enfin, nous concluons par la présentation de résultats de simulation qui montrent que notre méthode distribuée est effectivement capable d'apprendre les meilleurs équilibres du système. / There are several approaches for optimizing network routing in general. In this document, we are interested in developping distributed algorithms able to stabilize the network flows in the sense of Nash. We introduce the general context of the Internet today along with a few key-notions in game theory. We show a simple two-player tarification game that the fictitious player dynamics is able to solve. Then, we introduce a more complex routing game with n players based on the Wardrop model and a distributed learning algorithm that allows the system to converge towards Wardop equilibria (social equilibrium). These equilibria also are Nash equilibria in the limit case where a player is an infinitesimal part of the network flow. We present a refinement of our initial representation of the problem that narrows down its complexity, in terms of the size of the strategy space and computation time. We show that it is a good heuristic for approximating the previous method, its quality relies upon only one parameter. Finally, we conclude with simulations results, showing that our distributed method is able to learn the best equilibriua of the system.