Direction de recherche : Michèle SORIA, Laurent FREREBEAU, Hervé DELPEYRAT

Co-encadrement : BUI-XUAN Binh-Minh

Streaming unidirectional auto-correcting codes through ELIPS-SD diods

La transmission fiable de données sur un canal de transmission est un problème récurrent en Informatique. En effet, quel que soit le canal de transmission employé, on observe obligatoirement de la détérioration de l’information transmise, voire sa perte pure et simple. Afin de palier à ce problème, plusieurs solutions ont été apportées, notamment via l’emploi de codes correcteurs.
Dans cette thèse, nous étudions un code correcteur développé en 2014 et 2015 pour l’entreprise Thales durant ma deuxième année de Master en apprentissage. Il s’agit d’un code actuellement utilisé par Thales pour fiabiliser une transmission UDP passant par un dispositif réseau, l’Elips-SD. L’Elips-SD est une diode réseau qu’on place sur une fibre optique et qui garantit physiquement que la transmission est unidirectionnelle. Le cas d’utilisation principal de cette diode est de permettre le suivi de la production d’un site sensible, ou encore de superviser son fonctionnement, tout en garantissant à ce site une protection face aux intrusions extérieures. A l’opposé, un autre cas d’utilisation est la transmission de données depuis un ou plusieurs sites non-sécurisés vers un site sécurisé, dont on souhaite s’assurer qu’aucune information ne pourra par la suite fuiter.
Le code correcteur que nous étudions est un code correcteur linéaire pour le canal à effacements de paquets, qui a reçu la certification OTAN de la Direction Générale des Armées. Nous l’avons babtisé "Fauxtraut", anagramme de "Fast algorithm using Xor to repair altered unidirectionnal transmissions". Afin d’étudier ce code correcteur, de présenter son fonctionnement et ses performances, et les différentes modifications apportées durant cette thèse, nous établissons tout d’abord un état de l’art des codes correcteurs, en nous concentrant principalement sur les codes linéaires non-MDS, tels que les codes LDPC. Puis nous présentons le fonctionnement de Fauxtraut, et analysons son comportement (complexité, consommation mémoire, performances) par la théorie et par des simulations. Enfin, nous présenterons différentes versions de ce code correcteur développées durant cette thèse, qui aboutissent à d’autres cas d’utilisation, tels que la transmission d’information sur un canal unidirectionnel à erreurs ou sur un canal bidirectionnel, à l’image de ce que permet de faire le protocole H-ARQ.
Dans cette partie, nous étudierons notamment le comportement de notre code correcteur via la théorie des graphes : calculer la probabilité de décoder convenablement ou non revient à connaître la probabilité d’apparition de cycles dans le sous-graphe quelconque de graphes particuliers, notamment les graphes de Rook et les graphes bipartis complets. Le problème s’énonce simplement et s’avère compliqué, et nous espérons qu’il saura intéresser des chercheurs du domaine. Nous présentons une méthode permettant de calculer exactement cette probabilité pour de petits graphes (qui aboutit à un certain nombre de formules closes), des bornes supérieures et inférieures et une fonction tendant asymptotiquement vers cette probabilité pour de plus grands graphes.
Nous étudierons aussi la manière de paramétrer automatiquement notre code correcteur par le calcul modulaire et la combinatoire, utilisant la fonction de Landau, qui retourne un ensemble de nombres entiers dont la somme est fixée et le plus commun multiple est maximal. Dans une dernière partie, nous présentons un travail effectué durant cette thèse ayant conduit à une publication dans la revue Theoretical Computer Science. Il concerne un problème non-polynomial de la théorie des graphes : le couplage maximal dans les graphes temporels. Cet article propose notamment deux algorithmes de complexité polynomiale : un algorithme de 2-approximation et un algorithme de kernelisation pour ce problème. L’algorithme de 2- approximation peut notamment être utilisé de manière incrémentale : arêtes du flot de liens nous parviennent les unes après les autres, et on construit la 2-approximation au fur et à mesure de leur arrivée.

Publications 2019-2020

• 2020
  • J. Baste, B.‑M. Bui‑Xuan, A. Roux : “Temporal Matching”, Theoretical Computer Science, (Elsevier) (2020)
• 2019
  • A. Roux : “Streaming unidirectional auto-correcting codes through ELIPS-SD diods”, thèse, soutenance 02/12/2019, direction de recherche Soria, Michèle Frerebeau, Laurent Delpeyrat, Hervé, co-encadrement : Bui-xuan, Binh-Minh (2019)