Utilisation de la technologie blockchain pour l'amélioration de la confiance dans les processus de logistique et de transport

Using the blockchain technology for trust improvement of processes in Logistics and Transportation

• Auteur / Autrice : Adnan Imeri
• Direction : Nazim Agoulmine, Djamel Khadraoui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, information et communications
• Date : Soutenance le 02/07/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Université du Luxembourg
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Informatique, Biologie Intégrative et Systèmes Complexes (Evry, Essonne) - Informatique, BioInformatique, Systèmes Complexes
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Informatique et sciences du numérique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Henderik Alex Proper
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Amel Bouzeghoub, Rafael Tolosana-Calasanz, Agnès Lanusse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Amel Bouzeghoub, Rafael Tolosana-Calasanz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Internet des objets

Flux de travail

Logistique (gestion)

Blockchains

Mots clés libres

Confiance

Smart Contract

Trust

Smart Contract

Résumé

Cette thèse aborde le problème général du transport sûr et sécurisé des marchandises dangereuses (TMD). Le TMD est très compliqué à gérer en raison des risques pour l'environnement et la vie humaine. Actuellement, il souffre d'un manque d'efficacité, de confiance et de transparence.Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode pour spécifier les aspects du flux de travail du TMD en considérant toutes les étapes du processus du TMD pendant tout son cycle de vie. Cette méthode vise à faciliter les spécifications du système de gestion du flux de travail TMD qui est entièrement basé sur les cadres réglementaires existants assurant la conformité, la confiance et la transparence de tous les processus sous-jacents. La méthode de conception de système proposée est basée sur l'approche dite d'architecture dirigée par le modèle (MDA) et l'améliore pour prendre en compte les propriétés de la blockchain. La première étape est l'analyse formelle du processus de TMD et son alignement avec les cadres réglementaires. La méthode de conception proposée vise, à ce stade, à permettre la définition et la vérification formelles de la conception du système au regard des cadres réglementaires. Les étapes suivantes de la méthode s'appuient fortement sur la transformation de modèle qui est un aspect important de la méthode de conception proposée. La transformation du modèle permet de découvrir automatiquement les composants du système homologue et les interactions autorisées. La dernière étape de l'ensemble des transformations du modèle est la spécification des profils de jumeaux numériques pour toutes les parties prenantes potentielles. Toutes les interactions dans le monde réel entre les parties prenantes sont transformées en interactions dans le monde numérique, tandis que les interactions avec l'environnement sont réalisées grâce à l'utilisation de l'IoT. L'approche proposée permet les interactions entre les composants des systèmes (jumeaux numériques, dispositifs IoT, etc.) uniquement si cela est conforme au cadre réglementaire. Grâce à la technologie blockchain, notre méthode de conception permet d'améliorer la confiance et la transparence dans le processus de TMD du point de vue des collaborations entre les parties prenantes. Les capacités technologiques des contrats intelligents sont également une pierre angulaire de la solution proposée. Cette thèse contribue également à améliorer la sémantique des contrats intelligents pour capturer les spécifications de gestion de la chaîne d'approvisionnement ainsi que les spécificités des marchandises dangereuses en termes de transport. Les concepts dynamiques liés à la gestion de la chaîne d'approvisionnement des marchandises dangereuses tels que les contraintes temporelles et géographiques, la certification numérique, la détection des anomalies et les contrats intelligents multiparties, la gestion des urgences et le partage des responsabilités ont été abordés au niveau du contrat intelligent. En particulier, cette thèse propose d'appliquer la logique temporelle pour la spécification et la vérification formelles des contrats intelligents. Cette thèse propose une approche intégrée pour la blockchain et l'IoT afin de prendre en charge les aspects dynamiques dans la chaîne d'approvisionnement des marchandises dangereuses. Les données collectées à partir de divers dispositifs IoT le long de la chaîne d'approvisionnement physique (marchandises, véhicules, frontières des pays, etc.) sont transmises à la blockchain et traitées ensuite par le système en suivant la logique de flux de travail qui a été spécifiée et en déclenchant automatiquement les smart contracts connexes et les actions correspondantes. La dernière contribution de cette thèse est la mise en œuvre d'un système de preuve de concept pour valider les différents aspects de la contribution, à savoir la méthode de conception, l'assurance de confiance et de transparence, et le déclenchement automatique des actions et des flux d'informations.

This thesis address the general problem of safe and secure transport of dangerous goods (TDG). The TDG is very complicated to manage because of risk for the environment and human life. Currently, it suffers from a lack of efficiency, trust, and transparency.In this thesis, we propose a novel method to specify the workflow aspects of TDG by considering all TDG process stages during its entire lifecycle. This method aims to facilitate the specifications of the TDG workflow management system that is entirely based on existing regulatory frameworks ensuring the compliance, trust, and transparency of all underlying processes. The proposed system design method is based on the so-called model-driven architecture (MDA) approach and enhancing it to consider blockchain properties. The first stage is the formal analysis of the process of TDG and its alignment with the regulatory frameworks. The proposed design method aims, at this stage, to allow the formal definition and verification of the design of the system with regard to the regulatory frameworks. The next stages of the method rely strongly on the model transformation that is a salient aspect of the proposed design method. Model transformation allows to automatically discover peer system components and authorized interactions. The last stage of the whole model transformations is the specification of digital twin profiles for all potential stakeholders. All the interactions in the real world between stakeholders are transformed into interactions in the digital world, while the interactions with the environment are achieved through the use of IoT. The proposed approach enables interactions between components of the systems (digital twins, IoT devices, etc.) only if this is compliant with the regulatory framework. Thanks to blockchain technology, our design method allows improving trust and transparency in the process of TDG from the perspective of stakeholder collaborations. Smart contract technological capabilities are also a cornerstone of the proposed solution. This thesis also contributes to improving the semantic of smart contracts to capture supply chain management specifications as well as dangerous goods specificities in terms of transportation. Dynamic concepts related to the supply chain management of dangerous goods such as time-related and geographic constraints, digital certification, anomaly detection and multi-party smart contract, managing emergencies, and shared responsibility have been addressed at the level of the smart contract. In particular, this thesis proposes applying temporal logic for the formal specification and verification of smart contracts. This thesis proposes an integrated approach for blockchain and IoT to support the dynamic aspects in the supply chain of dangerous goods. Data collected from various IoT devices along the physical supply chain (goods, vehicles, country borders, etc.) are transmitted to the blockchain and further processed by the system following the workflow logic that was specified and automatically triggering related smart contracts and corresponding actions. The last contribution in this thesis is the implementation of a proof-of-concept system to validate the different aspects of the contribution, namely the design method, the trust and transparency assurance, and the automatic triggering of actions and information flows.