Communications de la voiture connectée grâce aux technologies DLT : implémentation d'un service de mobilité par adaptation des algorithmes de consensus de blockchains de consortium

Connected car communication by DLT technologies : mobility service implementation by adaptation of consortium blockchain consensus algorithms

• Auteur / Autrice : Cyril Naves Samuel
• Direction : François Verdier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 07/12/2023
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique, antennes et télécommunications (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Aurélien Francillon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Verdier, Aurélien Francillon, Cyrille Bertelle, Yves Roudier, Thi-Mai-Trang Nguyen, Severine Glock, Christine Hennebert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cyrille Bertelle, Yves Roudier, Thi-Mai-Trang Nguyen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Algorithmes parallèles

Tolérance aux fautes (informatique)

Blockchains

Véhicules connectés

Mots clés libres

Technologie des registres distribués

Blockchain

Tolérance aux fautes byzantines

Consensus

Algorithmes distribués

Mobilités

Distributed ledger tehnology

Blockchain

Byzantine fault tolerance

Consensus

Distributed algorithms

Mobility

Résumé

La technologie de Blockchain peut être comparée à un univers de galaxies dont tout le monde peut être témoin, qui fonctionne en parfaite synchronisation grâce à une décision consensuelle, assure la vie des espèces biologiques, montre la transparence des phénomènes scientifiques et présente un potentiel caché. Le Blockchain peut servir de pont entre des parties amies ou concurrentes pour créer un écosystème durable et mutuellement bénéfique pour le partage de données, de transactions monétaires, d'objets numériques et d'actifs tout en garantissant la transparence, la sécurité et la protection de la vie privée.Les solutions de mobilité ont adopté les solutions décentralisées à registres distribués, car elles représentent une solution parfaite à l'ère actuelle des villes intelligentes centrées sur le transport modal. Qu'il s'agisse de réseaux énergétiques décentralisés, de plateformes d'intelligence artificielle gourmandes en données, de véhicules autonomes, ou drones, ces solutions créent une société responsable et ouverte. Cette thèse présente deux points de vue sur les solutions de mobilité décentralisée autour du thème de la certification et de la monétisation des données.Le service décentralisé axé sur l'automobile exploite les applications autonomes dotées de contrats intelligents établis sur les plateformes Ethereum et Substrate. Chaque plateforme présente des caractéristiques contrastées en matière d'algorithmes de consensus, de construction de contrats intelligents, d'interopérabilité, de communication avec des oracles externes et de confidentialité des données. Notre travail évalue ces deux solutions d'un point de vue fonctionnel et des performances de débit accompagnées de la finalisation des transactions. Il pose certaines lacunes fascinantes autour des algorithmes de tolérance aux fautes byzantines (BFT) de Clique, Istanbul BFT, Quorum BFT, et Practical BFT, que nous comprenons et évaluons dans notre travail.Nous vérifions ces défis dans notre simulateur de blockchain conçu pour une expérimentation homogène et impartiale des algorithmes de consensus BFT. Il expose les défis de l'évolutivité, de la complexité de la communication, des problèmes de tolérance aux pannes et de la résilience du protocole. Nous traitons ces questions dans l'algorithme de consensus que nous proposons, Competing Utilitarian Byzantine Agreement (CUBA), ainsi que dans sa variante implicite, qui tire parti du pipelining, de la communication basée sur le quorum, de l'optimisation du réseau et de l'équité utilitaire pour améliorer le résultat du protocole. Les résultats de l'analyse comparative montrent que les performances, la sécurité et la résilience sont meilleures que les consensus BFT de PBFT, IBFT et QBFT comparables à Clique. Le protocole régule l'honnêteté des participants sans aucun facteur extrinsèque de calcul, d'actifs ou d'environnement d'exécution fiable, ce qui permet d'obtenir un accord byzantin de consortium véritablement démocratique entre participants concurrents.

Distributed Ledger Technology can be compared to a universe of galaxies that everyone canwitness, that works in perfect synchronization through consensus decision, secures the lifeof biological species, exhibits transparency of scientific phenomena, and presents hidden potential. Distributed Ledger can bridge between friendly or competing parties to createa mutually beneficial and sustainable ecosystem for sharing data, monetary transactions,digital objects, and assets while guaranteeing transparency, security, and privacy.Mobility solutions have embraced distributed ledger decentralized solutions, representing a perfect solution in the current age of multimodal transport-enabled smart cities.Be it decentralized energy grids, big data-hungry artificial intelligence platforms, autonomous vehicles, or drones they create an accountable and open society. This thesis presents two insights into decentralized mobility solutions around the theme of data certification and data monetisation.The decentralized automotive-oriented service exploits the smart contract-empowered autonomous applications by the frameworks of Ethereum and Substrate. Each platform divulges contrasting features of consensus algorithms, smart contract construction, inter-operability, external oracle communication, and data privacy. Our work evaluates these two solutions from a functional perspective and through put performance accompanied by transaction finalization. It poses certain fascinating short comings around Byzantine Fault Tolerant (BFT) Algorithms of Clique, Istanbul BFT, Quorum BFT, and Practical BFT, which we understand and evaluate in our work.We further as certain these challenges in our conceived blockchain simulator for homogeneous and unbiased experimentation of BFT consensus algorithms. It exposes the challenges of scalability, communication complexity, failure tolerance issues, and protocol resilience. We treat these issues in our proposed consensus algorithm, Competing Utilitarian Byzantine Agreement (CUBA), along with its implicit variant, which leverages pipelining,quorum-based communication, network optimization, and utilitarian fairness to improve he outcome of the protocol. Benchmark results show better performance, security, and resilience than the BFT consensuses of PBFT, IBFT, and QBFT comparable to Clique. It regulates the honesty of the participants without any extrinsic factors of computation, as-sets, or trusted execution environment, achieving a truly democratic consortium byzantine agreement of competing participants.