Thèse de doctorat : « Une nouvelle architecture basée sur la blockchain pour les opérateurs de réseaux mobiles »

L'École doctorale : École Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris et le Laboratoire de recherche SAMOVAR - Services répartis, Architectures, Modélisation, Validation, Administration des Réseaux présentent l'avis de soutenance de madame Fariba GHAFFARI, autorisée à présenter ses travaux en vue de l’obtention du Doctorat de l'Institut Polytechnique de Paris, préparé à Télécom SudParis en : Mathématiques et Informatique.

« Une nouvelle architecture basée sur la blockchain pour les opérateurs de réseaux mobiles : au-delà de la 5G et de la 6G »

Le vendredi 13 octobre 2023
à 14 h 00
à l'Amphithéâtre Jean Prouvé,
CNAM, 292 rue Saint-Martin 75003 PARIS

Membres du jury :

• Noel CRESPI, Professeur, Télécom SudParis, FRANCE - Directeur de thèse
• M. Emmanuel BERTIN, Ingénieur de recherche, Orange Innovation, FRANCE - Codirecteur de thèse
• Mme Emmanuelle ANCEAUME, Directrice de recherche, Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires, FRANCE - Examinateur
• M. Abdelkader LAHMADI, Professeure associée, Université´ de Lorraine, CNRS, Inria, Loria, Nancy, France, FRANCE - Examinateur
• Mme Cigdem SENGUL, Ingénieur de recherche, Brunel University England, ROYAUME-UNI - Examinateur
• Axel KUPPER, Professor, Technische Universität Berlin, ALLEMAGNE – Rapporteur
• Mika YLIANTTILA, Professor, Center for Wireless Communications, University of Oulu, Finland, FINLANDE - Rapporteur

Résumé :

Si l'architecture centralisée et autonome des opérateurs de réseaux mobiles (MNO) fournit une connectivité à des milliards d'utilisateurs, elle souffre d'un manque de mécanismes techniques pour améliorer la collaboration entre les MNO et d'autres fournisseurs. Cela a des répercussions sur les coûts de mutualisation, ainsi que sur la consommation d'énergie et l'impact environnemental. Cela peut également empêcher l'avènement de modèles commerciaux plus collaboratifs avec d'autres fournisseurs ou même avec les clients. En outre, la complexité des réseaux 5G et au-delà pourrait dépasser la capacité d'un MNO à gérer le coût et la complexité de la connexion.
Enfin, les architectures existantes des MNO souffrent également de leur centralisation, ce qui entraîne problèmes techniques et vulnérabilités. Relever ces défis n'est pas chose aisée. Les architectures MNO sont définies depuis près de trois décennies par des organismes de normalisation bien établis.

Cependant, nous pensons qu'il est intéressant de proposer à la communauté des chercheurs en télécommunications une approche de type "table rase". Ces solutions alternatives doivent -au moins- avoir un écosystème distribué/décentralisé, assurer la fiabilité entre les acteurs dans un environnement peu fiable, partager les ressources entre les parties prenantes, apporter une plus grande automatisation, et fournir une sécurité et une confidentialité suffisantes. Toute alternative répondant à ces exigences constituerait une solution potentielle prometteuse. La blockchain est un grand ledger distribué pair-à-pair, une technologie cryptographiquement sécurisée, à appendice unique, immuable, traçable et transparente qui ne peut être mise à jour que par consensus entre la majorité des nœuds participants sur le réseau. En raison de ses caractéristiques intrinsèques, la blockchain et les Smart Contracts peuvent réduire le coût, la latence et la complexité de la collaboration entre les entités dans un réseau cellulaire multi-acteurs tout en augmentant la fiabilité, la traçabilité et les capacités de supervision.

Ce travail propose un système de connectivité mobile multi-acteurs qui fournit une solution distribuée, fiable, automatisée, peu coûteuse et sécurisée pour les entités et les acteurs de l'écosystème du réseau cellulaire. Pour ce faire, ce travail fournit tout d'abord une étude complète des défis existants dans les réseaux cellulaires actuels en ce qui concerne les aspects commerciaux et de collaboration, les questions techniques et la sécurité. Les résultats de ces études nous ont conduits à proposer deux contributions principales, l'une concernant la coopération entre les différents acteurs de l'écosystème des réseaux cellulaires (c'est-à-dire les MNO, les fournisseurs de services, les petites entreprises, les vendeurs et les utilisateurs finaux) et l'autre concernant la collaboration entre les MNO (et potentiellement avec les organismes de réglementation) pour la gestion des identités et des profils. Plus précisément, la première contribution propose un nouvel écosystème de télécommunication hybride (distribué-décentralisé) pour façonner la conception des réseaux 5G et 6G. Cette méthode permet d'éliminer toute autorité centrale, d'augmenter la tolérance aux pannes du système, de simplifier les procédures informatiques et de fournir des paiements sécurisés entre les entités. La deuxième contribution introduit une nouvelle gestion du profil de l'utilisateur et un portage du numéro de téléphone mobile et du profil sur la base de la blockchain et des Smart Contracts. Cette méthode vise à éliminer l'autorité centrale dans la procédure de portage en créant un système plus collaboratif et distribué à cette fin, à augmenter l'automatisation et la confiance, et à traiter la latence élevée de la méthode existante pour le portage des MNO.

En outre, il offre la possibilité de porter les profils des utilisateurs vers le MNO destinataire ainsi que le numéro de téléphone au moyen d'une procédure automatisée sans autorité centralisée ni tierce partie. Pour évaluer le système proposé et analyser la faisabilité de sa mise en œuvre, nous avons proposé trois scénarios de déploiement dans lesquels la blockchain peut être logiquement positionnée soit dans le RAN, soit dans le réseau coeur, soit dans la couche de service. Les résultats de l'évaluation montrent que le système est suffisamment évolutif en ce qui concerne le nombre d'acteurs et de collaborateurs, et en fonction des exigences du réseau, sa performance et son niveau de sécurité sont ajustables.