Informatique

À l’origine de la diversité du vivant, l’évolution biologique est le phénomène par lequel les espèces naissent, se transforment ou disparaissent au cours du temps. Son étude fait intervenir des méthodes d’analyse sophistiquées qui reposent à la fois sur la modélisation mathématique des processus biologiques qui interviennent et sur la conception d’algorithmes efficaces pour ajuster ces modèles aux données génétiques et morphologiques.

Modèles et méthodes pour l’évolution biologique expose les principales méthodes utilisées pour étudier l’évolution et offre un large panorama illustrant la variété des approches formelles mises en oeuvre notamment dans l’optimisation combinatoire, les modèles stochastiques, l’inférence statistique, l’échantillonnage par Monte-Carlo.

Certaines des applications marquantes de ces méthodes y sont détaillées. Elles concernent, par exemple, l’étude d’événements migratoires des anciennes populations humaines ou la progression des épidémies.

1. Arbres : combinatoire et modèles
2. Modèles d’évolution pour les séquences et les caractères discrets
3. Modèles d’évolution de caractères continus
4. Évolution corrélée : modèles et méthodes
5. Un siècle de réarrangements génomiques
6. Inférence phylogénétique : méthodes basées sur les distances
7. Calculs d’inférence dans les arbres phylogénétiques
8. Le paradigme bayésien en phylogénie moléculaire
9. Phylogénétique : quelles mesures de support pour les branches d’un arbre ?
10. Fossiles et phylogénie
11. Phylodynamique
12. Inférence de processus démographiques chez les populations humaines

Les scientifiques observent le vivant tout autant à l’échelle macroscopique qu’à l’échelle microscopique. L’observation, poussée à son paroxysme, consiste à étudier au coeur des cellules les molécules du vivant qui en définissent leur fonctionnement : l’ADN et l’ARN.

Dans un organisme, l’ADN est le support de l’information génétique, appelé génome. Sous forme numérique, on le représente comme des textes de quatre lettres (A, C, G et T). À partir de ces séquences d’ADN, des méthodes informatiques décrites dans cet ouvrage répondent à des questions fondamentales en bioinformatique.

Des séquences aux graphes examine comment rechercher rapidement une séquence de quelques centaines de nucléotides dans un génome qui peut en faire quelques milliards, et comment comparer des séquences entre elles et reconstituer la séquence complète d’un génome. Il traite également du problème de l’identification des bactéries d’un milieu, ou encore de la prédiction de la structure des ARN à partir de leur séquence.

1. Concepts méthodologiques : résolution algorithmique des problèmes bioinformatiques
2. Indexation de séquences
3. Alignement de séquences
4. Assemblage des génomes
5. Métagénomique et métatranscriptomique
6. Repliement de l’ARN

La biologie des systèmes, ou biologie systémique, est une approche de la biologie qui consiste à englober la complexité des interactions entre les entités biologiques dans un tout systémique. Le but étant de comprendre l’émergence de propriétés physiologiques ou fonctionnelles.

Approches symboliques de la modélisation et de l’analyse des systèmes biologiques présente les apports de méthodes formelles issues de l’informatique pour la modélisation de la dynamique des systèmes biologiques. Il traite plus spécifiquement des méthodes symboliques, c’est-à-dire qui peuvent établir des propriétés qualitatives des modèles.

Cet ouvrage expose différentes approches liées à la sémantique, au langage, à la modélisation et à leur lien avec les données, et nous permet d’examiner des problèmes fondamentaux et des défis auxquels nous confronte la biologie des systèmes. Une première partie regroupe des travaux qui s’appuient sur les diverses données accessibles pour construire des modèles alors que la seconde présente des contributions autour des questions de la sémantique et des méthodes formelles.

1. Inférence de réseaux de régulation de gènes à partir de données dynamiques multi-échelles
2. Problèmes d’optimisation combinatoire pour l’étude du métabolisme
3. Les enjeux de l’inférence de modèles dynamiques à partir de séries temporelles
4. Connecter les modèles logiques aux données omiques
5. Réseaux booléens : formalisme, sémantiques et complexité
6. Logique calculatoire pour la biomédecine et les neurosciences
7. La cellule, un calculateur analogique chimique
8. Méthodes de vérification formelle pour la modélisation en biologie : le cas des réseaux de régulation biologique
9. Analyses des motifs accessibles dans les modèles Kappa

L’étude des données biologiques connaît constamment de profonds changements. Le volume des données a d’abord considérablement augmenté en raison des nouvelles techniques haut débit pour les expériences. Puis, les progrès remarquables tant des méthodes d’analyses informatiques et statistiques que des infrastructures ont rendu possible le traitement de ces données volumineuses. L’enjeu qui en résulte est de pouvoir intégrer ces données, c’est-à-dire d’en exploiter la complémentarité dans l’espoir de faire avancer les connaissances. L’intégration des données pour une analyse la plus exhaustive possible constitue ainsi un des défis majeurs de la biologie.

Intégration de données biologiques traite de façon pédagogique des travaux de recherche dans la science des données biologiques, il examine les approches informatiques pour l’intégration des données puis les approches statistiques pour l’intégration des données omiques.

1. Entrepôts de données cliniques
2. Méthodes du Web sémantique pour l’intégration de données en sciences de la vie
3. Workflows d’intégration de données bioinformatiques
4. Sélection de variables dans le modèle linéaire général : application à des approches multiomiques pour étudier la qualité des graines
5. Compression structurée de l’information génétique et étude d’association pangénomique par modèles additifs
6. Des noyaux pour les omiques
7. Modèles multivariés pour l’intégration de données et la sélection de biomarqueurs dans les données omiques

Symmetric cryptology is one of the two main branches of cryptology. Its applications are essential and vital in the Information Age, due to the efficiency of its constructions.

The scope of this book in two volumes is two-fold. First, it presents the most important ideas that have been used in the design of symmetric primitives, their inner components and their most relevant constructions. Second, it describes and provides insights on the most popular cryptanalysis and proof techniques for analyzing the security of the above algorithms. A selected number of future directions, such as post-quantum security or design of ciphers for modern needs and particular applications, are also discussed.

We believe that the two volumes of this work will be of interest to researchers, to master’s and PhD students studying or working in the field of cryptography, as well as to all professionals working in the field of cybersecurity.

Part 1. Design of Symmetric-key Algorithms.
1. Introduction to Design in Symmetric Cryptography, Joan Daemen.
2. The Design of Stream Ciphers, Chaoyun Li and Bart Preneel.
3. Block Ciphers, Orr Dunkelman.
4. Hash Functions, Gilles Van Assche.
5. Modes of Operation, Gaëtan Leurent.
6. Authenticated Encryption Schemes, Maria Eichlseder.
7. MDS Matrices, Gaëtan Leurent.
8. S-boxes, Christina Boura.
9. Rationale, Backdoors and Trust, Léo Perrin.

Part 2. Security Proofs for Symmetric-key Algorithms.
10. Modeling Security, Bart Mennink.
11. Encryption and Security of Counter Mode, Bart Mennink.
12. Message Authentication and Authenticated Encryption, Tetsu Iwata.
13. H-coefficients Technique, Yannick Seurin.
14. Chi-square Method, Mridul Nandi.

Part 3. Appendices.
Appendix 1. Data Encryption Standard (DES), Christina Boura.
Appendix 2. Advanced Encryption Standard (AES), Christina Boura and Orr Dunkelman.
Appendix 3. PRESENT, Christina Boura.
Appendix 4. KECCAK, Christina Boura.

La cryptographie asymétrique introduite par Diffie et Hellman en 1976 a été rapidement mise en oeuvre avec des constructions de chiffrement et de signature. Cela a conduit à un tout nouveau domaine de recherche, avec des définitions formelles et des modèles de sécurité. Depuis lors, des outils impressionnants ont été développés, avec des propriétés innovatrices, notamment en exploitant les couplages sur les courbes elliptiques.

Cryptographie asymétrique présente le chiffrement à clé publique et la signature, puis les primitives de base de la cryptographie asymétrique. Il analyse ensuite la notion de sécurité prouvable, qui définit le fait d’être « sécurisé » pour un schéma cryptographique. En outre, une sélection de protocoles est proposée, avec notamment les preuves à divulgation nulle de connaissance, le calcul multi-parties et l’échange de clé. Après un rappel sur la cryptographie basée sur les couplages, cet ouvrage expose des schémas cryptographiques avancés pour la confidentialité et l’authentification, avec des propriétés supplémentaires, tels que des signatures anonymes et du chiffrement multi-receveurs. Enfin, il traite le sujet plus récent du calcul vérifiable.

1. Chiffrement à clé publique et notions de sécurité
2. Signatures et notions de sécurité
3. Preuves à divulgation nulle de connaissance
4. Calcul multi-parties sécurisé
5. Cryptographie à base de couplages
6. Diffusion chiffrée et traçage de traîtres
7. Chiffrement par attributs
8. Signatures avancées
9. Échange de clé
10. Échange de clé authentifié par mot de passe : protocoles et modèles de sécurité
11. Calculs vérifiables et arguments succincts pour NP

Les domaines de l’apprentissage automatique et de l’optimisation sont aujourd’hui étroitement liés. Les problèmes d’optimisation constituent le coeur des méthodes d’apprentissage automatique et les algorithmes d’optimisation utilisent de plus en plus ces méthodes pour améliorer leur efficacité. Trois composantes sont partagées : la représentation, l’évaluation et la recherche itérative.

Alors que les méthodes d’optimisation sont généralement conçues pour être rapides et précises sur des modèles implicites, les problèmes d’apprentissage automatique posent de nouveaux défis aux chercheurs en optimisation, amenant les praticiens de l’apprentissage automatique à créer des algorithmes d’optimisation génériques plus simples.

L’apprentissage automatique, ainsi que l’optimisation, trouvent leurs applications dans de nombreux domaines scientifiques. Illustré de cas concrets, Optimisation et apprentissage examine l’interaction entre ces deux domaines, mettant en évidence leurs principales similitudes et leur coopération.

1. Tournées de véhicules avec contraintes de chargement : des méthodes de résolution
2. Ordonnancement du flux de travail IoT basé sur la qualité de service
3. Résolution de problèmes de sélection de caractéristiques à l’aide de métaheuristiques
4. La résolution du problème d’équilibrage d’une chaîne de montage à modèles mixtes
5. Réseau interactif et apprentissage automatique pour les recommandations
6. Comparaison de modèles d’apprentissage automatique et d’apprentissage profond
7. Approche hybride pour la navigation autonome des robots mobiles
8. La détection d’intrusion au moyen des réseaux de neurones : un tutoriel

D’un ensemble de pages HTML interconnectées aux plateformes de services en ligne, les sites web n’ont cessé de changer de formes et de fonctions. Ces mutations ont amené, d’une part, les sciences humaines et sociales à renouveler ou à inventer des méthodologies d’analyse et, d’autre part, à repenser les pratiques des non-spécialistes et des professionnels du numérique.

La fabrique du Web s’est également inscrite à l’agenda des formations en communication, selon une approche différente et complémentaire de celle mise en oeuvre pour les informaticiens.

Sous l’angle de ces deux perspectives, et en prenant appui sur plusieurs études de cas, Analyses des sites web présente des contributions à la fois épistémologiques et méthodologiques de chercheurs en sciences de l’information et de la communication afin d’analyser les sites web comme dispositifs sociotechniques, sémio-discursifs et communicationnels. Cette étude va de leur conception à leur intégration dans les stratégies numériques des organisations du secteur public, associatif ou privé.

Partie 1. Le site web comme dispositif sociotechnique
Partie 2. Le site web comme dispositif sémio-discursif
Partie 3. Le site web comme dispositif communicationnel

La communication des organisations (entreprises, collectivités, ONG, institutions patrimoniales, etc.) se déploie dans un contexte complexe et hétérogène, caractérisé notamment par une omniprésence des écosystèmes numériques (web, réseaux sociaux, Internet de données, etc.) qui ne doit pour autant pas faire oublier les exigences d’une communication multiculturelle à différentes échelles.

Présences numériques des organisations met en lumière les problématiques communicationnelles des organisations telles qu’elles émergent à partir, non seulement de leurs sites web, mais aussi de la construction de narrations en ligne. Cette présence numérique multifacette et multistratégie des organisations est traitée à partir de trois grands axes thématiques.

Le premier s’intéresse aux stratégies différenciées (de contenus, de services, d’interaction) repérables en fonction des types d’organisations et d’usagers. Puis le second axe interroge la dimension culturelle des sites web, entre local et global. Enfin, l’accent est mis sur le rôle de la narration dans les stratégies de communication en ligne des organisations.

Partie 1. Sites web et stratégies organisationnelles
Partie 2. Sites web et dynamiques culturelles
Partie 3. Communication des organisations et narrations en ligne

Les systèmes industriels cyber-physiques opèrent simultanément dans les mondes physiques et numériques des entreprises. Pierre angulaire de la 4e révolution industrielle, ils s’imposent de plus en plus comme une voie d’avenir auprès des académiques et des industriels. L’essence même de ces systèmes reste toutefois souvent mal comprise ou mal interprétée.

Digitalisation et contrôle des systèmes industriels cyber-physiques a pour vocation d’éclaircir les zones d’ombre pouvant entourer ce concept et de fournir les principales clés de compréhension de ces technologies. Pédagogique et comportant de nombreux exemples applicatifs, cet ouvrage représente l’aboutissement de plus de dix ans d’étude du groupe de travail IMS² (Intelligent Manufacturing Systems and Services) du groupe de recherche français MACS (modélisation, analyse et commande des systèmes dynamiques) du CNRS.

Il s’adresse autant à des ingénieurs s’intéressant aux évolutions industrielles à venir qu’à des étudiants de niveau master désirant se former aux systèmes industriels du futur.

Partie 1. Conceptualiser les systèmes industriels cyber-physiques
Partie 2. Capter et distribuer l’information au sein des systèmes industriels cyber-physiques
Partie 3. Digitaliser au service des systèmes industriels cyber-physiques
Partie 4. Piloter les systèmes industriels cyber-physiques
Partie 5. Apprendre et interagir avec les systèmes industriels cyber-physiques
Partie 6. Transformer les industries grâce aux systèmes industriels cyber-physiques
Partie 7. Imaginer les systèmes industriels cyber-physiques d’après-demain

Symmetric cryptology is one of the two main branches of cryptology. Its applications are essential and vital in the Information Age, due to the efficiency of its constructions.

The scope of this book in two volumes is two-fold. First, it presents the most important ideas that have been used in the design of symmetric primitives, their inner components and their most relevant constructions. Second, it describes and provides insights on the most popular cryptanalysis and proof techniques for analyzing the security of the above algorithms. A selected number of future directions, such as post-quantum security or design of ciphers for modern needs and particular applications, are also discussed.

We believe that the two volumes of this work will be of interest to researchers, to master’s and PhD students studying or working in the field of cryptography, as well as to all professionals working in the field of cybersecurity.

Part 1. Cryptanalysis of Symmetric-key Algorithms.
1. Differential Cryptanalysis, Henri Gilbert and Jérémy Jean.
2. Linear Cryptanalysis, Kaisa Nyberg and Antonio Flórez-Gutiérrez.
3. Impossible Differential Cryptanalysis, Christina Boura and María Naya-Plasencia.
4. Zero-Correlation Cryptanalysis, Vincent Rijmen.
5. Differential-Linear Cryptanalysis, Yosuke Todo.
6. Boomerang Cryptanalysis, Ling Song.
7. Meet-in-the-Middle Cryptanalysis, Brice Minaud.
8. Meet-in-the-Middle Demirci-Selçuk Cryptanalysis, Patrick Derbez.
9. Invariant Cryptanalysis, Christof Beierle.
10. Higher Order Differentials, Integral Attacks and Variants, Anne Canteaut.
11. Cube Attacks and Distinguishers, Itai Dinur.
12. Correlation Attacks on Stream Ciphers, Thomas Johansson.
13. Addition, Rotation, XOR, Léo Perrin.
14. SHA-3 Contest Related Cryptanalysis, Yu Sasaki.
15. Cryptanalysis of SHA-1, Marc Stevens.

Part 2. Future Directions.
16. Lightweight Cryptography, Meltem Sönmez Turan.
17. Post-Quantum Symmetric Cryptography, María Naya-Plasencia.
18. New Fields in Symmetric Cryptography, Léo Perrin.
19. Deck-function-based Cryptography, Joan Daemen.