Cadre de collaboration basé sur la Blockchain pour les réseaux cellulaires B5G et 6G

L'augmentation de la connectivité dans les réseaux cellulaires a créé une forte demande de services d'une grande diversité. Les opérateurs mobiles, traditionnellement basés sur des architectures centralisées et indépendantes, répondent de moins en moins bien aux besoins actuels tels que la faible latence, les communications massives entre machines et le très haut débit. Pour répondre à ces attentes, il devient nécessaire de moderniser les infrastructures tout en favorisant une collaboration entre opérateurs, fournisseurs de services et utilisateurs. Une telle approche permet un meilleur partage des ressources, une réduction des coûts et une gestion plus respectueuse de l'environnement. Cette collaboration se heurte toutefois à des difficultés. Les réseaux cellulaires ont été conçus il y a plusieurs décennies pour fonctionner de manière isolée, avec un contrôle centralisé. L'introduction de fonctions collaboratives peut accroître la complexité, augmenter les coûts et introduire de nouvelles vulnérabilités, en particulier la dépendance à des points de défaillance uniques et des problèmes de sécurité et de confiance. Pour dépasser ces limites, les travaux de recherche ont exploré des approches décentralisées. La Blockchain apparaît comme une solution adaptée car elle offre transparence, immuabilité et traçabilité. En supprimant le contrôle centralisé, elle renforce la confiance entre acteurs. L'usage de Smart Contracts ajoute un mécanisme automatisé pour gérer les services et appliquer les accords, réduisant ainsi la latence, la complexité et les coûts. Ce travail de thèse propose un cadre collaboratif basé sur la Blockchain, conçu pour les réseaux multi-acteurs Beyond 5G et 6G. L'objectif des travaux est de répondre à quatre défis majeurs : établir la confiance, garantir la sécurité, améliorer l'efficacité et réduire les points de défaillance uniques (single points of failure). La première contribution concerne une nouvelle procédure d'authentification et d'accord de clés intégrée à la blockchain. Fonctionnant comme une surcouche, elle décentralise l'authentification, réduit la dépendance aux autorités centrales et améliore le passage à l'échelle sans perturber les systèmes existants. La deuxième contribution traite de la gestion dynamique des Service Level Agreements entre opérateurs et fournisseurs. Les conditions sont négociées et inscrites sur la blockchain sous forme de Smart Contracts. Ceux-ci appliquent et suivent automatiquement les engagements, assurent la transparence et réduisent le besoin de supervision manuelle, tout en prévoyant la détection et la sanction des violations. La troisième contribution concerne le partage sécurisé de données. Elle propose deux solutions complémentaires. La première est fondée sur une identité auto-souveraine, qui donne à chaque entité une identité unique et permet un accès sécurisé aux services sans divulguer de données personnelles. La seconde repose sur un chiffrement basé sur les attributs, permettant aux utilisateurs de définir eux-mêmes les politiques d'accès à leurs données. Pour valider ces propositions, un banc d'essai hybride combinant Go Ethereum, OpenAirInterface et Magma a été mis en place. Les résultats montrent que le système peut évoluer pour accueillir de nombreux acteurs tout en maintenant des performances et une sécurité adaptée aux différents scénarios. Enfin, ce travail identifie plusieurs défis à surmonter avant une adoption réelle, comme la latence des opérations blockchain, la conformité aux normes en évolution, les besoins de stockage plus élevés et la nécessité de mécanismes incitatifs pour encourager la participation. Ces résultats ouvrent la voie à de futures recherches pour concevoir des architectures collaboratives adaptées aux réseaux cellulaires de prochaine génération.