Thèse Securité des Applications de Wireless Sensing pour Adoption dans la Vie Courante H/F

École polytechnique

Établissement : École polytechnique
École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris
Laboratoire de recherche : LIX - Laboratoire d'informatique
Direction de la thèse : Thomas CLAUSEN ORCID 0000000274008887
Début de la thèse : 2026-09-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Contexte
Les réseaux sans fil sont de plus en plus répandus et omniprésents dans notre société, où ils permettent une grande variété d'applications dans notre vie quotidienne. Parallèlement, s'ils sont principalement conçus pour la communication, leur gamme de services s'élargit de plus en plus pour inclure des utilisations connexes auxquelles ils sont particulièrement bien adaptés. Les recherches en cours sur la détection sans fil (Wireless Sensing) ont montré que ces réseaux peuvent être utilisés, entre autres, pour suivre la position des utilisateurs [1], surveiller leur état de santé (fréquence cardiaque, fréquence respiratoire, qualité du sommeil, etc.) [2], les authentifier de manière biométrique (reconnaître leur démarche, leur respiration, etc.) [3], ou encore pour reconnaître ce qu'ils font (reconnaissance des gestes et des activités [4]), ce qui est déjà adopté par le marché [5, 6]. La liste est loin d'être exhaustive. En tant que domaine de recherche multidisciplinaire émergent, la détection sans fil tire parti des propriétés physiques des ondes électromagnétiques lorsqu'elles rencontrent ou traversent des obstacles (réflexion, absorption, diffraction, etc.) et s'appuie sur les connaissances de différents domaines scientifiques, notamment les réseaux, le traitement du signal et l'apprentissage automatique/l'intelligence artificielle, pour permettre une grande variété d'applications et accélérer ainsi l'entrée dans un monde plus connecté et plus intelligent.
Cependant, les travaux de recherche existants dans ce domaine se sont principalement concentrés sur l'extension des capacités et la mise en place de nouvelles applications, négligeant ainsi la sécurité des systèmes développés. Des travaux de recherche récents ont montré qu'un pirate informatique disposant d'un simple appareil wifi disponible dans le commerce peut fortement perturber les performances des systèmes de détection sans fil et même les faire fonctionner à sa guise [7, 8]. De plus, la nature même des ondes sans fil, qui peuvent traverser les objets et les murs, soulève naturellement des questions de confidentialité, car un pirate informatique pourrait « écouter » de l'extérieur ce qui se passe dans la pièce ciblée.
Objectifs
L'objectif de cette thèse est de relever ces défis et de faire progresser le domaine sur le plan de la sécurité en :
- Étudiant, tant sur le plan théorique que pratique, les problèmes de sécurité inhérents aux applications de wireless sensing
- Exploitant les failles identifiées pour développer des « systèmes d'exploitation » qui serviront à démontrer ces vulnérabilités
- Développant des primitives de sécurité, des contre-mesures, des méthodologies et des outils qui pourraient aider à la conception de systèmes de wireless sensing sécurisés
- Appliquant ces concepts et outils à des applications choisies afin d'évaluer leurs performances et de mettre en évidence leurs avantages

Pour relever efficacement ces défis, il faut adopter une approche scientifique rigoureuse, faisant appel à des compétences tant théoriques que pratiques. Cette thèse adoptera une méthodologie fortement axée sur les expérimentations et étayée par celles-ci, que ce soit pour la validation des hypothèses initiales, la conception de solutions ou l'évaluation de ces solutions, qui seront toujours déployées sur du matériel réel.

Wireless networks are more and more pervasive and ubiquitous in our society where they enable a large variety of applications for our daily lives. At the same time, if they are primarily designed for communication, their spectrum of services is increasingly expanding to include related uses to which they are particularly well suited. Ongoing research around wireless sensing has shown that these networks can be used, among other things, to track the position of users [1], monitor their health (heart rate, breathing rate, sleep quality, etc.) [2], authenticate them in a biometric way (recognize their walking, breathing, etc.) [3], or to recognize what they are doing (gesture and activity recognition [4]), and this is already being adopted by the market [5, 6]. The list is far from being exhaustive. As an emerging multidisciplinary research field, wireless sensing takes advantage of the physical properties of electromagnetic waves when they encounter or travel through obstacles (reflection, absorption, diffraction, etc.) and builds on top of knowledge from different scientific fields - including Networking, Signal Processing and Machine Learning/Artificial Intelligence - to enable a wide variety of applications and therefore speed up the entrance in a more connected and smarter world.

However, existing research works in this field have focused mostly on expanding capabilities and enabling new applications, thereby neglecting the security of developed systems. Recent research works have shown that an attacker with a single off-the-shelf wifi device can strongly disturb wireless sensing systems performance and even make them behave as they want [7, 8]. Moreover, the inherent nature of wireless waves, which can travel through objects and walls, naturally raises privacy concerns, as an attacker could listen, from outside, to what is happening in the targeted room.

The aim of this PhD project is to tackle these challenges and advance the field on the security aspect by:
- Studying, both theoretically and practically, security issues that are inherent to wireless sensing applications
- Exploiting the identified breaches to develop exploiting systems that will act as demonstrators of these vulnerabilities
- Developing security primitives, counter-measures, methodologies and tools that could help in the design of secure wireless sensing systems
- Applying these concepts and tools to chosen applications to evaluate their performance and showcase their benefits

Effectively addressing these challenges requires a rigorous scientific approach, involving both theoretical and practical skills. We intend to apply a methodology strongly driven and supported by experiments, whether for the validation of initial hypotheses, the design of solutions and the evaluation of these solutions that will always be deployed on real hardware.