Résolution de systèmes multi-homogènes et déterminantiels algorithmes - complexité - applications

• Auteur / Autrice : Pierre-Jean Spaenlehauer
• Direction : Jean-Charles Faugère
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cryptographie

Gröbner, Bases de

Calcul formel

Résumé

De nombreux systèmes polynomiaux multivariés apparaissant en Sciences de l'Ingénieur possèdent une structure algébrique spécifique. En particulier, les structures multi-homogènes, déterminantielles et les systèmes booléens apparaissent dans une variété d'applications. Une méthode classique pour résoudre des systèmes polynomiaux passe par le calcul d'une base de Gröbner de l'idéal associé au système. Cette thèse présente de nouveaux outils pour la résolution de tels systèmes structurés. D'une part, ces outils permettent d'obtenir sousdes hypothèses de généricité des bornes de complexité du calcul debase de Gröbner de plusieurs familles de systèmes polynomiauxstructurés (systèmes bilinéaires, systèmes déterminantiels, systèmesdéfinissant des points critiques, systèmes booléens). Ceci permetd'identifier des familles de systèmes pour lequels la complexité arithmétique de résolution est polynomiale en le nombre de solutions. D'autre part, cette thèse propose de nouveaux algorithmequi exploitent ces structures algébriques pour améliorer l'efficacité du calcul de base de Gröbner et de la résolution (systèmes multi-homogènes, systèmes booléens). Ces résultats sontillustrés par des applications concrètes en cryptologie (cryptanalyse des systèmes MinRank et ASC), en optimisation et en géométrie réelle effective (calcul de points critiques).

Multivariate polynomial systems arising in Engineering Science often carryalgebraic structures related to the problems they stem from. Inparticular, multi-homogeneous, determinantal structures and booleansystems can be met in a wide range of applications. A classical method to solve polynomial systems is to compute a Gröbner basis ofthe ideal associated to the system. This thesis provides new tools forsolving such structured systems in the context of Gröbner basis algorithms. On the one hand, these tools bring forth new bounds on the complexity of thecomputation of Gröbner bases of several families of structured systems(bilinear systems, determinantal systems, critical point systems,boolean systems). In particular, it allows the identification of families ofsystems for which the complexity of the computation is polynomial inthe number of solutions. On the other hand, this thesis provides new algorithms which takeprofit of these algebraic structures for improving the efficiency ofthe Gröbner basis computation and of the whole solving process(multi-homogeneous systems, boolean systems). These results areillustrated by applications in cryptology (cryptanalysis of MinRank),in optimization and in effective real geometry (critical pointsystems)