Nouveau mode examen KhiCAS avec Python pour les TI-Nspire CX

[critor]

Le mode examen des calculatrices graphiques fut officialisé le jeudi 2 avril 2015. Il était initialement réglementé par une note de service concernant les examens et concours de l'enseignement scolaire, remplacée par la suite par une circulaire étendant son usage aux examens et concours de l'enseignement supérieur.

En pratique c'est quoi ? C'est un mode de fonctionnement spécial de ta calculatrice qui, selon les modèles, efface ou verrouille tout ou partie des fichiers présents en mémoire.

C'est mis en oeuvre de façon très inégale par les différents constructeurs :

• la NumWorks efface définitivement tous les fichiers, ce qui est d'ailleurs très embêtant
• les TI-Nspire verrouillent tous les fichiers
• les TI-82 Advanced, TI-83 Premium CE et TI-84 Plus CE :
  
  • préservent l'accès à certaines applications additionnelles officielles préchargées et présélectionnées par le constructeur
  • verrouillent tout le reste des variables dont le format est reconnu (programmes, images, variables d'application Python, ...)
  • effacent définitivement tout le reste des variables d'application dont le format n'est pas officiel (notamment à ce jour toutes les variables concernant les programmes ASM), ce qui est ici encore très embêtant
• la Casio fx-CP400+E verrouille tous les fichiers y compris les applications additionnelles, même si ces dernières sont officielles ou préchargées
• les Casio Graph :
  
  • verrouillent tous les fichiers y compris les applications additionnelles, même si ces dernières sont officielles ou préchargées
  • désactivent en prime les fonctions de calcul vectoriel alors que non interdites aux examens français

Le mode examen tel que mis en œuvre est surtout un véritable scandale, un déni du formidable travail accompli et mis en avant pendant des années sur TI-Planet.

Pendant des années nous avons œuvré bénévolement pour une égalité réelle entre les candidats, en développant non pas des anti-sèches mais nombre d'éléments logiciels (programmes, applications, ...) permettant :

• de rajouter sur certains modèles des fonctionnalités présentes d'origine sur d'autres modèles (tableau périodique, convertisseur d'unités, ...)
• de rajouter sur les modèles d'entrée de gamme des fonctionnalités présentes d'origine sur des modèles de gamme supérieure (calcul exact, calcul littéral, calcul formel, interpréteur Micropython...)

La réforme du mode examen vient hélas réduire à néant tout ce travail, prétextant remettre les candidats à égalité alors qu'en pratique elle fait tout le contraire.

Au lieu de pouvoir faire évoluer gratuitement les fonctionnalités de sa calculatrice via des programmes ou applications téléchargeables chez nous au fur et à mesure de l'évolution de ses besoins, c'est désormais des années à l'avance que le futur candidat doit choisir avec son porte-monnaie les fonctionnalités définitives de sa calculatrice.

Précisons que les spécifications officielles du mode examen ne demandaient pas le blocage de ces fonctionnalités rajoutées. Le but est seulement de bloquer les informations personnelles rajoutées par l'utilisateur dans sa calculatrice, que ce soit sous forme de texte ou image.

Pour y parvenir, le texte demande de bloquer entre autres les :

• applications personnelles (copies d'applications personnalisées avec des données - spécifique à la HP Prime)
• remarques (forme de texte spécifique à la HP Prime)
• programmes de l'utilisateur (car l'éditeur de programmes peut très facilement être détourné pour saisir du texte et donc des informations désormais interdites)
• données scratchpad (écran de calcul spécifique aux TI-Nspire)
• classeurs (format de fichier spécifique aux TI-Nspire)
• dossiers personnels (géré par les TI-Nspire et Casio)

Il s'agit très clairement de bloquer les anti-sèches (textes, images, formulaires, documents, ...) ce qui est désormais nécessaire avec les banques publiques de sujets pour certaines épreuves du BAC, et absolument pas des fonctionnalités rajoutées.

Ce sont les constructeurs qui vont bien au-delà de ce qui est demandé, en profitant pour bloquer l'intégralité des développements tiers, récupérer ainsi un contrôle total sur les fonctionnalités disponibles, et donc pouvoir continuer à vendre plusieurs modèles à des prix très différents en fonction des fonctionnalités intégrées et désormais figées dans le marbre.

Mais le texte n'en reste pas moins coupable de leur laisser toute liberté en ce sens. Il faut dire que seuls les constructeurs ont été conviés à son élaboration. Imaginerait-on l'élaboration d'une nouvelle réglementation informatique à laquelle on ne convierait que des fabricants d'ordinateurs et aucun représentant des concepteurs/éditeurs de logiciels ? Et bien c'est pourtant ce qui a été fait pour le mode examen.

Les utilisateurs NumWorks étaient jusqu'à ce jour les mieux lotis. En effet, il est possible d'installer le firmware tiers Omega, et de rajouter ainsi des fonctionnalités autorisées et parfaitement légitimes en mode examen.

Le firmware Omega intègre en effet des applications supplémentaires, et gère même des applications additionnelles, dont KhiCAS.

L'équipe de développement derrière Omega veille méticuleusement à ne rien laisser passer d'interdit.

KhiCAS justement, est un logiciel intégré de mathématiques et de sciences, dont nous t'avons très récemment parlé sur les TI-Nspire. Développé par Bernard Parisse, enseignant-chercheur à l'Université de Grenoble, il apporte entre autres :

• un portage du moteur de calcul formel GIAC développé et utilisé pour son logiciel Xcas
• la saisie et l'affichage en écriture naturelle
• de quoi traiter également de sciences expérimentales avec :
  
  • une bibliothèque de constantes physiques
  • un convertisseur d'unités
• plusieurs applications intégrées dont un tableau périodique des éléments
• un interpréteur Micropython intégré
• le tout est bien évidemment programmable, soit directement depuis la console soit dans un éditeur de script également intégré
• plusieurs langages de programmation sont au choix : Xcas, Xcas en mode de compatibilité syntaxique Python, et donc Micropython
• dans l'ensemble de ces langages :
  
  • des fonctions de tracé relatif (module turtle en Microython)
  • des fonctions de tracé par pixels (module graphic en Micropython)
  
• en Micropython :
  
  • une couche de compatibilité des fonctions de tracé par pixels avec les différents modèles et solutions (modules casioplot, kandinsky de NumWorks, nsp des TI-Nspire avec le Micropython via Ndless)
  • la bibliothèque de tracé par coordonnées matplotlib
  • de quoi faire appel à GIAC via le module cas
  • le module cmath laissé de côté par plusieurs constructeurs
  • de quoi travailler l'algèbre linéaire avec le module linalg

Clairement le plus grand logiciel tiers de Mathématiques et de Sciences jamais créé sur calculatrices graphiques, et nous incluons les HP 48GX/SX dans cette affirmation.

KhiCAS est donc disponible :

• sur les TI-Nspire CX et TI-Nspire CX II dans le formidable état que nous venons de décrire
• sur NumWorks dans une version un tout petit peu allégée
• sur Casio Graph 35+E II et Graph 90+E dans une version beaucoup plus allégée
• directement intégré sur HP Prime mais dans une version réduite au moteur GIAC, HP fournissant le reste de l'interfaçage avec certains équivalents mais pas tous
• également dans une version réduite au moteur GIAC sur les TI-Nspire CM et TI-Nspire monochromes avec une interface Lua, la version complète décrite ci-dessus n'y tournant pas par manque de mémoire (seulement 32 Mio de mémoire SDRAM au lieu de 64 Mio)

Et nous en arrivons donc au problème. Contrairement à la communauté de développement NumWorks-Omega, la communauté de développement TI-Nspire-Ndless n'avait jamais osé toucher au mode examen.

Bien que non interdit, parfaitement légitime, et restant accessible en mode examen sur les NumWorks, KhiCAS devenait inutilisable sur les TI-Nspire une fois passées en mode examen. Très injuste, non ?

Mais aujourd'hui est un grand jour avec Bernard Parisse qui, au nom de la liberté de choisir ses fonctionnalités, suit la voie tracée par les développeurs Omega et se soulève à son tour face à l'injustice et l'Institution dont le silence et la complaisance ont conduit à cette situation, sans la moindre amélioration ni réponse depuis 6 ans malgré divers courriers.

Bernard Parisse se propose en effet de sortir un nouveau mode examen KhiCAS pour ta TI-Nspire CX. Il explique ses motivations qui rejoignent les points précédents dans un courriel envoyé à la DGESCO ainsi qu'à l'Inspection Générale de Mathématiques le 15 février dernier, courriel historique publié depuis dans le MathémaTICE n°74 de mars 2021 et que nous te reproduisons ci-dessous :

Xcas/Python en mode examen sur calculatrices TI Nspire CX et CX CAS

From : Parisse Bernard <bernard.parisse@univ-grenoble-alpes.fr>

Mon 2/15/2021 11:31 AM

To : ig.mathematiques@education.gouv.fr................. xxxxxxxx.xxxxxx@education.gouv.fr................. xxxxx-xxxxxx.xxxxxxxxx@education.gouv.fr.................

Bonjour,

Ce mail pour vous informer que je pense publier d'ici début mars une version de Xcas+MicroPython pour les calculatrices TI Nspire CX qui restera accessible en mode examen, en conformité avec la réglementation https://www.education.gouv.fr/bo/15/Heb ... d_bo=94844 ( https://tiplanet.org/modules/archives/d ... niques.pdf ). J'explique ma démarche dans la suite de ce mail un peu long je vous prie de bien vouloir m'en excuser.

Le contexte est le suivant: le mode examen a pour objectif d'empêcher les candidats à un examen ou à un concours d'accéder à des documents personnels ou des notes personnalisant une application, mais de ce fait il bloque aussi les programmes non fournis par le constructeur que des candidats pourraient rajouter sur leur calculatrice pour accéder à des fonctionnalités disponibles sur des modèles plus onéreux ou/et plus récents, ce qui permet aux constructeurs de segmenter le marché et forcer le renouvellement du parc de calculatrices au détriment du marché d'occasion. On observe ainsi que le calcul formel n'est disponible que sur les modèles haut de gamme: TI Nspire CX II CAS, Casio Classpad, HP Prime, tous à plus de 100 euros.
Plus précisément chez TI:

• le même matériel est vendu 160 ou 130 euros selon qu'il s'agit d'un modèle CAS ou non
• une mise à jour pour programmer en Python a été publiée uniquement pour les modèles CX II plus récents, et pas pour les CX plus anciens.

Xcas fait partie de la liste des logiciels autorisé aux oraux des concours du capes, de l'agrégation interne et externe de mathématiques. Il possède depuis peu son propre interpréteur Python. Xcas est intégré par le constructeur HP sur les calculatrices HP Prime. Il est également disponible mais comme une application non fournie par le constructeur sur les calculatrices TI Nspire CX et CX II (modèles CAS ou non CAS), Numworks N0110, Casio Graph 90e et 35eii. De ce fait, Xcas n'est actuellement pas accessible en mode examen sur les calculatrices TI et Casio contrairement aux calculatrices HP, alors qu'en dehors du mode examen, les élèves qui installent Xcas sur une Casio Graph 35eii (à 65 euros) ou sur une TI Nspire CX peuvent disposer de calcul formel et de la programmation en Python.

Comme je trouve anormal que les constructeurs profitent de la réglementation du mode examen pour accroitre leurs marges, j'ai contacté TI, Casio et Numworks pour rendre Xcas compatible avec leur mode examen. Pour l'instant sans succès, probablement parce que cela va a l'encontre de leurs intérêts commerciaux, mais aussi je pense parce qu'ils ne veulent pas prendre le risque de certifier un logiciel tiers vis-à-vis de l'éducation nationale ou des équivalents à l'étranger. J'ai donc appliqué le droit à l'interopérabilité des logiciels pour rendre Xcas compatible indépendamment des constructeurs, ce que j'ai réussi à faire sur les TI Nspire CX (CAS ou non CAS).
Techniquement, le mode examen compatible Xcas est celui de TI mais les ressources nécessaires à l'exécution de Xcas sont testées (en comparant leurs empreintes sha256 avec une liste d'empreintes autorisées, liste cryptée par une clef RSA2048) et ne sont pas effacées lors du passage en mode examen. Ce mode est un peu plus lent à mettre en oeuvre (1 à 2 minutes) car il faut calculer les empreintes des ressources autorisées à persister en mode examen. Il est techniquement aussi difficile à contourner que le mode du constructeur non modifié. Si certains d'entre vous souhaitent en tester la fiabilité avant publication, je peux bien sur leur en envoyer une version.

Un des intérêts de ce mode examen est qu'il est très facile pour le possesseur de la clé RSA2048 (actuellement moi seul la possède) de rajouter des ressources autorisées, sa généralisation à d'autres modèles pourrait donner à l'éducation nationale un moyen de contrôler elle-même les ressources autorisées aux examens et concours, plutôt que de laisser les constructeurs décider eux-mêmes en fonction de leurs intérêts commerciaux ou/et de la politique éducative d'autres états.

Je suis à votre disposition si vous souhaitez des renseignements complémentaires.

Bien cordialement,
Bernard Parisse

Ressources actuellement disponibles pour installer Xcas pour calculatrices Casio, Numworks, et TI (version non compatible avec le mode examen): https://www-fourier.univ-grenoble-alpes ... l_fr#casio

L'Institution n'ayant fourni aucune réponse depuis maintenant plus de 3 semaines et donc aucune remarque, interrogation ou objection, le nouveau KhiCAS avec mode examen vient tout juste d'être publié !

Comme tu peux le voir ci-contre, il active le mode examen de Texas Instruments avec le clignotement normal de la diode, mais en laissant les fichiers de KhiCAS accessibles, ainsi que ceux de Ndless puisque nécessaire à son fonctionnement.

Pour bénéficier du mode examen KhiCAS, tu dois placer les 3 fichiers suivants dans ton dossier /ndless/ :

• khicas
• shakeys
• ptt

Le mode examen KhiCAS est ensuite à activer depuis les menus de KhiCAS avec

doc

ctrl

e^x

e^x

enter

comme détaillé ci-dessous :

Le mode examen KhiCAS se désactive ensuite exactement comme le mode examen officiel de Texas Instruments.

Comme tu peux le voir, le mode examen de KhiCAS est sécurisé, et constitue une démo de ce que les constructeurs auraient pu mettre en place depuis longtemps si ils avaient été de bonne volonté. Les seuls fichiers laissés accessibles en mode examen sont au préalable vérifiés selon une signature RSA 2048 bits de leur empreinte SHA, signature dont la clé privée est connue d'une seule personne au monde. Seuls 9 fichiers sont autorisés dans le mode examen KhiCAS à ce jour :

• khicas
• khicaslua
• luagiac
• ndless.cfg
• ndless_installer_4.5.0
• ndless_installer_4.5.3
• ndless_installer_5.2.0
• ndless_resources
• shakeys

KhiCAS ne peut donc pas être utilisé pour faire passer en mode examen d'autres fichiers moins légitimes. La gestion du mode examen semble également être scindée dans un fichier ptt.tns distinct dont le code source n'est pas public. Cela devrait gêner ceux qui auraient envie de l'altérer.

Nous ne pouvons que saluer cette nouvelle avancée en faveur des droits et libertés légitimes des utilisateurs trop longtemps bafoués !

Attention toutefois, à ce jour le mode examen KhiCAS n'est pas compatible avec les dernières TI-Nspire CX II. L'architecture des TI-Nspire CX II est en effet très différente, la configuration du mode examen a changé de format et ce nouveau format n'est pas documenté à ce jour. En plus, Bernard signale des difficultés avec les écritures direct en mémoire Flash NAND sur ces modèles...

Attention également, le mode examen KhiCAS n'est disponible qu'avec la version complète de l'interface KhiCAS. Les TI-Nspire CM et TI-Nspire monochromes ne pouvant la faire tourner par manque de mémoire, sont donc exclues de cette amélioration.

En pratique, nous avons toutefois quelques remarques.

Le mode examen KhiCAS est problématique hors de nos frontières pour des pays ou examens interdisant les fonctionnalités CAS (calcul formel), que ces derniers appliquent déjà le mode examen ou aient pour projet de l'appliquer (Portugal, Italie, Pays-Bas, Royaume-Uni, ...). Les TI-Nspire CX autorisées peuvent ainsi se retrouver dans un mode examen qui ressemble trait pour trait au mode examen officiel, mais avec des fonctionnalités CAS interdites. Certaines Institutions pourraient ne pas apprécier...

Le mode examen KhiCAS n'active aucune des limitations de fonctionnalités imposées par certains pays ou examens, ce qui fait clignoter la diode en orange au lieu de vert. Le mode examen KhiCAS sera donc inutilisable par les candidats des pays ou examens concernés. Mais comme ce sont bien souvent des pays ou examens interdisant déjà le CAS ce ne serait a priori pas bien gênant.

Même si le fonctionnement est ici sécurisé par signature électronique et que le code source relatif au mode examen n'est pas public, qu'est-ce qui empêcherait d'autres développeurs moins bien intentionnés de s'inspirer de ce fonctionnement pour faire passer en mode examen des fichiers beaucoup moins légitimes ? Voire même de monnayer leurs services...

Rappelons de plus que ce mode examen KhiCAS n'est pas un mode examen officiel, qu'il sort sans l'accord de Texas Instruments qui n'était même pas en copie du courriel partagé plus haut, et qu'il indique dans tous les cas la présence d'une faille. Dans le contexte actuellement tendu entre Texas Instruments et sa communauté, cela ne risque-t-il pas de remettre en question la bonne entente retrouvée ?...

Mais l'Institution et les différents constructeurs n'en restent pas moins responsables de cette sortie non contrôlée aujourd'hui. Si les constructeurs avaient su faire preuve d'un semblant de bonne volonté depuis 6 ans au lieu de profiter et abuser d'une réglementation injuste leur donnant une exclusivité de fait sur les fonctionnalités, et que l'Institution ne s'était pas cantonnée à un long silence complice et coupable, nous n'en serions certainement pas là aujourd'hui.

Téléchargements : KhiCAS pour TI-Nspire CX/CM et monochromes / TI-Nspire CX II

Lien : tutoriel d'installation Ndless

Crédits images : Bout de gomme / Bdg 13

[parisse]

Merci, critor!
Un premier commentaire sur les licences: j'ai eu du mal a trouver une solution que j'estime satisfaisante pour faire cooperer du logiciel libre avec le mode examen. La licence GPL impose de publier les sources, or je ne souhaite absolument pas que la methode que j'utilise pour rendre KhiCAS compatible avec le mode examen soit utilisee par d'autres a des fins de fraude, il etait donc indispensable de scinder en deux executables dont l'un est closed-source.
Un second commentaire sur le mode examen: je pense que tout le monde aurait a y gagner si on pouvait discuter calmement entre l'education nationale, les constructeurs et la communaute.
Revons un peu. Un mode examen avec signature comme celui que j'ai mis en place serait bien plus sur s'il etait code par le constructeur, et moins susceptible d'etre attaque si la communaute avait le sentiment que son travail peut etre reconnu officiellement. C'est la que l'education nationale (ou equivalent dans d'autres pays) a je pense un role a jouer, cela devrait etre elle qui autorise ou non des logiciels proposes par la communaute, par le moyen d'un processus de review transparent (on soumet une version du logiciel pour signature avant telle date pour une session d'examen ou de concours, un refus doit etre motive et est susceptible d'un recours). Ce n'est pas aux constructeurs de garantir aux institutions que des logiciels tiers sont conformes. Ce serait donc l'education nationale qui devrait posseder la clef qui permet de signer pour autoriser des logiciels tiers pour le mode examen en France (pour les modeles internationaux, il faudrait un mode examen par pays ou par groupes de pays).

[critor]

Mais de rien, merci beaucoup à vous.

C'est formidable que les utilisateurs des anciennes TI-Nspire CX, puissent désormais bénéficier du Python pour leurs examens.

Une fonctionnalité que, rappelons-le, Texas Instruments n'a souhaité rajouter que sur les nouvelles TI-Nspire CX II.
Alors que les anciennes TI-Nspire CX sont toujours mises à jour et à notre connaissance parfaitement compatibles (même processeur juste cadencé à une fréquence inférieure, et mêmes capacités SDRAM et Flash).

[thelastmillennial]

Thank you very much for this program parisse! It works very well on my Nspire CX. I was wondering if there is there an official translation of the documentation in English? If not, I've already fed the current documentation into Google Translate and uploaded the results to Github (after repairing the broken images/ equations it spit out). Unfortunately, Google ruined the formatting so it's no longer pretty, but I wanted to be sure there wasn't English documentation already out there before I fixed it.

[parisse]

That's right, I had no time to make a translation for the Nspire. Maybe I'll do that once I have finished the integration of QuickJS inside KhiCAS.
The Casio manual (https://www-fourier.univ-grenoble-alpes.fr/~parisse/casio/khicasioen.html) could help, and of course the English documentation of Xcas https://www-fourier.univ-grenoble-alpes.fr/~parisse/giac/doc/en/cascmd_en/