Des approches conceptuelles pour sécuriser des réseaux et des systèmes

Conceptual Approaches for Securing Networks and Systems

• Auteur / Autrice : Sheila Becker
• Direction : Olivier Festor, Thomas Engel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 16/10/2012
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université du Luxembourg (2003-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire lorrain de recherche en informatique et ses applications
• Jury : Président / Présidente : Yves Le Traon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Radu State
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ludovic Mé, Burkhard Stiller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apprentissage automatique

Théorie des jeux

Réseaux poste à poste (informatique)

Réseaux d'ordinateurs -- Mesures de sûreté

Mots clés libres

Sécurité

Réseaux

Théorie des Jeux

Apprentissage automatique

Security

Network

Game Theory

Machine Learning

Résumé

Les communications pair-à-pair en temps réel ainsi que les applications de transmissions multi-média peuvent améliorer leurs performances en utilisant des services d'estimation de topologie au niveau d'application. Les systèmes aux coordonnées virtuelles représentent un tel service. A l'aide d'un tel système les noeuds d'un réseau pair-à-pair prédisent les latences entre différents noeuds sans nécessiter des mesures étendues. Malheureusement, prédire les latences correctement requis que les noeuds soient honnêtes et coopératifs. La recherche récente propose des techniques pour atténuer des attaques basiques (inflation, déflation, oscillation) où les attaquants conduisent un type d'attaque seulement. Dans ce travail, nous définissons et utilisons un modèle basé sur la théorie des jeux pour identifier la meilleure solution pour défendre le système en supposant que les attaquants utilisent l'attaque la plus pire. Ce modèle nous aide à démontrer l'impact et l'efficacité des attaques et défenses en utilisant un système de coordonnées virtuelles répondu. De même, nous explorons des techniques de l'apprentissage automatique supervisé pour détecter des attaques plus lentes et subtiles, comme l'attaque à l'inflation-lente et l'attaque de dégroupage de réseau qui sont capable de contourner des techniques de défenses existantes. Nous évaluons nos techniques sur le système Vivaldi contre des stratégies d'attaques plus complexes sur des simulations ainsi que des déploiements Internet

Peer-to-peer real-time communication and media streaming applications optimize their performance by using application-level topology estimation services such as virtual coordinate systems. Virtual coordinate systems allow nodes in a peer-to-peer network to accurately predict latency between arbitrary nodes without the need of performing extensive measurements. However, systems that leverage virtual coordinates as supporting building blocks, are prone to attacks conducted by compromised nodes that aim at disrupting, eavesdropping, or mangling with the underlying communications. Recent research proposed techniques to mitigate basic attacks (inflation, deflation, oscillation) considering a single attack strategy model where attackers perform only one type of attack. In this work, we define and use a game theory framework in order to identify the best attack and defense strategies assuming that the attacker is aware of the defense mechanisms. Our approach leverages concepts derived from the Nash equilibrium to model more powerful adversaries. We apply the game theory framework to demonstrate the impact and efficiency of these attack and defense strategies using a well-known virtual coordinate system and real-life Internet data sets. Thereafter, we explore supervised machine learning techniques to mitigate more subtle yet highly effective attacks (frog-boiling, network-partition) that are able to bypass existing defenses. We evaluate our techniques on the Vivaldi system against a more complex attack strategy model, where attackers perform sequences of all known attacks against virtual coordinate systems, using both simulations and Internet deployments