Vers une prise en charge des comportements rationnels dans les systèmes distribués

Towards selfish nodes management in distributed systems.

• Auteur / Autrice : Amadou Diarra
• Direction : Vivien Quéma, Sonia Ben Mokhtar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 23/09/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique de Grenoble
• Jury : Président / Présidente : Didier Donsez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Monnet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Bromberg, Gilles Muller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tolérance aux fautes (informatique)

Traitement réparti

Mots clés libres

Systèmes distribués

Tolérances aux fautes

Notion de responsabilité

Théorie des jeux

Noeud Byzantin

Noeud rationnel

Distributed systems

Fault tolerance

Notion de responsabilité

Game theory

Byzantine node

Rational node

Résumé

De nos jours, la notion de responsabilité dans un système distribué est devenue quasiment incontournable dans les techniques de détection de fautes. Elle permet non seulement de détecter les fautes mais aussi de fournir des preuves de dysfonctionnement contre les noeuds fautifs dans un système distribué. Les noeuds dits rationnels, c'est-à-dire des noeuds qui essayent de tirer profit du système en maximisant leur bénéfice sans y contribuer en, sont un exemple.Dans la littérature, il existe deux types de solutions exploitant cette notion : les solutions spécifiques et les solutions génériques.Les solutions spécifiques sont relatives à un type de système distribué donné et se construisent en tenant compte de la structure du système et de l'application qui s'y exécute. Les solutions génériques quant à elles, sont indépendantes du système.Dans cette thèse nous nous intéressons au second type de solutions c'est à dire les solutions génériques. Dans cette classe de solutions, il existe deux approches pour mettre en place la notion de responsabilité : l'approche matérielle et l'approche logicielle.Actuellement le seul protocole logiciel, générique qui permet d'assurer la notion de responsabilité dans un système distribué, est le protocole PeerReview.Ce protocole n'est basé sur une aucune configuration matérielle. Cependant, il n'est pas robuste aux comportements dits rationnels au sein de ses propres étapes.Notre objectif est de fournir une solution logicielle sous-jacente renforçant la notion de responsabilité au niveau d'une application qui s'exécute sur un système distribué en présence de noeuds rationnels.Pour ce faire nous proposons FullReview un protocole qui se base sur la théorie des jeux pour motiver et forcer les noeuds rationnels à suivre les différentes étapes, non seulement au niveau de son propre protocole mais aussi au niveau de l'application qu'il surveille. En outre, FullReview utilise l'architecture classique d'un système responsable, qui associe à chaque noeud un ensemble de noeuds appelés moniteurs ou surveillants, et ayant un rôle de surveillance périodique du noeud en question.Nous prouvons théoriquement que notre protocole est un équilibre de Nash, c'est-à-dire que les noeuds rationnels n'ont aucun intérêt à dévier du protocole.Ce genre de protocole étant coûteux en terme d'échanges de messages, nous nous sommes intéressés à l'étude théorique des différentes techniques de gestion des moniteurs ou surveillants.L'objectif de cette étude est d'identifier les conditions sur les paramètres du protocole pour lesquelles une méthode de gestion convient mieux qu'une autre.De plus nous évaluons notre protocole en l'appliquant à deux applications largement utilisées : SplitStream, un protocole efficace pour la multi-diffusion de flux vidéo et Onion Routing, le protocole de communication anonyme le plus utilisé. Les résultats montrent que FullReview détecte efficacement les comportements rationnels avec un faible surcoût comparé au protocole PeerReview et passe à l'échelle comme ce dernier.

Accountability is becoming increasingly required in today's distributed systems. It allows not only to detect faults but also to build provable evidence about the misbehaving nodes in a distributed system. Rational nodes that aim at maximising their benefit without contributing their fair share to the system, are an example. In the literature, there exists two types of solutions that exploit accountability: specific solutions and generic solutions.Specific solutions are related to a given type of distributed system and are built by taking into account the structure of the system and the running application. As for generic solutions, they are independent to the system.In this thesis we consider the second type of solutions i.e., generic solutions. There exists two approaches in this class of solutions: hardware approach and software approach. Nowadays the only software and generic protocol that allows to enforce accountability in a distributed system is PeerReview protocol. This protocol is not based on any hardware configuration. However, it is not robust to rational behaviour in its own steps.Our objective is to provide a generic software solution to enforce accountability on any underlying application that running on a distributed system in presence of rational nodes.To reach this goal we propose FullReview a protocol that uses game theory to motivate and force rational participants to follow different steps, not only in its own protocol but also in the application that it monitors. Moreover FullReview uses the classical architecture of an accountable system. This architecture assigns to each node in the system, a set of nodes called monitors. Periodically each node is monitored by its set of monitors.We theoretically prove that our protocol is a Nash equilibrium, i.e., nodes do not have any interest in deviating from it.This kind of protocol being costly in terms of messages exchanged, we are interested to the theoretic study of different techniques of monitors management. The objective of this study is to identify conditions on protocol parameters for which a method of management is more appropriate than another.Furthermore, we practically evaluate FullReview by deploying it for enforcing accountability in two applications: (1) SplitStream, an efficient multicast protocol for live streaming, and (2) Onion Routing, the most widely used anonymous communication protocol. Performance evaluation shows that FullReview effectively detects faults in presence of rational nodes while introducing a small overhead compared to PeerReview and scaling as PeerReview.