Local certification in distributed computing : error-sensitivity, uniformity, redundancy, and interactivity

par Laurent Feuilloley

Thèse de doctorat en Informatique. Informatique fondamentale

Sous la direction de Pierre Fraigniaud.

  • Titre traduit

    Certification locale en calcul distribué : sensibilité aux erreurs, uniformité, redondance et interactivité


  • Résumé

    Cette thèse porte sur la notion de certification locale, un sujet central en décision distribuée, un domaine du calcul distribué. Le mécanisme de la décision distribuée consiste, pour les nœuds d'un réseau, à décider de manière distribuée si le réseau est dans une configuration correcte ou non, selon un certain prédicat. Cette décision est dite locale, car les nœuds du réseau ne peuvent communiquer qu'avec leurs voisins. Après avoir communiqué, chaque nœud prend une décision, exprimant si le réseau est correct ou non localement, c'est-à-dire correct étant donné l'information partielle récoltée jusque-là. Le réseau est déclaré correct globalement s'il est déclaré correct localement par tous les nœuds.Du fait de la contrainte de localité, peu de prédicats peuvent être vérifiés de cette manière. La certification locale est un moyen de contourner cette difficulté, et permet de décider tous les prédicats. C'est un mécanisme qui consiste à étiqueter les nœuds du réseau avec ce que l'on appelle des certificats, qui peuvent être vérifiés localement par un algorithme distribué. Un schéma de certification locale est correct si seuls les réseaux dans une configuration correcte peuvent être certifiés. L'idée de la certification locale est non seulement séduisante d'un point de vue théorique, comme une forme de non-déterminisme distribué, mais c'est surtout un concept très utile pour l'étude des algorithmes tolérants aux pannes, où une étape-clé consiste à vérifier l'état du réseau en se basant sur des informations stockées par les nœuds.Cette thèse porte sur quatre aspects de la certification locale : la sensibilité aux erreurs, l'uniformité, la redondance et l'interactivité. L'étude de ces quatre sujets est motivée par une question essentielle : comment réduire les ressources nécessaires à la certification et/ou permettre une meilleure tolérance aux pannes? Pour aborder cette question, il est nécessaire de comprendre le mécanisme de certification en profondeur. Dans cette optique, dans cette thèse, nous apportons des réponses aux questions suivantes. À quel point les certificats doivent-ils être redondants, pour assurer une certification correcte? Les schémas de certification classiques sont-ils robustes à un changement de la condition de correction? Le fait d'introduire de l'interactivité dans le processus change-t-il la complexité de la certification?


  • Résumé

    This dissertation is about local certification, a central topic in distributed decision, a subfield of distributed computing. The distributed decision mechanism consists, for the nodes of a network, in deciding in a distributed manner whether the network is in a proper configuration or not, with respect to some fixed predicate. This decision is said to be local because the nodes of the network can communicate only with their neighbours. After communication, every node outputs a decision, stating whether the network is locally correct, that is, correct given the partial information gathered so far by this node. The network is declared to be globally correct, if and only if, it is declared to be locally correct by every node.Most predicates cannot be verified by this type of computation, due to the locality constraint. Local certification is a mechanism that enables to circumvent this difficulty, and to check any property. It consists in providing the nodes of the network with labels, called certificates, that can be verified locally by a distributed algorithm. A local certification scheme is correct if only the networks that satisfy the predicate can be certified. In addition to its theoretical appeal, as a form of distributed non-determinism, the concept of local certification is especially relevant in the study of fault-tolerant distributed algorithms, where a key step consists in checking the status of the network, based on information stored at the nodes.This dissertation deals with four aspects of local certification: error-sensitivity, uniformity, redundancy, and interactivity. The study of these four topics is motivated by the same essential question: How to reduce the resources needed for certification, and/or ensure a better fault-tolerance? In order to tackle this question we have to understand fundamental properties of certification. In particular, in this dissertation we answer questions such as: How redundant the certificates need to be for a proper certification? Are the classic certification protocols robust to a strengthening of the acceptance condition? and, How does introducing interactivity in the process changes the complexity of certification?


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