Μέθοδοι εύρεσης πληροφοριών σε ασφαλή περιβάλλοντα δικτύων μεγάλης κλίμακας

Abstract

This dissertation addresses the problem of searching for data organized in a large, highly transient network of nodes. We propose techniques that conform to the requirements for scalability of peer-to-peer (P2P) networks and contribute to the searchability and the security of state of the art P2P architectures, such as structured overlay networks (SON). This is accomplished by extending the search operation of SON to support range queries and by proposing a security infrastructure for SON implemented on top of the peers of the overlay network. In particular, we study current P2P systems and related technologies in terms of their search and routing mechanisms. We provide a brief history of the evolution of P2P systems that lead to the current generation of P2P systems that meet the requirements of decentralization, reliability, scalability and describe the most representative protocols of SON. We describe the requirements for searching in SON. In particular, we argue that the queries must support multiple attributes over a range of data values. We analyze the weaknesses of SON that prevent the direct implementation of the aforementioned search requirements and briefly survey some solutions. Then, we focus on the range query problem and provide a solution by proposing a replication scheme for the keys of the data items being stored in the system. All the key replicas are organized into a binary tree structure, named Replication Tree (RT). The novelty of RT over similar mechanisms lies on the fact that RT does not enforce a limit on the number of key replicas per tree node. Instead, RT provides the replica management policy and let the peer nodes to enforce it whenever is necessary. Thus, RT efficiently exploits the capabilities of the peer nodes. Furthermore, we survey the security issues in structured overlay networks and provide a distributed Public Key Infrastructure (PKI) infrastructure which is built upon the Chord overlay network, in order to provide security services for the peer nodes. The solution distributes the functionality of a PKI across the peer nodes, by using threshold cryptography and proactive updating. The security of the proposed infrastructure is evaluated through extensive simulation experiments. Also, we measure the performance of the system using several scenarios of untrusted nodes and threshold sets, that illustrate that realistic implementation can be conducted for various distributions of untrusted nodes. Finally, we explore the potential of another distributed technology, Grid Computing. Despite their differences, both P2P and Grid Computing have similar goal, the sharing of computing resources. By designing a digital library according to the service-oriented architecture, which is based on the OGSA specifications, we explore and evaluate the capabilities of grid technologies and investigate common problems both in P2P and Grid.

Στη διατριβή αυτή εξετάζεται το πρόβλημα της εύρεσης πληροφοριών σε δίκτυα ομότιμων κόμβων. Η προσέγγιση που ακολουθείται δραστηριοποιείται σε δύο κύριους άξονες. Στον έναν άξονα μελετώνται οι αδυναμίες και οι ελλείψεις που υπάρχουν στις διαδικασίες εύ- ρεσης σε δίκτυα ομότιμων κόμβων και προτείνονται λύσεις. Στον άλλο άξονα εξετάζεται το πρόβλημα της ασφάλειας σε δίκτυα ομότιμων κόμβων με στόχο την βελτίωση των υποδο- μών των δικτύων ομότιμων κόμβων. Μέσω συνεισφορών και στους δύο άξονες παρέχονται τεχνικές που απαιτούνται από αξιόπιστους μηχανισμούς εύρεσης. Αρχικά περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά των δικτύων ομότιμων κόμβων, ταξινο- μούνται τα πρωτόκολλα βάσει των οποίων οργανώνονται οι κόμβοι και οι πληροφορίες σε αυτά, και στην συνέχεια εστιάζουμε στα δίκτυα δομημένης επικάλυψης αναλύοντας τις ιδιότητές τους αλλά και τους βασικούς τους εκπρόσωπους. Στην συνέχεια ορίζονται οι διαδικασίες εύρεσης που πρέπει να υποστηρίζονται από τα συστήματα των δικτύων δομημένης επικάλυψης. Αναλύονται τα ερωτήματα πολλαπλών χαρακτηριστικών και τα ερωτήματα εύρους, και περιγράφονται οι αδυναμίες των δικτύων δομημένης επικάλυψης ως προς την εφαρμογή των παραπάνω ερωτημάτων και προτεί- νονται μεθοδολογίες μέσω των οποίων επέρχεται τελικά η υποστήριξη των ερωτημάτων. Δίνεται ιδιαίτερη βάση στο πρόβλημα των ερωτημάτων εύρους, για το οποίο προτείνεται λύση που βασίζεται στην κατανομή ενός δυαδικού δένδρου αναζήτησης στους κόμβους του δικτύου επικάλυψης. Επίσης, προτείνεται ένας μηχανισμός ασφάλειας για δίκτυα δομημένης επικάλυψης μέσω του οποίου οι κόμβοι του συστήματος πιστοποιούνται από άλλους κόμβους του δικτύου ε- πικάλυψης. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργούνται σχέσεις εμπιστοσύνης μεταξύ των κόμβων και παρέχεται ένα υπόστρωμα στο οποίο μπορεί να βασιστούν επιπρόσθετοι μηχανισμοί ασφάλειας για τις εφαρμογές στα δίκτυα επικάλυψης. Στην συνέχεια μελετάται μια εναλλακτική κατανεμημένη τεχνολογία, τα συστήματα υπο- λογιστικού πλέγματος. Με βάση τα πρότυπα που ορίζονται στην ανοιχτή αρχιτεκτονική OGSA για υπηρεσίες πλέγματος ορίζονται οι βασικές λειτουργίες εύρεσης και ανάκτησης εγγράφων για την ψηφιακή βιβλιοθήκη LU-Grid. Τα πρότυπα, οι μηχανισμοί και οι βιβλιο- θήκες που παρέχονται είναι επαρκή για την δημιουργία κατανεμημένων εφαρμογών στο πλαίσιο των οποίων διαμοιράζονται πόροι.