Um die ständig wachsenden Anforderungen zur Übertragung von Live Video Streams im Internet zu erfüllen werden kosteneffektive und resourceneffiziente Lösungen benötigt. Eine adäquate Lösung bietet die Peer-to-Peer (P2P) Streaming Architektur an, welche bereits heute in unterschiedlichsten Systemen zum Einsatz kommt. Solche Systeme erfordern von der Streaming Quelle nur moderate Bandbreiten, da die Nutzer (bzw. Peers) ihre eigene Bandbreite zur Verbreitung des Streams einbringen. Dazu werden die Peers oberhalb der Internetarchitektur zu einem Overlay verbunden. Das geplante Verlassen, sowie der ungewollte Absturz von Peers (genannt Churn) kann das Overlay schädigen und den Empfang einiger Peers unterbrechen. Weitaus kritischer sind Angriffe auf die Verfügbarkeit des Systems indem relevante Knoten des Overlays von Angreifern attackiert werden, um die Verteilung des Streams gezielt zu stören. Um Overlays zu konstruieren, die robust gegenüber Churn sind, nutzen so genannte pull-basierte P2P Streaming Systeme eine Mesh Topologie um jeden Peer über mehrere Pfade mit der Quelle zu verbinden. Peers fordern regelmäßig Teile des Videos, sog. Chunks, von ihren Partnern im Overlay an. Selbst wenn einige Partner plötzlich nicht mehr im System verfügbar sind kann ein Peer alle Chunks von den verbleibenden Nachbarn beziehen. Um dies zu ermöglichen tauschen Peers regelmäßig sog. Buffer Maps aus. Diese kleinen Pakete enthalten Informationen über die Verfügbarkeit von Chunks im Puffer eines Peers. Um dadurch entstehende Latenzen und den zusätzlichen Mehraufwand zu reduzieren wurden hybride Systeme entwickelt. Ein solches System beginnt pull-basiert und formt mit der Zeit einen Baum aus einer kleinen Untermenge aller Peers um Chunks ohne explizite Anfrage weiterzuleiten. Unglücklicherweise sind sowohl pull-basierte, als auch hybride Systeme anfällig gegenüber Denial-of-Service Angriffen (DoS). Insbesondere fehlen Maßnahmen zur Abschwächung von DoS Angriffen auf die Partner der Quelle. Die genannten Angriffe werden weiterhin dadurch erleichtert, dass die Identität der Quelle-nahen Knoten akkurat aus den ausgetauschten Buffer Maps extrahiert werden kann. Hybride Systeme sind außerdem anfällig für Angriffe auf den zugrundeliegenden Baum. Aufgrund der schwerwiegenden Auswirkungen von DoS Angriffen auf pull-basierte, sowie hybride Systeme stellen wir drei Gegenmaßnahmen vor. Zuerst entwickeln wir das Striping Schema zur Abschwächung von DoS Angriffen auf die Partner der Quelle. Hierbei werden Peers dazu angeregt ihre Chunk-Anfragen an unterschiedliche Partner zu senden. Als zweites entwickeln wir das SWAP Schema, welches Peers dazu bringt proaktiv ihre Partner zu wechseln um Angreifer daran zu hindern die Quellenahe zu identifizieren. Als drittes entwickeln wir RBCS, einen widerstandsfähigen Baum zur Abschwächung von DoS Angriffen auf hybride Systeme. Da bisher kein Simulator für die faire Evaluation von P2P-basierten Live Video Streaming Algorithmen verfügbar war, entwickeln wir OSSim, ein generalisiertes Simulations-Framework für P2P-basiertes Video Streaming. Des weiteren entwickeln wir etliche Angreifermodelle sowie neuartige Resilienzmetriken on OSSim. Ausgiebige Simulationsstudien zeigen, dass die entwickelten Schemata signifikant die Widerstandsfähigkeit von pull-basierten und hybriden Systemen gegenüber Churn und DoS Angriffen erhöhen. / The constantly growing demand to watch live videos over the Internet requires streaming systems to be cost-effective and resource-efficient. The Peer-to-Peer (P2P) streaming architecture has been a viable solution with various deployed systems to date. The system only requires a modest amount of bandwidth from the streaming source, since users (or peers) contribute their bandwidth to disseminate video streams. To enable this, the system interconnects peers into an overlay. However, churn–meaning the leaving and failing of peers–can break the overlay, making peers unable to receive the stream. More severely, an adversary aiming to sabotage the system can attack relevant nodes on the overlay, disrupting the stream delivery. To construct an overlay robust to churn, pull-based P2P streaming systems use a mesh topology to provide each peer with multiple paths to the source. Peers regularly request video chunks from their partners in the overlay. Therefore, even if some partners are suddenly absent, due to churn, a peer still can request chunks from its remaining partners. To enable this, peers periodically exchange buffer maps, small packets containing the availability information of peers’ video buffers. To reduce latency and overhead caused by the periodic buffer map exchange and chunk requests, hybrid systems have been proposed. A hybrid system bootstraps from a pull-based one and gradually forms a tree backbone consisting of a small subset of peers to deliver chunks without requests. Unfortunately, both pull-based and hybrid systems lack measures to mitigate Denial-of-Service (DoS) attacks on head nodes (or the source’s partners). More critically, they can be identified accurately by inferring exchanged buffer maps. Furthermore, hybrid systems are vulnerable to DoS attacks on their backbones. Since DoS attacks can badly affect both pull-based and hybrid systems, we introduce three countermeasures. First, we develop the striping scheme to mitigate DoS attacks targeting head nodes. The scheme enforces peers to diversify their chunk requests. Second, to prevent attackers from identifying head nodes, we develop the SWAP scheme, which enforces peers to proactively change their partners. Third, we develop RBCS, a resilient backbone, to mitigate DoS attacks on hybrid systems. Since a simulator for a fair evaluation is unavailable so far, we develop OSSim, a general-purpose simulation framework for P2P video streaming. Furthermore, we develop several attacker models and novel resilience metrics in OSSim. Extensive simulation studies show that the developed schemes significantly improve the resilient of pull-based and hybrid systems to both churn and DoS attacks.

Les attaques cybernétiques causent une perte importante non seulement pour les utilisateurs finaux, mais aussi pour les fournisseurs de services Internet (FAI). Récemment, les clients des FAI ont été la cible numéro un de cyber-attaques telles que les attaques par déni de service distribué (DDoS). Ces attaques sont favorisées par la disponibilité généralisée outils pour lancer les attaques. Il y a donc un besoin crucial de contrer ces attaques par des mécanismes de défense efficaces. Les chercheurs ont consacré d’énormes efforts à la protection du réseau contre les cyber-attaques. Les méthodes de défense contiennent d’abord un processus de détection, complété par l’atténuation. Le manque d’automatisation dans tout le cycle de détection à l’atténuation augmente les dégâts causés par les cyber-attaques. Cela provoque des configurations manuelles de périphériques l’administrateur pour atténuer les attaques affectent la disponibilité du réseau. Par conséquent, il est nécessaire de compléter la boucle de sécurité avec un mécanisme efficace pour automatiser l’atténuation. Dans cette thèse, nous proposons un cadre d’atténuation autonome pour atténuer les attaques réseau qui visent les ressources du réseau, comme par les attaques exemple DDoS. Notre cadre fournit une atténuation collaborative entre le FAI et ses clients. Nous utilisons la technologie SDN (Software-Defined Networking) pour déployer le cadre d’atténuation. Le but de notre cadre peut se résumer comme suit : d’abord, les clients détectent les attaques et partagent les informations sur les menaces avec son fournisseur de services Internet pour effectuer l’atténuation à la demande. Nous développons davantage le système pour améliorer l’aspect gestion du cadre au niveau l’ISP. Ce système effectue l’extraction d’alertes, l’adaptation et les configurations d’appareils. Nous développons un langage de politique pour définir la politique de haut niveau qui se traduit par des règles OpenFlow. Enfin, nous montrons l’applicabilité du cadre par la simulation ainsi que la validation des tests. Nous avons évalué différentes métriques QoS et QoE (qualité de l’expérience utilisateur) dans les réseaux SDN. L’application du cadre démontre son efficacité non seulement en atténuant les attaques pour la victime, mais aussi en réduisant les dommages causés au trafic autres clients du FAI / Cyber attacks cause significant loss not only to end-users, but also Internet Service Providers (ISP). Recently, customers of the ISP have been the number one target of the cyber attacks such as Distributed Denial of Service attacks (DDoS). These attacks are encouraged by the widespread availability of tools to launch the attacks. So, there is a crucial need to counter these attacks (DDoS, botnet attacks, etc.) by effective defense mechanisms. Researchers have devoted huge efforts on protecting the network from cyber attacks. Defense methodologies first contains a detection process, completed by mitigation. Lack of automation in the whole cycle of detection to mitigation increase the damage caused by cyber attacks. It requires manual configurations of devices by the administrator to mitigate the attacks which cause the network downtime. Therefore, it is necessary to close the security loop with an efficient mechanism to automate the mitigation process. In this thesis, we propose an autonomic mitigation framework to mitigate attacks that target the network resources. Our framework provides a collaborative mitigation strategy between the ISP and its customers. The implementation relies on Software-Defined Networking (SDN) technology to deploy the mitigation framework. The contribution of our framework can be summarized as follows: first the customers detect the attacks and share the threat information with its ISP to perform the on-demand mitigation. We further develop the system to improve the management aspect of the framework at the ISP side. This system performs the alert extraction, adaptation and device configurations. We develop a policy language to define the high level policy which is translated into OpenFlow rules. Finally, we show the applicability of the framework through simulation as well as testbed validation. We evaluate different QoS and QoE (quality of user experience) metrics in SDN networks. The application of the framework demonstrates its effectiveness in not only mitigating attacks for the victim, but also reducing the damage caused to traffic of other customers of the ISP

Avec l’évolution des besoins d’utilisateurs, plusieurs technologies de réseaux sans fil ont été développées. Parmi ces technologies, nous trouvons les réseaux mobiles ad hoc (MANETs) qui ont été conçus pour assurer la communication dans le cas où le déploiement d’une infrastructure réseaux est coûteux ou inapproprié. Dans ces réseaux, le routage est une fonction primordiale où chaque entité mobile joue le rôle d’un routeur et participe activement dans le routage. Cependant, les protocoles de routage ad hoc tel qu’ils sont conçus manquent de contrôle de sécurité. Sur un chemin emprunté, un nœud malveillant peut violemment perturber le routage en bloquant le trafic. Dans cette thèse, nous proposons une solution de détection des nœuds malveillants dans un réseau MANET basée sur l’analyse comportementale à travers les filtres bayésiens et les chaînes de Markov. L’idée de notre solution est d’évaluer le comportement d’un nœud en fonction de ses échanges avec ses voisins d’une manière complètement décentralisée. Par ailleurs, un modèle stochastique est utilisé afin de prédire la nature de comportement d’un nœud et vérifier sa fiabilité avant d’emprunter un chemin. Notre solution a été validée via de nombreuses simulations sur le simulateur NS-2. Les résultats montrent que la solution proposée permet de détecter avec précision les nœuds malveillants et d’améliorer la qualité de services de réseaux MANETs / With the evolution of user requirements, many network technologies have been developed. Among these technologies, we find mobile ad hoc networks (MANETs) that were designed to ensure communication in situations where the deployment of a network infrastructure is expensive or inappropriate. In this type of networks, routing is an important function where each mobile entity acts as a router and actively participates in routing services. However, routing protocols are not designed with security in mind and often are very vulnerable to node misbehavior. A malicious node included in a route between communicating nodes may severely disrupt the routing services and block the network traffic. In this thesis, we propose a solution for detecting malicious nodes in MANETs through a behavior-based analysis and using Bayesian filters and Markov chains. The core idea of our solution is to evaluate the behavior of a node based on its interaction with its neighbors using a completely decentralized scheme. Moreover, a stochastic model is used to predict the nature of behavior of a node and verify its reliability prior to selecting a path. Our solution has been validated through extensive simulations using the NS-2 simulator. The results show that the proposed solution ensures an accurate detection of malicious nodes and improve the quality of routing services in MANETs

The Electronic Communications and Transactions Act, 25 of 2002, eradicated various lacunae that previously existed in respect of cyber crimes. Cyber crimes such as inter alia hacking, rogue code, unauthorised modification of data and denial of service attacks have now been criminalised. Specific criminal provisions in relation to spamming, computer-related fraud and extortion have also been included in the Act. It is argued that theft of incorporeal items such as information has already been recognised in our law, but has not been taken to its logical conclusion in our case law. However, there are instances where neither the common law nor our statutory provisions are applicable and where there is still a need for legislative intervention. The Act sufficiently deals with jurisdiction, the admissibility of data messages, the admissibility of electronic signatures and the regulation of cryptography. Cyber inspectors are a new addition to law enforcement. / Jurisprudence / L. L. M.

This dissertation investigates and introduces novel algorithms, theories, and supporting frameworks to significantly improve the growing problem of Internet security. A distributed firewall and active response architecture is introduced that enables any device within a cyber environment to participate in the active discovery and response of cyber attacks. A theory of semantic association systems is developed for the general problem of knowledge discovery in data. The theory of semantic association systems forms the basis of a novel semantic path merger packet classification algorithm. The theoretical aspects of the semantic path merger packet classification algorithm are investigated, and the algorithm's hardware-based implementation is evaluated along with comparative analysis versus content addressable memory. Experimental results show that the hardware implementation of the semantic path merger algorithm significantly outperforms content addressable memory in terms of energy consumption and operational timing.

The Electronic Communications and Transactions Act, 25 of 2002, eradicated various lacunae that previously existed in respect of cyber crimes. Cyber crimes such as inter alia hacking, rogue code, unauthorised modification of data and denial of service attacks have now been criminalised. Specific criminal provisions in relation to spamming, computer-related fraud and extortion have also been included in the Act. It is argued that theft of incorporeal items such as information has already been recognised in our law, but has not been taken to its logical conclusion in our case law. However, there are instances where neither the common law nor our statutory provisions are applicable and where there is still a need for legislative intervention. The Act sufficiently deals with jurisdiction, the admissibility of data messages, the admissibility of electronic signatures and the regulation of cryptography. Cyber inspectors are a new addition to law enforcement. / Jurisprudence / L. L. M.

Les attaques massives par déni de service représentent une menace pour les services Internet. Ils impactent aussi les fournisseurs de service réseau et menace même la stabilité de l’Internet. Il y a donc un besoin pressant de contrôler les dommages causés par ces attaques. De nombreuses recherches ont été menées, mais aucune n’a été capable de combiner le besoin d’atténuation de l’attaque, avec l’obligation de continuité de service et les contraintes réseau. Les contre mesures proposées portent sur l’authentification des clients légitimes, le filtrage du trafic malicieux, une utilisation efficace des interconnections entre les équipements réseaux, ou l’absorption de l’attaque par les ressources disponibles. Dans cette thèse, nous proposons un mécanisme de contrôle de dommages. Basé sur une nouvelle signature d’attaque et les fonctions réseaux du standard Multiprotocol Label Switching (MPLS), nous isolons le trafic malicieux du trafic légitime et appliquons des contraintes sur la transmission du trafic malicieux. Le but est de rejeter suffisamment de trafic d’attaque pour maintenir la stabilité du réseau tout en préservant le trafic légitime. La solution prend en compte des informations sur l’attaque, mais aussi les ressources réseaux. Considérant que les opérateurs réseaux n’ont pas une même visibilité sur leur réseau, nous étudions l’impact de contraintes opérationnelles sur l’efficacité d’une contre mesure régulièrement recommandée, le filtrage par liste noire. Les critères d’évaluation sont le niveau d’information sur l’attaque ainsi que sur le trafic réseau. Nous formulons des scénarios auxquels chaque opérateur peut s’identifier. Nous démontrons que la l’algorithme de génération des listes noires doit être choisi avec précaution afin de maximiser l’efficacité du filtrage / Massive Denial of Service attacks represent a genuine threat for Internet service, but also significantly impact network service providers and even threat the Internet stability. There is a pressing need to control damages caused by such attacks. Numerous works have been carried out, but were unable to combine the need for mitigation, the obligation to provide continuity of service and network constraints. Proposed countermeasures focus on authenticating legitimate traffic, filtering malicious traffic, making better use of interconnection between network equipment or absorbing attack with the help of available resources. In this thesis, we propose a damage control mechanism against volumetric Denial of Services. Based on a novel attack signature and with the help of Multiprotocol Label Switching (MPLS) network functions, we isolate malicious from legitimate traffic. We apply a constraint-based forwarding to malicious traffic. The goal is to discard enough attack traffic to sustain network stability while preserving legitimate traffic. It is not only aware of attack details but also network resource, especially available bandwidth. Following that network operators do not have equal visibility on their network, we also study the impact of operational constraints on the efficiency of a commonly recommended countermeasure, namely blacklist filtering. The operational criteria are the level of information about the attack and about the traffic inside the network. We then formulate scenario which operators can identify with. We demonstrate that the blacklist generation algorithm should be carefully chosen to fit the operator context while maximizing the filtering efficiency