Cloud computing brought flexibility, scalability, and capital cost savings to the IT industry. As more companies turn to cloud solutions, securing cloud based services becomes increasingly important, because for many organizations, the final barrier to adopting cloud computing is whether it is sufficiently secure. More users rely on cloud storage as it is mainly because cloud storage is available to be used by multiple devices (e.g. smart phones, tablets, notebooks, etc.) at the same time. These services often offer adequate protection to user's private data. However, there were cases where user's private data was accessible to other users, since this data is stored in a multi-tenant environment. These incidents reduce the trust of cloud storage service providers, hence there is a need to securely migrate data from one cloud storage provider to another. This thesis proposes a design of a service for providing Security as a Service for cloud brokers in a federated cloud. This scheme allows customers to securely migrate from one provider to another. To enable the design of this scheme, possible security and privacy risks of a cloud storage service were analysed and identified. Moreover, in order to successfully protect private data, data protection requirements (for data retention, sanitization, and processing) were analysed. The proposed service scheme utilizes various encryption techniques and also includes identity and key management mechanisms, such as "federated identity management". While our proposed design meets most of the defined security and privacy requirements, it is still unknown how to properly handle data sanitization, to meet data protection requirements, and provide users data recovery capabilities (backups, versioning, etc.). / Cloud computing erbjuder flexibilitet, skalbarhet, och kapital kostnadsbesparingar till IT-industrin. Eftersom fler företag vänder sig till moln lösningar, trygga molntjänster blir allt viktigare, eftersom det för många organisationer, det slutliga hindret att anta cloud computing är om det är tillräckligt säkert. Fler användare förlita sig påmoln lagring som det är främst pågrund moln lagring är tillgängligt att användas av flera enheter (t.ex. smarta telefoner, tabletter, bärbara datorer, etc.) påsamtidigt. Dessa tjänster erbjuder ofta tillräckligt skydd för användarens privata data. Men det fanns fall där användarens privata uppgifter var tillgängliga för andra användare, eftersom denna data lagras i en flera hyresgäster miljö. Dessa händelser minskar förtroende molnleverantörer lagring tjänsteleverantörer, därför finns det ett behov av att säkert migrera data från en moln lagring till en annan. Denna avhandling föreslår en utformning av en tjänst för att erbjuda säkerhet som tjänst för molnmäklare i en federativ moln. Detta system gör det möjligt för kunderna att säkert flytta från en leverantör till en annan. För att möjliggöra utformningen av detta system, möjliga säkerhet och risker integritet av ett moln lagring tjänst har analyserats och identifierats. Dessutom att man framgångsrikt skydda privata uppgifter, dataskydd krav (för data retention, sanering och bearbetning) analyserades. Den föreslagna tjänsten systemet utnyttjar olika krypteringsteknik och även inkluderar identitet och nyckelhantering mekanismer, såsom "federerad identitetshantering". Även om vår föreslagna utformningen uppfyller de flesta av den definierade säkerhet och integritet krav, är det fortfarande okänt hur korrekt hantera data sanering, för att uppfyller kraven för dataskydd och ge användarna data recovery kapacitet (säkerhetskopior, versionshantering osv.)

Le cloud computing a été considéré comme une option pour exécuter des applications de calcul haute performance. Bien que les plateformes traditionnelles de calcul haute performance telles que les grilles et les supercalculateurs offrent un environnement stable du point de vue des défaillances, des performances, et de la taille des ressources, le cloud computing offre des ressources à la demande, généralement avec des performances imprévisibles mais à des coûts financiers abordables. Pour surmonter les limites d’un cloud individuel, plusieurs clouds peuvent être combinés pour former une fédération de clouds, souvent avec des coûts supplémentaires légers pour les utilisateurs. Une fédération de clouds peut aider autant les fournisseurs que les utilisateurs à atteindre leurs objectifs tels la réduction du temps d’exécution, la minimisation des coûts, l’augmentation de la disponibilité, la réduction de la consommation d’énergie, pour ne citer que ceux-Là. Ainsi, la fédération de clouds peut être une solution élégante pour éviter le sur-Approvisionnement, réduisant ainsi les coûts d’exploitation en situation de charge moyenne, et en supprimant des ressources qui, autrement, resteraient inutilisées et gaspilleraient ainsi de énergie. Cependant, la fédération de clouds élargit la gamme des ressources disponibles. En conséquence, pour les utilisateurs, des compétences en cloud computing ou en administration système sont nécessaires, ainsi qu’un temps d’apprentissage considérable pour maîtrises les options disponibles. Dans ce contexte, certaines questions se posent: (a) Quelle ressource du cloud est appropriée pour une application donnée? (b) Comment les utilisateurs peuvent-Ils exécuter leurs applications HPC avec un rendement acceptable et des coûts financiers abordables, sans avoir à reconfigurer les applications pour répondre aux normes et contraintes du cloud ? (c) Comment les non-Spécialistes du cloud peuvent-Ils maximiser l’usage des caractéristiques du cloud, sans être liés au fournisseur du cloud ? et (d) Comment les fournisseurs de cloud peuvent-Ils exploiter la fédération pour réduire la consommation électrique, tout en étant en mesure de fournir un service garantissant les normes de qualité préétablies ? À partir de ces questions, la présente thèse propose une solution de consolidation d’applications pour la fédération de clouds qui garantit le respect des normes de qualité de service. On utilise un système multi-Agents pour négocier la migration des machines virtuelles entre les clouds. En nous basant sur la fédération de clouds, nous avons développé et évalué une approche pour exécuter une énorme application de bioinformatique à coût zéro. En outre, nous avons pu réduire le temps d’exécution de 22,55% par rapport à la meilleure exécution dans un cloud individuel. Cette thèse présente aussi une architecture de cloud baptisée « Excalibur » qui permet l’adaptation automatique des applications standards pour le cloud. Dans l’exécution d’une chaîne de traitements de la génomique, Excalibur a pu parfaitement mettre à l’échelle les applications sur jusqu’à 11 machines virtuelles, ce qui a réduit le temps d’exécution de 63% et le coût de 84% par rapport à la configuration de l’utilisateur. Enfin, cette thèse présente un processus d’ingénierie des lignes de produits (PLE) pour gérer la variabilité de l’infrastructure à la demande du cloud, et une architecture multi-Cloud autonome qui utilise ce processus pour configurer et faire face aux défaillances de manière indépendante. Le processus PLE utilise le modèle étendu de fonction avec des attributs pour décrire les ressources et les sélectionner en fonction des objectifs de l’utilisateur. Les expériences réalisées avec deux fournisseurs de cloud différents montrent qu’en utilisant le modèle proposé, les utilisateurs peuvent exécuter leurs applications dans un environnement de clouds fédérés, sans avoir besoin de connaître les variabilités et contraintes du cloud. / Cloud computing has been seen as an option to execute high performance computing (HPC) applications. While traditional HPC platforms such as grid and supercomputers offer a stable environment in terms of failures, performance, and number of resources, cloud computing offers on-Demand resources generally with unpredictable performance at low financial cost. Furthermore, in cloud environment, failures are part of its normal operation. To overcome the limits of a single cloud, clouds can be combined, forming a cloud federation often with minimal additional costs for the users. A cloud federation can help both cloud providers and cloud users to achieve their goals such as to reduce the execution time, to achieve minimum cost, to increase availability, to reduce power consumption, among others. Hence, cloud federation can be an elegant solution to avoid over provisioning, thus reducing the operational costs in an average load situation, and removing resources that would otherwise remain idle and wasting power consumption, for instance. However, cloud federation increases the range of resources available for the users. As a result, cloud or system administration skills may be demanded from the users, as well as a considerable time to learn about the available options. In this context, some questions arise such as: (a) which cloud resource is appropriate for a given application? (b) how can the users execute their HPC applications with acceptable performance and financial costs, without needing to re-Engineer the applications to fit clouds' constraints? (c) how can non-Cloud specialists maximize the features of the clouds, without being tied to a cloud provider? and (d) how can the cloud providers use the federation to reduce power consumption of the clouds, while still being able to give service-Level agreement (SLA) guarantees to the users? Motivated by these questions, this thesis presents a SLA-Aware application consolidation solution for cloud federation. Using a multi-Agent system (MAS) to negotiate virtual machine (VM) migrations between the clouds, simulation results show that our approach could reduce up to 46% of the power consumption, while trying to meet performance requirements. Using the federation, we developed and evaluated an approach to execute a huge bioinformatics application at zero-Cost. Moreover, we could decrease the execution time in 22.55% over the best single cloud execution. In addition, this thesis presents a cloud architecture called Excalibur to auto-Scale cloud-Unaware application. Executing a genomics workflow, Excalibur could seamlessly scale the applications up to 11 virtual machines, reducing the execution time by 63% and the cost by 84% when compared to a user's configuration. Finally, this thesis presents a product line engineering (PLE) process to handle the variabilities of infrastructure-As-A-Service (IaaS) clouds, and an autonomic multi-Cloud architecture that uses this process to configure and to deal with failures autonomously. The PLE process uses extended feature model (EFM) with attributes to describe the resources and to select them based on users' objectives. Experiments realized with two different cloud providers show that using the proposed model, the users could execute their application in a cloud federation environment, without needing to know the variabilities and constraints of the clouds.