À l'heure actuelle, les systèmes informatiques sont omniprésents et leur interconnexion presque complète. La volonté de fournir un service sécurisé a été renforcée par l'arrivée d'infrastructures complexes, telles que le Cloud Computing. De nombreuses problématiques sont soulevées par ces systèmes de sécurité, telles que l'élaboration de solutions de sécurité capables de détecter les attaques internes, la réactivité de la détection d'une attaque et la prise de décision lorsqu'une intrusion a été détectée. La solution pour ce jeu du chat et de la souris est de s'appuyer sur une méthodologie permettant de rapidement pouvoir comprendre une faille, développer un correctif et le déployer sur le parc de machines. Pour répondre à ces problématiques, nous proposons dans nos travaux l'architecture DISCUS, qui se repose sur les solutions de sécurité existantes ainsi que des nouvelles sondes réseaux. Cette approche nous permet de conduire des analyses plus précises et de pouvoir mener des analyses collaboratives, où chacune des sondes vient enrichir la connaissance globale du réseau. La collaboration des sondes est effectuée au travers des tables, un concept assimilable aux bases de données distribuées. Deux problématiques majeures sont soulevées avec notre solution : déterminer les techniques de distribution et de collaboration efficaces, et faciliter la configuration de ce parcs de solutions de sécurité. Nos travaux s'intéressent principalement sur cette seconde problématique. / Nowadays, information systems are everywhere and their interconnexion is almost complete. The rise of complex and large computing infrastructures has brought a need for increased security. We need to follow a sound methodology so that one can understand an exploit develop a counter-measure and deploy it as soon as possible. To tackle those issues, we propose DISCUS, a new distributed architecture that takes advantage of existing solutions as well as distributed probes. This approach leads to finer, collaborative analysis where each probe enrich the global knowledge of the architecture as a whole. Our solution introduces two main issues : determine efficient distribution mechanism to implement collaboration and facilitate the developpement of the software that will run on highly heterogeneous hardware. This thesis mainly focuses on the later. The actual development of the software that will run on the probes can not be made by a security special or a system administrator because of the diversity of the probes (in term of memory, computing power, network location…). This would imply that the developer has strong knowledge on security, networking, kernel development, embeded systems, hardware development. Such a developer is hard to find. To overcome this problem, we propose DISCUS, a domain specific language. With this langage, one can implement security rules without the need to take implementation details into account. Our compiler chain takes the rules and is able to build software, or hardware, image specific for each probes of the network. This thesis presents this language, some case studies and its evaluation in term of expressivity, robustness and performances.

Avec l’émergence de l’informatique dans les nuages, la capacité d’hébergement des centres de données ne cesse d’augmenter afin de répondre à une demande de plus en plus forte. La gestion, appelée l’administration, d’un centre de données entraîne des opérations fréquentes sur des machines virtuelles (VM) ainsi que sur des serveurs. De plus, chaque VM hébergée possède des besoins spécifiques au regard de sa qualité de service, de ses ressources et de son placement qui doit être compatible avec les mécanismes de tolérance aux pannes et la configuration réseau. Les outils de « l’Infrastructure As A Service » tels que Open Nebula et Vmware vSphere simplifient la création et le déploiement de VM. Cependant, l’administration d’une infrastructure virtualisée repose encore sur des changements manuels décidés par les administrateurs. Cette approche n’est plus pertinente pour la gestion d’infrastructures virtualisées de milliers de VM. En effet, les administrateurs ne peuvent pas manipuler des ensembles importants de VM tout en assurant la compatibilité des reconfigurations exécutées avec les besoins des VM. De nouvelles approches d’administration d’infrastructures proposent l’automatisation de certaines tâches d’administration. L’outil décrit dans ce document utilise des langages dédiés pour répondre aux besoins d’administration infrastructures virtualisées de taille conséquente. Dans un premier temps, l’outil propose aux administrateurs des opérations d’introspection pour observer l’organisation des ressources déployées sur l’infrastructure et les reconfigurations habituelles comme le démarrage, l’arrêt et le redémarrage de VM et de serveurs. Dans un second temps les administrateurs définissent le placement des VM à partir de règles de placement. À partir de ces règles, l’outil d’administration vérifie chaque reconfiguration et chaque ajout de règles exécutés par l’administrateur. Si une reconfiguration ou une règle est invalide, l’outil détecte un conflit et avertit l’administrateur de l’échec de l’opération. L’outil d’administration, à l’aide d’algorithmes d’ordonnancement peut calculer un plan de reconfigurations résolvant les conflits. Ces algorithmes peuvent aussi être utilisés pour mettre en place des politiques d’ordonnancement comme la consolidation ou l’équilibrage de charge. / With the emergence of cloud computing, the hosting capacity of the data centers has been continuously growing to support the non stop increasing clients demand. Managing a data center implies to regularly manipulate both virtual machines (VM) and servers. Each hosted VM has specific expectations regarding its quality of service, its resource requirements and its placement that may be compatible with fault tolerance mechanisms and the networking configuration. Infrastructure As A Service solutions such as Open Nebula and VMWare vSphere extremely simplify creations and deployments of VM but virtualized infrastructure management is still relying on manual changes on the environment. This approach is no longer compatible with an infrastructure composed of thousand of VM. Indeed, a system administrator can not manipulate a large set of VMinsuring that its reconfigurations are compatible with the expected VM requirements. This situation has led to new approaches for the infrastructure management employing automation to replace the traditional manual approach. The tool described in this document deals with VM management from Domain Specific Languages. On the one hand, this tool proposes to administrators introspection operations to monitor the infrastructure resources and common reconfigurations including starting, halting, rebooting, of serversand VM. On the other hand, administrators define the VM placement from placement rules. Then, the system checks, according to active rules, the validity of all reconfigurations and rules performed by administrators. If a reconfiguration or a rule is invalid, the administrative tool detects conflicts and warns administrators. To resolve a conflict, the system, by interacting with scheduling algorithms, computes a reconfiguration plan that satisfies all rules.The reconfiguration plan can also apply scheduling policies as consolidation or load balancing with respect to placement rules.

Avec l’avènement de l’informatique en nuage, différents fournisseurs offrant des services en nuage et des interfaces de programmation d’applications (APIs) hétérogènes sont apparus. Cette hétérogénéité complique la mise en œuvre d’un système de multi-nuages interopérable. Parmi les solutions pour l’interopérabilité de multi-nuages, l’Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) s’est révélée avantageuse. Cependant, la plupart des solutions IDM existantes pour l’informatique en nuage ne sont pas représentatives des APIs et manquent de formalisation. Pour remédier à ces limitations, je présente dans cette thèse une approche basée sur le standard Open Cloud Computing Interface (OCCI), les approches IDM et les méthodes formelles. Je fournis deux contributions qui sont mises en œuvre dans le contexte du projet OCCIware. Premièrement, je propose une approche basée sur la rétro-ingénierie pour extraire des connaissances des documentations textuelles ambiguës des APIs de nuages et améliorer leur représentation à l’aide des techniques IDM. Cette approche est appliquée à Google Cloud Platform (GCP), où je propose GCP Model, une spécification précise et basée sur les modèles, automatiquement déduite de la documentation textuelle de GCP. Deuxièmement, je propose le cadre fclouds pour assurer une interopérabilité sémantique entre plusieurs nuages, i.e., pour identifier les concepts communs entre les APIs et raisonner dessus. Le langage fclouds est une formalisation des concepts et de la sémantique opérationnelle d’OCCI en employant le langage de spécification formel Alloy. Pour démontrer l’efficacité du langage fclouds, je spécifie formellement treize APIs et en vérifie les propriétés. / With the advent of cloud computing, different cloud providers with heterogeneous cloud services and Application Programming Interfaces (APIs) have emerged. This heterogeneity complicates the implementation of an interoperable multi-cloud system. Among the multi-cloud interoperability solutions, Model-Driven Engineering (MDE) has proven to be quite advantageous and is the mostly adopted methodology to rise in abstraction and mask the heterogeneity of the cloud. However, most of the existing MDE solutions for the cloud are not representative of the cloud APIs and lack of formalization. To address these shortcomings, I present in this thesis an approach based on Open Cloud Computing Interface (OCCI) standard, MDE, and formal methods. I provide two major contributions implemented in the context of the OCCIware project. First, I propose an approach based on reverse-engineering to extract knowledge from the ambiguous textual documentation of cloud APIs and to enhance its representation using MDE techniques. This approach is applied to Google Cloud Platform (GCP), where I provide GCP Model, a precise model-driven specification for GCP that is automatically inferred from GCP textual documentation. Second, I propose the fclouds framework to achieve semantic interoperability in multi-clouds, i.e., to identify the common concepts between cloud APIs and to reason over them. The fclouds language is a formalization of OCCI concepts and operational semantics in Alloy formal specification language. To demonstrate the effectiveness of the fclouds language, I formally specify thirteen case studies and verify their properties.

Nombre d'applications ont pour comportement principal l'attente d'un événement venant d'un environnement extérieur, la préparation d'un résultat et l'exécution d'actions sur cet environnement. Les interfaces graphiques et les systèmes avioniques en sont des exemples. Le paradigme SCC, pour Sense--Compute--Control, est particulièrement adapté à la description de ces applications. Le développement d'applications suivant ce paradigme est cependant rendu difficile par le manque de cadre conceptuel et d'outils de support. Cette thèse propose un cadre conceptuel dédié au paradigme SCC et se concrétise par un langage de description d'architectures nommé DiaSpec. Ce langage fournit un cadre de travail pour guider le développement d'une application SCC en assignant des rôles aux membres du projet et en proposant une séparation des préoccupations. En plus de fournir un cadre de conception, cette thèse fournit un support de programmation. En effet, à partir de descriptions écrites en DiaSpec, un framework de programmation dédié est généré dans un langage cible. Ce framework de programmation guide l'implémentation d'une application SCC en exposant les mêmes abstractions que le langage DiaSpec. Ce framework de programmation est conçu de façon à assurer que l'implémentation d'une application est conforme à l'architecture décrite en DiaSpec, en s'appuyant sur le système de types du langage cible. Les contributions de cette thèse sont évaluées suivant des critères d'expressivité, d'utilisabilité et de productivité.

L'avènement des architectures orientées service tend à promouvoir un style d'architecture logicielle où des services, exposant des fonctionnalités accessibles à l'aide de protocoles hautement standardisés sont composés avec un couplage lâche. Dans un tel contexte où les services sont aisément amenés à être remplacés ou utilisés par un grand nombre d'utilisateurs, la notion de Qualité de Service (QdS), qui s'intéresse à la qualité de la relation entre un service et ses clients, constitue un enjeu majeur. La QdS regroupe diverses préoccupations telles que la sécurité, la garantie de livraison, la performance (temps de réponse ou accessibilité) ou encore le coût. Bien qu'il existe déjà d'importants travaux autour des compositions de services, qui ont notamment permis l'élaboration du standard BPEL4WS, le problème de la gestion de la QdS dans les compositions de services manque de solution flexible, réutilisable et offrant un degré d'abstraction approprié.L'objectif de cette thèse est de faciliter la gestion de la QdS dans les compositions de services en s'appuyant sur une meilleure séparation des préoccupations. Pour cela nous proposons QoSL4BP, un langage dédié qui permet la spécification de politiques de QdS à l'échelle des compositions de services. Ces politiques gèrent des contraintes et des mécanismes de QdS statiquement et dynamiquement à l'aide d'un ensemble limité de primitives de haut niveau. En encapsulant l'expertise liée au domaine de la gestion de QdS et en offrant une expressivité de haut niveau, le langage QoSL4BP permet une spécification aisée, flexible et réutilisable de la gestion des contrats de QdS et des mécanismes liés à la QdS. Ce langage est mis en œuvre par notre plateforme ORQOS qui coopère de manière non intrusive avec les moteurs d'orchestration. Ainsi, au moment du déploiement d'une composition de services, ORQOS sélectionne les services de la composition, selon leurs offres de QdS et les exigences spécifiées dans les politiques QoSL4BP. A l'exécution, les politiques QoSL4BP permettent de réagir aux variations de QdS et de mettre en œuvre des mécanismes liés à la gestion de QdS. Deux scénarii, appartenant respectivement aux domaines des télécommunications et du médical, permettent de valider l'approche proposée.

Lors du développement des applications ubiquitaires, il est essentiel de définir des politiques de sécurité et de développerdes mécanismes de sécurité pour assurer la confidentialité et l'intégrité des applications. De nombreux langages de spécification de politiques se concentrent uniquement sur leur puissance d'expression. Les défis émergents dans les systèmes ubiquitaires ne peuvent pas être résolus par ces approches. Par exemple, la sensibilité au contexte est un élément central des systèmes ubiquitaires. Les approches existantes tiennent rarement compte des informations contextuelles dans leurs langages. Cette thèse propose une approche générative pour spécifier et implanter les politiques de sécurité dans les applications ubiquitaires. Pour définir une politique de sécurité, nous proposons un langage de spécification qui tient compte des informations contextuelles. Il permet aux développeurs de spécifier les règles de la politique et les entités requises (e.g. la description spatiale, les rôles, le contexte). Les politiques sont implémentés par des systèmes de réécriture, ce qui offre une grande puissance de vérification. Pour appliquer une politique, nous proposons une architecture qui intègre les concepts importants des politiques de sécurité (sujet, contexte, objet) dans des applications ubiquitaires. Pour mettre en oeuvre notre approche, nous avons enrichi une approche existante pour le développement des applications ubiquitaires. La spécification de la politique de sécurité et la description de l'application ubiquitaire enrichie sont utilisées pour générer un canevas de programmation qui facilite l'implémentation des mécanismes de sécurité, tout en séparant les aspects sécurités de la logique applicative.

Avec l'émergence de l'informatique dans les nuages, la capacité d'hébergement des centres de données ne cesse d'augmenter afin de répondre à une demande de plus en plus forte. La gestion,appelée l'administration, d'un centre de données entraîne des opérations fréquentes sur des machines virtuelles (VM) ainsi que sur des serveurs. De plus, chaque VM hébergée possède des besoins spécifiques au regard de sa qualité de service, de ses ressources et de son placement qui doit être compatible avec les mécanismes de tolérance aux pannes et la configuration ré-seau. Les outils de " l'Infrastructure As A Service " tels que Open Nebula et Vmware vSphere simplifient la création et le déploiement de VM. Cependant, l'administration d'une infrastructure virtualisée repose encore sur des changements manuels décidés par les administrateurs. Cette approche n'est plus pertinente pour la gestion d'infrastructures virtualisées de milliers de VM. En effet, les administrateurs ne peuvent pas manipuler des ensembles importants de VM tout en assurant la compatibilité des reconfigurations exécutées avec les besoins des VM. De nouvelles approches d'administration d'infrastructures proposent l'automatisation de certaines tâches d'administration. L'outil décrit dans ce document utilise des langages dédiés pour ré-pondre aux besoins d'administration infrastructures virtualisées de taille conséquente. Dans un premier temps, l'outil propose aux administrateurs des opérations d'introspection pour observer l'organisation des ressources déployées sur l'infrastructure et les reconfigurations habituelles comme le démarrage, l'arrêt et le redémarrage de VM et de serveurs. Dans un second temps les administrateurs définissent le placement des VM à partir de règles de placement. À partir de ces règles, l'outil d'administration vérifie chaque reconfiguration et chaque ajout de règles exécutés par l'administrateur. Si une reconfiguration ou une règle est invalide,l'outil détecte un conflit et avertit l'administrateur de l'échec de l'opération. L'outil d'administration, à l'aide d'algorithmes d'ordonnancement peut calculer un plan de reconfigurations résolvant les conflits. Ces algorithmes peuvent aussi être utilisés pour mettre en place des politiques d'ordonnancement comme la consolidation ou l'équilibrage de charge.

L'hétérogénéité des objets communicants et la consommation d'énergie sont deux considérations fondamentales pour les environnements informatiques ubiquitaires. Dans cette thèse, nous présentons notre approche pour gérer l'hétérogénéité et pour économiser l'énergie via des canevas de programmation dédiés. Pour gérer l'hétérogénéité, nous proposons une méthodologie et un support de programmation qui visent à faire communiquer les différents objets communicants de l'environnement ubiquitaire, et ce, en utilisant le protocole SIP considéré alors comme un bus de communication universel. Nous avons intégré ce bus SIP dans les canevas de programmation générés à partir des descriptions d'applications d'informatique ubiquitaire, écrites dans le langage DiaSpec. Concernant la consommation d'énergie, nous proposons une méthodologie qui utilise les techniques d'offloading et de compression de données pour minimiser la consommation d'énergie des applications mobiles. Nous avons ainsi construit une stratégie d'aide à la conception au travers d'un outil qui permet de déterminer le meilleur mode d'exécution pour une tâche donnée. Nous proposons l'intégration de cette stratégie dans le langage de description DiaSpec.

Dans de multiples domaines, un nombre grandissant d'applications interagissant avec des entités communicantes apparaissent dans l'environnement pour faciliter les activités quotidiennes~(domotique et télémédecine). Leur impact sur la vie de tous les jours des utilisateurs rend ces applications critiques: leur défaillance peut mettre en danger des personnes et leurs biens. Bien que l'impact de ces défaillances puisse être majeur, la sécurité est souvent considérée comme un problème secondaire dans le processus de développement et est traitée par des approches ad hoc.Cette thèse propose d'intégrer des aspects de sécurité dans le cycle de développement des systèmes d'informatique ubiquitaire. La sécurité est spécifiée à la conception grâce à des déclarations dédiées et de haut niveau. Ces déclarations sont utilisées pour générer un support de programmation afin de faciliter l'implémentation des mécanismes de sécurité, tout en séparant ces aspects de sécurité de la logique applicative. Notre approche se concentre sur le contrôle d'accès aux entités et la protection de la vie privée. Notre travail a été implémenté et fait levier sur une suite outillée existante couvrant le cycle de développement logiciel. / A growing number of environments is being populated with a range of networked devices. Applications leverage these devices to support everyday activities in a variety of areas (e.g., home automation and patient monitoring). As these devices and applications get woven into our everyday activities, they become critical: their failure can put people and assets at risk. Failures can be caused by malicious attacks and misbehaving applications. Although the impact of such situations can be major, security concerns are often considered a secondary issue in the development process, and treated with ad hoc approaches. This thesis proposes to address security concerns throughout the development lifecycle of a pervasive computing system. Security is addressed at design time thanks to dedicated, high-level declarations. These declarations are processed to implement security mechanisms, and to generate programming support to ease the development of the security logic, while keeping it separate from the application logic. Our approach is studied in the context of access control and privacy concerns. Our work has been implemented and leverages an existing software-design language and a suite of tools that covers the software development lifecycle.

Lors du développement des applications ubiquitaires, il est essentiel de définir des politiques de sécurité et de développerdes mécanismes de sécurité pour assurer la confidentialité et l’intégrité des applications. De nombreux langages de spécification de politiques se concentrent uniquement sur leur puissance d’expression. Les défis émergents dans les systèmes ubiquitaires ne peuvent pas être résolus par ces approches. Par exemple, la sensibilité au contexte est un élément central des systèmes ubiquitaires. Les approches existantes tiennent rarement compte des informations contextuelles dans leurs langages. Cette thèse propose une approche générative pour spécifier et implanter les politiques de sécurité dans les applications ubiquitaires. Pour définir une politique de sécurité, nous proposons un langage de spécification qui tient compte des informations contextuelles. Il permet aux développeurs de spécifier les règles de la politique et les entités requises (e.g. la description spatiale, les rôles, le contexte). Les politiques sont implémentés par des systèmes de réécriture, ce qui offre une grande puissance de vérification. Pour appliquer une politique, nous proposons une architecture qui intègre les concepts importants des politiques de sécurité (sujet, contexte, objet) dans des applications ubiquitaires. Pour mettre en oeuvre notre approche, nous avons enrichi une approche existante pour le développement des applications ubiquitaires. La spécification de la politique de sécurité et la description de l’application ubiquitaire enrichie sont utilisées pour générer un canevas de programmation qui facilite l’implémentation des mécanismes de sécurité, tout en séparant les aspects sécurités de la logique applicative. / When developing pervasive computing applications, it is critical to specify security policies and develop security mechanisms to ensure the confidentiality and integrity of the applications. Numerous policy specification languages only focus on their expressive power. The emerging challenges in pervasive computing systems can not be fulfilled by these approaches. For instance, context awareness is a central aspect of pervasive computing systems. Existing approaches rarely consider context information in their language.This thesis proposes a generative approach dedicated to specifying and enforcing security policies in pervasive computingapplications. To specify a policy, we propose a context-aware policy specification language which helps developers to specify policy rules and required entities (e.g. spatial description, roles, context information). Policies are implemented by term rewriting systems which offers great verification power. To enforce a policy, we propose an architecture that embeds important concepts of security policies (subject, object, security related context) into pervasive computing applications. To apply our approach, we enriched an existing approach which is dedicated to develop pervasive computing applications. Based on the policy specification and the enriched pervasive computing application descriptions, a dedicated programming framework is generated. This framework guides the implementation and raises the level of abstraction which can reduce the workloads of developers.