Mit aktuell vorhandenen Mitteln ist es schwierig, objektiv approximative Algorithmen zum Mengenabgleich gegenüberzustellen und zu vergleichen. Jeder Algorithmus kann durch unterschiedliche Wahl seiner jeweiligen Parameter an ein gegebenes Szenario angepasst werden und so zum Beispiel Bandbreiten- oder CPU-optimiert werden. Änderungen an den Parametern gehen jedoch meistens auch mit Änderungen an der Genauigkeit bei der Erkennung von Differenzen in den teilnehmenden Mengen einher und behindern somit objektive Vergleiche, die auf derselben Genauigkeit basieren. In dieser Arbeit wird eine Methodik entwickelt, die einen fairen Vergleich von approximativen Algorithmen zum Mengenabgleich erlaubt. Dabei wird eine feste Zielgenauigkeit definiert und im Weiteren alle die Genauigkeit beeinflussenden Parameter entsprechend gesetzt. Diese Methode ist universell genug, um für eine breite Masse an Algorithmen eingesetzt zu werden. In der Arbeit wird sie auf zwei triviale hashbasierte Algorithmen, einem basierend auf Bloom Filtern und einem basierend auf Merkle Trees angewandt, um dies zu untermauern. Im Vergleich zu vorherigen Arbeiten zu Merkle Trees wird vorgeschlagen, die Größe der Hashsummen dynamisch im Baum zu wählen und so den Bandbreitenbedarf an die gewünschte Zielgenauigkeit anzupassen. Dabei entsteht eine neue Variante des Mengenabgleichs mit Merkle Trees, bei der sich erstmalig die Genauigkeit konfigurieren lässt. Eine umfassende Evaluation eines jeden der vier unter dem Genauigkeitsmodell angepassten Algorithmen bestätigt die Anwendbarkeit der entwickelten Methodik und nimmt eine Neubewertung dieser Algorithmen vor. Die vorliegenden Ergebnisse erlauben die Auswahl eines effizienten Algorithmus für unterschiedliche praktische Szenarien basierend auf einer gewünschten Zielgenauigkeit. Die präsentierte Methodik zur Bestimmung passender Parameter, um für unterschiedliche Algorithmen die gleiche Genauigkeit zu erreichen, kann auch auf weitere Algorithmen zum Mengenabgleich angewandt werden und erlaubt eine objektive, allgemeingültige Einordnung ihrer Leistung unter verschiedenen Metriken. Der in der Arbeit entstandene neue approximative Mengenabgleich mit Merkle Trees erweitert die Anwendbarkeit von Merkle Trees und wirft ein neues Licht auf dessen Effektivität. / The objective comparison of approximate versioned set reconciliation algorithms is challenging. Each algorithm's behaviour can be tuned for a given use case, e.g. low bandwidth or computational overhead, using different sets of parameters. Changes of these parameters, however, often also influence the algorithm's accuracy in recognising differences between participating sets and thus hinder objective comparisons based on the same level of accuracy. We develop a method to fairly compare approximate set reconciliation algorithms by enforcing a fixed accuracy and deriving accuracy-influencing parameters accordingly. We show this method's universal applicability by adopting two trivial hash-based algorithms as well as set reconciliation with Bloom filters and Merkle trees. Compared to previous research on Merkle trees, we propose to use dynamic hash sizes to align the transfer overhead with the desired accuracy and create a new Merkle tree reconciliation algorithm with an adjustable accuracy target. An extensive evaluation of each algorithm under this accuracy model verifies its feasibility and ranks these four algorithms. Our results allow to easily choose an efficient algorithm for practical set reconciliation tasks based on the required level of accuracy. Our way to find configuration parameters for different, yet equally accurate, algorithms can also be adopted to other set reconciliation algorithms and allows to rate their respective performance in an objective manner. The resultant new approximate Merkle tree reconciliation broadens the applicability of Merkle trees and sheds some new light on its effectiveness.

Cyber-physikalische Systeme (CPS) sind eine erweitere Sicht auf eingebettete Systeme, die die konkreten umgebenden Elemente in das Systemdesign einbeziehen. Das Design solcher Systeme erfordert neue Herangehensweisen: Während beispielsweise in "normalen" verteilten Systemen Aspekte wie "Bewegung" oder "Ort" möglichst transparent und damit für den Nutzer unsichtbar gestaltet werden, benötigen CPS-Anwendungen häufig Bewusstsein für Bewegung oder Ort, d.h., sie sind _motion aware_ oder _location aware_. Die Professur "Betriebssysteme" der TUC hat sich die Frage gestellt, wie eine generische Unterstützung für solche verteilte mobile Systeme aussehen könnte. Im Vortrag werden Probleme, Konzepte und erste Lösungsansätze für ein künftiges Betriebssystem für diese Art von Systemen vorgestellt.

Today, virtually every company world-wide is connected to the Internet. This wide-spread connectivity has given rise to sophisticated, targeted, Internet-based attacks. For example, between 2012 and 2013 security researchers counted an average of about 74 targeted attacks per day. These attacks are motivated by economical, financial, or political interests and commonly referred to as “Advanced Persistent Threat (APT)” attacks. Unfortunately, many of these attacks are successful and the adversaries manage to steal important data or disrupt vital services. Victims are preferably companies from vital industries, such as banks, defense contractors, or power plants. Given that these industries are well-protected, often employing a team of security specialists, the question is: How can these attacks be so successful? Researchers have identified several properties of APT attacks which make them so efficient. First, they are adaptable. This means that they can change the way they attack and the tools they use for this purpose at any given moment in time. Second, they conceal their actions and communication by using encryption, for example. This renders many defense systems useless as they assume complete access to the actual communication content. Third, their actions are stealthy — either by keeping communication to the bare minimum or by mimicking legitimate users. This makes them “fly below the radar” of defense systems which check for anomalous communication. And finally, with the goal to increase their impact or monetisation prospects, their attacks are targeted against several companies from the same industry. Since months can pass between the first attack, its detection, and comprehensive analysis, it is often too late to deploy appropriate counter-measures at businesses peers. Instead, it is much more likely that they have already been attacked successfully. This thesis tries to answer the question whether the last property (industry-wide attacks) can be used to detect such attacks. It presents the design, implementation and evaluation of a community-based intrusion detection system, capable of protecting businesses at industry-scale. The contributions of this thesis are as follows. First, it presents a novel algorithm for community detection which can detect an industry (e.g., energy, financial, or defense industries) in Internet communication. Second, it demonstrates the design, implementation, and evaluation of a distributed graph mining engine that is able to scale with the throughput of the input data while maintaining an end-to-end latency for updates in the range of a few milliseconds. Third, it illustrates the usage of this engine to detect APT attacks against industries by analyzing IP flow information from an Internet service provider. Finally, it introduces a detection algorithm- and input-agnostic intrusion detection engine which supports not only intrusion detection on IP flow but any other intrusion detection algorithm and data-source as well.

Die Zugriffslokalität referenzierter Daten ist eine wichtige Eigenschaft verteilter Anwendungen. Lokales Zwischenspeichern abgefragter entfernter Daten (Caching) wird vielfach bei der Entwicklung solcher Anwendungen eingesetzt, um diese Eigenschaft auszunutzen. Anschliessende Zugriffe auf diese Daten können so beschleunigt werden, indem sie aus dem lokalen Zwischenspeicher bedient werden. Gegenwärtige Middleware-Architekturen bieten dem Anwendungsprogrammierer jedoch kaum Unterstützung für diesen nicht-funktionalen Aspekt. Die vorliegende Arbeit versucht deshalb, Caching als separaten, konfigurierbaren Middleware-Dienst auszulagern. Durch die Einbindung in den Softwareentwicklungsprozess wird die frühzeitige Modellierung und spätere Wiederverwendung caching-spezifischer Metadaten gewährleistet. Zur Laufzeit kann sich das entwickelte System außerdem bezüglich der Cachebarkeit von Daten adaptiv an geändertes Nutzungsverhalten anpassen. / Locality of reference is an important property of distributed applications. Caching is typically employed during the development of such applications to exploit this property by locally storing queried data: Subsequent accesses can be accelerated by serving their results immediately form the local store. Current middleware architectures however hardly support this non-functional aspect. The thesis at hand thus tries outsource caching as a separate, configurable middleware service. Integration into the software development lifecycle provides for early capturing, modeling, and later reuse of cachingrelated metadata. At runtime, the implemented system can adapt to caching access characteristics with respect to data cacheability properties, thus healing misconfigurations and optimizing itself to an appropriate configuration. Speculative prefetching of data probably queried in the immediate future complements the presented approach.

Mit steigender Komplexität heterogener, verteilter Systeme nehmen auch die Anforderungen an deren Validierung zu. In dieser Arbeit wird ein Konzept vorgestellt, mit dem eine bestimmte Klasse komplexer Systeme, so genannte Dienstbereitstellende Systeme, durch automatisiertes Testen validiert werden kann. Mit Hilfe heterogener Klienten, bspw. eingebetteter Systeme, wird die Systemfunktionalität getestet. Hierzu wird das zu testende System auf die nach außen zur Verfügung gestellten Dienste reduziert und die Nutzung dieser Dienste durch Klienten mit einer Last quantifiziert. Eine Validierung wird durch die Vorgabe zeitlich veränderlicher Lasten für jeden Dienst definiert. Diese Lasten werden zielgerichtet den verfügbaren Klienten zugeteilt und durch diese im zu testenden System erzeugt. Zur praktikablen Anwendung dieses Konzeptes ist eine Automatisierung des Validierungsprozesses notwendig. In der Arbeit wird die Architektur einer Testbench vorgestellt, die zum einen die Heterogenität der Klienten berücksichtigt und zum anderen Einflüsse durch die Dynamik der Klienten während der Laufzeit der Validierung ausgleicht. Das hierbei zu lösende algorithmische Problem der Dynamischen Testpartitionierung wird ebenso definiert, wie ein Modell zur Beschreibung aller notwendigen Parameter. Die Testpartitionierung kann mittels einer eigens entwickelten Heuristik in Polynomialzeit gelöst werden. Zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit des entwickelten Verfahrens wird die Heuristik aufwendigen Untersuchungen unterzogen. Am Beispiel eines zu testenden Mobilfunknetzwerkes wird die beschriebene Testbench umgesetzt und Kernparameter mittels Simulation ermittelt. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein Konzept zur Systemvalidierung, das generisch auf jede Art von dienstbereitstellenden Systemen angewandt werden kann und damit zur Verbesserung des Entwicklungsprozesses von komplexen verteilten Systemen beiträgt.

Gegenwärtige Infrastrukturen für verteilte Dienste und Anwendungen, insbesondere das Internet, entwickeln sich zunehmend zu mobilen verteilten Systemen. Durch die Integration drahtloser Netze, mobiler bzw. dedizierter Endgeräte und nicht zuletzt durch die Mobilität der Benutzer steigt die Heterogenität und Dynamik der Systeme hinsichtlich der eingesetzten Endgeräte, Kommunikationstechnologien sowie Benutzeranforderungen und Anwendungssituationen. Diese Eigenschaften sind mobilen Systemen inhärent und bleiben trotz der fortschreitenden Entwicklung der Technologien bestehen. Daraus resultieren spezifische Anforderungen an Anwendungen und Dienste, denen insbesondere die Softwareentwicklung Rechnung tragen muss. In der vorliegenden Arbeit wird die Adaptivität von Softwaresystemen als wesentlicher Lösungsansatz für mobile verteilte Infrastrukturen thematisiert. Dazu werden wesentliche Mechanismen zur Adaption sowie der Überschneidungsbereich von Adaptionsmechanismen, "Context-Awareness" und Softwareentwicklung untersucht. Ziel ist es, Erkenntnisse über Basismechanismen und Grundprinzipien der Adaption zu gewinnen und diese zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen auszunutzen. Aus der Analyse des State-of-the-Art werden als erstes wichtiges Ergebnis der Arbeit wesentliche Basismechanismen zur Adaption identifiziert, umfassend klassifiziert und hinsichtlich eines Einsatzes in mobilen verteilten Infrastrukturen bewertet. Auf dieser Grundlage wird ein Meta-Modell zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen erarbeitet. Dieses erlaubt die Beschreibung adaptiver Anwendungen durch die Komposition von Basismechanismen zur Struktur- und Parameteradaption. Die Steuerung der Adaption durch Kontext und Meta-Informationen kann explizit beschrieben werden. Das Meta-Modell kann Entwickler beim Entwurf adaptiver Anwendungen unterstützen, stellt aber auch einen Ausgangspunkt für deren Analyse und Validierung sowie zur Kodegenerierung dar. Durch die explizite Beschreibung der verwendeten Adaptionsmechanismen und deren Abhängigkeiten von Kontext können Anwendungsmodelle außerdem zur Dokumentation verwendet werden. Im Rahmen der Validierung konnte die Integrierbarkeit der Basismechanismen und die flexible Anwendbarkeit des Modells zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen nachgewiesen werden.

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Die Informatik ist von besonderer Bedeutung für die Gestaltung unser alltäglichen Lebensumstände und ist eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Die Fakultät für Informatik vertritt dieses Fachgebiet umfassend und kompetent mit anwendungsorientierten Schwerpunktsetzungen. In unseren Forschungsschwerpunkten - Eingebettete selbstorganisierende Systeme - Intelligente multimediale Systeme - Parallele verteilte Systeme bieten wir international wettbewerbsfähige Forschung und Entwicklung zu aktuellen Problemstellungen. Unsere Lehre basiert auf dem Leitmotiv der beständigen Erneuerung aus der Forschung. Hieraus abgeleitet bieten wir zeitgemäße Bachelor- und Masterstudiengänge mit hervorragenden Studienbedingungen. Die Fakultät hat den Anspruch eines möglichst persönlichen Umgangs zwischen Lehrkörper und Studenten. Mit der Schriftenreihe „Chemnitzer Informatik Berichte“ geben wir Einblicke in die Forschungspraxis der Fakultät. Dabei werden unterschiedliche Forschungsthemen aus den drei Forschungsschwerpunkten und allen Professuren der Fakultät vorgestellt. / Computer science, as a key technology of the 21th century, has an exceptional impact on our everyday life and living standards. The Faculty of Computer Science represents this scientific field in a comprehensive and proficient manner with an application-orientated choice of topics. In the fields of - Embedded and self-organizing systems - Intelligent multimedia systems - Parallel and distributed systems we offer research and development for current problems and challenges on an internationally competitive level. The guiding principle of our education is the continuous innovation through advances in research. Consequently, we are able to provide modern Bachelor and Master programs with excellent academic conditions. The faculty strives to provide a maximally personal interaction between students and staff. With the series of publications „Chemnitz Computer Science Reports“ we give insigths into the reasearch practice of the faculty. We present different subjects of research from the tree research fields and all of the professorships of the Faculty of Computer Science.

Die Informatik ist von besonderer Bedeutung für die Gestaltung unser alltäglichen Lebensumstände und ist eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Die Fakultät für Informatik vertritt dieses Fachgebiet umfassend und kompetent mit anwendungsorientierten Schwerpunktsetzungen. In unseren Forschungsschwerpunkten - Eingebettete selbstorganisierende Systeme - Intelligente multimediale Systeme - Parallele verteilte Systeme bieten wir international wettbewerbsfähige Forschung und Entwicklung zu aktuellen Problemstellungen. Unsere Lehre basiert auf dem Leitmotiv der beständigen Erneuerung aus der Forschung. Hieraus abgeleitet bieten wir zeitgemäße Bachelor- und Masterstudiengänge mit hervorragenden Studienbedingungen. Die Fakultät hat den Anspruch eines möglichst persönlichen Umgangs zwischen Lehrkörper und Studenten. Mit der Schriftenreihe „Chemnitzer Informatik Berichte“ geben wir Einblicke in die Forschungspraxis der Fakultät. Dabei werden unterschiedliche Forschungsthemen aus den drei Forschungsschwerpunkten und allen Professuren der Fakultät vorgestellt. / Computer science, as a key technology of the 21th century, has an exceptional impact on our everyday life and living standards. The Faculty of Computer Science represents this scientific field in a comprehensive and proficient manner with an application-orientated choice of topics. In the fields of - Embedded and self-organizing systems - Intelligent multimedia systems - Parallel and distributed systems we offer research and development for current problems and challenges on an internationally competitive level. The guiding principle of our education is the continuous innovation through advances in research. Consequently, we are able to provide modern Bachelor and Master programs with excellent academic conditions. The faculty strives to provide a maximally personal interaction between students and staff. With the series of publications „Chemnitz Computer Science Reports“ we give insigths into the reasearch practice of the faculty. We present different subjects of research from the tree research fields and all of the professorships of the Faculty of Computer Science.

Gegenwärtige Infrastrukturen für verteilte Dienste und Anwendungen, insbesondere das Internet, entwickeln sich zunehmend zu mobilen verteilten Systemen. Durch die Integration drahtloser Netze, mobiler bzw. dedizierter Endgeräte und nicht zuletzt durch die Mobilität der Benutzer steigt die Heterogenität und Dynamik der Systeme hinsichtlich der eingesetzten Endgeräte, Kommunikationstechnologien sowie Benutzeranforderungen und Anwendungssituationen. Diese Eigenschaften sind mobilen Systemen inhärent und bleiben trotz der fortschreitenden Entwicklung der Technologien bestehen. Daraus resultieren spezifische Anforderungen an Anwendungen und Dienste, denen insbesondere die Softwareentwicklung Rechnung tragen muss. In der vorliegenden Arbeit wird die Adaptivität von Softwaresystemen als wesentlicher Lösungsansatz für mobile verteilte Infrastrukturen thematisiert. Dazu werden wesentliche Mechanismen zur Adaption sowie der Überschneidungsbereich von Adaptionsmechanismen, "Context-Awareness" und Softwareentwicklung untersucht. Ziel ist es, Erkenntnisse über Basismechanismen und Grundprinzipien der Adaption zu gewinnen und diese zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen auszunutzen. Aus der Analyse des State-of-the-Art werden als erstes wichtiges Ergebnis der Arbeit wesentliche Basismechanismen zur Adaption identifiziert, umfassend klassifiziert und hinsichtlich eines Einsatzes in mobilen verteilten Infrastrukturen bewertet. Auf dieser Grundlage wird ein Meta-Modell zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen erarbeitet. Dieses erlaubt die Beschreibung adaptiver Anwendungen durch die Komposition von Basismechanismen zur Struktur- und Parameteradaption. Die Steuerung der Adaption durch Kontext und Meta-Informationen kann explizit beschrieben werden. Das Meta-Modell kann Entwickler beim Entwurf adaptiver Anwendungen unterstützen, stellt aber auch einen Ausgangspunkt für deren Analyse und Validierung sowie zur Kodegenerierung dar. Durch die explizite Beschreibung der verwendeten Adaptionsmechanismen und deren Abhängigkeiten von Kontext können Anwendungsmodelle außerdem zur Dokumentation verwendet werden. Im Rahmen der Validierung konnte die Integrierbarkeit der Basismechanismen und die flexible Anwendbarkeit des Modells zur systematischen Entwicklung adaptiver Anwendungen nachgewiesen werden.