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Les systèmes informatiques sont devenus omniprésents et sont utilisés au quotidien pour gérer toujours plus d'information. Ces informations sont de plus en plus souvent confidentielles: informations stratégiques militaires ou financières, données personnelles. La fuite de ces informations peut ainsi avoir des conséquences graves telles que des pertes humaines, financières, des violations de la vie privée ou de l'usurpation d'identité. Les contributions de cette thèse se découpent en trois parties. Tout d'abord, nous étudions le problème de synthèse d'un canal de communication dans un système décrit par un transducteur. Malgré les limites imposées par ce modèle, nous montrons que le problème de synthèse est indécidable en général. Cependant, lorsque le système est fonctionnel, c'est-à-dire que son fonctionnement externe est toujours le même, le problème devient décidable. Nous généralisons ensuite le concept d'opacité aux systèmes probabilistes, en donnant des mesures groupées en deux familles. Lorsque le système est opaque, nous évaluons la robustesse de cette opacité vis-à-vis des informations données par les lois de probabilités du système. Lorsque le système n'est pas opaque, nous évaluons la taille de la faille de sécurité induite par cette non opacité. Enfin, nous étudions le modèle des automates temporisés à interruptions (ITA) où les informations sur l'écoulement du temps sont organisées en niveaux comparables à des niveaux d'accréditation. Nous étudions les propriétés de régularité et de clôture des langages temporisés générés par ces automates et proposons des algorithmes de model-checking pour des fragments de logiques temporelles temporisées.

Bien qu'omniprésents dans notre société, les systèmes informatiques distribués de très grande taille restent extrêmement difficiles à étudier et à évaluer. Ils agrègent des millions d'éléments hétérogènes dans des hiérarchies complexes afin de fournir une puissance de traitement et de stockage toujours accrue. Ces artéfacts, parmi les plus complexes jamais construits, posent un défi méthodologique nouveau en architecture des systèmes informatiques : l'approche réductionniste visant à expliquer le système au travers des interactions entre ses parties ne suffit plus à appréhender la complexité de ces systèmes. L'approche expérimentale s'impose alors avec une force nouvelle. Ce document présente mes recherches sur la résolution pratique de ces problèmes méthodologiques. La plupart de ces travaux ont été implémentés dans l'environnement SimGrid. Cet instrument scientifique permet l'étude des performances des systèmes distribués au travers de simulations réalistes. La première partie présente nos contributions aux performances de SimGrid grâce entre autres à une nouvelle approche de parallélisation des simulateurs de DES (Discrete-Event Systems). La seconde partie détaille nos travaux pour faire converger l'étude des performances et celle de la correction des systèmes au sein du même environnement, au travers de l'intégration d'un model checker complet à SimGrid. Enfin, nous étendons dans la troisième partie le champ d'application de SimGrid à des applications réelles.

Enterprise Service Bus (ESB) est actuellement l'approche la plus prometteuse pour l'implémentation d'une architecture orientée services (SOA : Service-Oriented Architecture) par l'intégration des différentes applications isolées dans une plateforme centralisée. De nombreuses solutions d'intégration à base d'ESB on été proposées, elles sont soit open-source comme : Mule, Petals, ou encore Fuse, soit propriétaires tels que : Sonic ESB, IBM WebSphere Message Broker, ou Oracle ESB. Cependant, il n'en existe aucune en mesure de traiter, à la fois des aspects : d'intégration et de traitement massivement parallèle, du moins à notre connaissance. L'intégration du parallélisme dans le traitement est un moyen de tirer profit des technologies multicœurs/multiprocesseurs qui améliorent considérablement les performances des ESBs.Toutefois, cette intégration est une démarche complexe et soulève des problèmes à plusieurs niveaux : communication, synchronisation, partage de données, etc.Dans cette thèse, nous présentons l'étude d'une nouvelle architecture massivement parallèle de type ESB.

Les systèmes distribués à grande échelle (Datacenters, Grilles, Clouds, Réseaux) sont des acteurs incontournables dans notre société de communication et d'échanges électroniques. Ces infrastructures doivent faire face à de nombreux challenges qui limitent leur déploiement : sécurité, qualité de service, extensibilité, programmabilité, consommation électrique... Cette habilitation retrace les travaux menés sur les domaines de la flexibilité des grands systèmes en se focalisant sur la mise en oeuvre de solutions dynamiques de déploiement de services afin d'augmenter la valeur ajoutée des infrastructures existantes et de proposer de nouveaux services à valeur ajoutée. Cette habilitation se penche aussi sur la consommation électrique de ces infrastructures et les différents moyens d'améliorer leur efficacité énergétique afin de les placer dans une perspective de développement durable.

Les applications auto-adaptatives, dont le comportement évolue en fonction de l'environnement, sont un élément clé des systèmes de demain. L'utilisation de matériel reconfigurable, combiné à la parallélisation des unités de calcul, permettent d'envisager de nouveaux niveaux de performances pour ces mêmes applications. L'objectif de cette thèse est de mettre en place un ensemble d'outils permettant la description et le déploiement d'applications parallèles auto-adaptatives. Nous proposons à la fois un modèle d'application parallèle et une architecture de plateforme reconfigurable destinée au déploiement des applications conçues en utilisant ce modèle. Notre modèle d'applications sépare le contrôle du calcul en isolant ce dernier en différents noyaux virtuels. Associée à une représentation du contrôle indépendante de la plateforme, la structure de l'application est donc totalement portable. Indépendamment de celle-ci, les noyaux de calcul peuvent être distribués selon plusieurs implémentations, selon la plateforme, mais également pour proposer différents niveaux de performances. Une couche de virtualisation permet de faire le lien entre la partie contrôle et les noyaux, en traduisant les ordres génériques en actions adaptées à l'implémentation. Concernant la plateforme, nous proposons une architecture permettant l'intégration de ressources de calcul logicielles et matérielles, pouvant être implémentées tant statiquement qu'en utilisant du matériel reconfigurable. Cette architecture parallèle, inspirée du modèle des supercalculateurs, doit permettre d'utiliser tout type d'unités d'exécution et de matériel reconfigurable comme base matérielle pour la plateforme.

Cette thèse s'intéresse à la sécurité des environnements virtualisés distribués type “Clouds” ou informatique en nuage. Dans ces environnements, le client bénéficie de ressources ou services (de calcul, stockage, etc.) à la demande sans connaissance de l'infrastructure sous-jacente. Ces services sont proposés à bas coût en mutualisant les ressources proposées aux clients. Ainsi, ces derniers se retrouvent à partager une infrastructure commune. Cependant, cette concentration des activités en fait une cible privilégiée pour un attaquant, d'autant plus intéressante que les Clouds présentent de nouveaux vecteurs d'attaque entre les clients du Clouds de part le partage des ressources. Actuellement, les fournisseurs de solutions de Cloud proposent une sécurité par défaut ne correspondant pas nécessairement aux besoins de sécurité des clients. Cet aspect est donc bien souvent négligé et cette situation donne lieu à de nombreux exemples d'attaques (vol de données, usage malicieux, etc.). Dans cette thèse, nous proposons une approche où le client spécifie ses besoins de sécurité ainsi que son application virtualisée au sein d'un modèle. Nous proposons notamment une nouvelle logique dédiée à l'expression de propriétés sur la propagation de l'information dans un système.Puis, nous proposons un déploiement automatique de ce modèle sur une infrastructure de type Cloud basée sur la virtualisation grâce à nos nouveaux algorithmes prenant en compte les propriétés de sécurité. Ces dernières sont assurées via un placement prenant en compte les risques d'attaques entre ressources partagées et/ou via la configuration de mécanismes de sécurité existants au sein du système. / This Thesis deals with security for virtualized distributed environments such as Clouds. In these environments, a client can access resources or services (compute, storage, etc.) on-demand without prior knowledge of the infrastructure underneath. These services are low-cost due to the mutualization of resources. As a result, the clients share a common infrastructure. However, the concentration of businesses and critical data makes Clouds more attractive for malicious users, especially when considering new attack vectors between tenants.Nowadays, Cloud providers offer default security or security by design which does not fit tenants' custom needs. This gap allows for multiple attacks (data thieft, malicious usage, etc.)In this Thesis, we propose a user-centric approach where a tenant models both its security needs as high-level properties and its virtualized application. These security objectives are based on a new logic dedicated to expressing system-based information flow properties. Then, we propose security-aware algorithm to automatically deploy the application and enforce the security properties. The enforcement can be realized by taking into account shared resources during placement decision and/or through the configuration of existing security mechanisms.

Nous avons étudié durant cette thèse les moyens de rendre le déploiement d'un intergiciel auto-adaptatif. Le type d'intergiciel que nous avons considéré ici est hiérarchique (structure de graphe) et distribué. Chaque sommet du graphe modélise un processus qui peut être déployé sur une machine physique ou virtuelle d'une infrastructure de type grille/cloud, les arêtes modélisent des liens de communications entre processus. Il offre aux clients des services de calcul haute performance. Les infrastructures de grilles/cloud étant élastiques (perte et ajout de nœuds), un déploiement statique n'est pas la solution idéale car en cas de panne on risque de tout reprendre à zéro, ce qui est coûteux. Nous avons donc proposé un algorithme auto-stabilisant pour que l'intergiciel puisse retrouver un état stable sans intervention extérieure, au bout d'un temps fini, lorsqu'il est confronté à certains types de pannes. Les types de pannes que nous avons considérés sont les pannes transitoires (simulé par la perte de nœuds, l'ajout de nouveaux nœuds, la perte de liens entre deux nœuds). Pour évaluer ces algorithmes, nous avons conçu un simulateur. Les résultats des simulations montrent qu'un déploiement, sujet à des pannes transitoires, s'auto-adapte. Avant d'en arriver à la phase de programmation du simulateur, nous avons d'abord proposé un modèle d'infrastructure distribuée (ce modèle permet de décrire des environnements de type grille/cloud), un modèle pour décrire certains types d'intergiciels hiérarchiques et enfin un modèle pouvant décrire un intergiciel en cours d'exécution (processus déployés sur les machines). / We have studied the means to make a middleware deployment self-adaptive. Our use case middleware is hierarchical and distributed and can be modeled by a graph. A vertex models a process and an edge models a communication link between two processes. The middleware provides high performance computing services to the users.Once the middleware is deployed on a computing infrastructure like a grid or cloud, how it adapt the changes in dynamic environment? If the deployment is static, it may be necessary to redo all the deployment process, which is a costly operation. A better solution would be to make the deployment self-adaptive. We have proposed a rules-based self-stabilizing algorithm to manage a faulty deployment. Thus, after the detection of an unstable deployment, caused by some transients faults (joining of new nodes or deletion of existing nodes which may modify the deployment topology), the system will eventually recover a stable state, without external help, but only by executing the algorithm.We have designed an ad hoc discrete events simulator to evaluate the proposed algorithm. The simulation results show that, a deployment, subjected to transients faults which make it unstable, adapts itself. Before the simulator design, we had proposed a model to describe a distributed infrastructure, a model to describe hierarchical middleware and a model to describe a deployment, that is the mapping between the middleware processes and the hardware on which they are running on.

Cette thèse se positionne dans le cadre de l'algorithmique distribuée tolérante aux pannes adaptée aux réseaux mobiles à grande échelle.L'auto-stabilisation est une approche de tolérance aux pannes satisfaisante dans les systèmes ayant des perturbations transitoires, mais pas dans les réseaux très dynamiques à grande échelle. La faute est due à l'éventuelle absence totale de service lorsque les perturbations sont fréquentes.Pour remédier à cet inconvénient, nous avons introduit l'approche auto-stabilisation robuste apportant une garantie de service pendant la phase de stabilisation.La garantie de service offerte par l'auto-stabilisation robuste est assurée via : (1) le délai de reprise d'un service minimum, et(2) la préservation du service minimum pendant la convergence vers un service optimum en dépit de l'occurrence de certaines perturbations hautement tolérées.L'intérêt d'avoir la propriété auto-stabilisation robuste est d'assurer une haute disponibilité du système en dépit de l'occurrence des perturbations et changements topologiques.Dans cette thèse, nous proposons, prouvons et évaluons une suite protocolaire auto-stabilisante robuste.Dans un premier temps, nous proposons deux protocoles auto-stabilisants robustes pour les problèmes de partitionnement, et l'établissement et le maintien de la connaissance des clusters voisins.Les deux protocoles sont écrits dans le modèle à états et fonctionnent sous l'hypothèse d'un démon distribué faiblement équitable.Le protocole de partitionnement, baptisé R-BSC, permet de partitionner le réseau en clusters à 1-saut. Les noeuds choisis pour être leaders sont les plus aptes à ce rôle, et les clusters construits sont de taille bornée dans le but d'équilibrer la charge entre leaders.Le protocole R-BSC fournit rapidement, en 4 rounds seulement, un service minimum où le réseau est complètement partitionné en clusters de taille bornée.Pendant la convergence vers un service optimum, où les leaders seront bien les noeuds les plus aptes et leur nombre sera réduit localement, le service minimum restera préservé. Le protocole de connaissance des clusters voisins, baptisé R-CNK, permet à chaque leader de connaître l'identité des leaders des clusters voisins, les chemins menant vers eux, ainsi que la composition (liste des noeuds ordinaires) des clusters voisins.Le service minimum de notre protocole R-CNK, atteint après 4 rounds seulement, garantit que tout leader connaît toujours des chemins vers tous les leaders des clusters voisins. Ce service minimum est maintenu en dépit des changements de la structure hiérarchique : création / destruction des clusters, changement de composition des clusters suite au départ / arrivé des noeuds ordinaires.Un deuxième aspect de nos travaux concerne l'évaluation des protocoles conçus (R-BSC et R-CNK) dans le contexte des réseaux mobiles.Nous avons mené une étude expérimentale sous le simulateur NS2 pour évaluer les performances de nos protocoles, ainsi que ceux des protocoles auto-stabilisants correspondants.Cette étude a montré que nos protocoles R-BSC et R-CNK offrent de meilleurs performances en terme de garantie de service, d'où l'efficacité de l'approche auto-stabilisation robuste par rapport à l'auto-stabilisation classique. / This dissertation is focused on fault-tolerant distributed algorithms adapted to large scale mobile networks.Self-stabilization is a fault-tolerance approach suited for systems with transient disruptions, but not for large scale dynamic networks.The fault is due to the eventual total lack of service when faults occur frequently.To address this drawback, we have introduced the robust self-stabilization approach that improves the service guarantee during the stabilization phase.The service guarantee provided by the robust self-stabilization is achieved via:(1) fast recovery to a minimum service and(2) preservation of minimum service during the convergence to an optimum service despite the occurrence of highly tolerated disruptions.Having the robust self-stabilization property ensures a high availability of the system despite the occurrence disruptions and topological changes in the network.In this thesis, we propose, evaluate and prove a series of robust self-stabilizing protocols.At first, we propose two robust self-stabilizing protocols for both problems : clustering and the maintain of knowledge about neighbor clusters.The two protocols are written in the local shared memory model and operate under the assumption of a weakly fair distributed daemon.The clustering protocol, called R-BSC, gathers the network nodes into 1-hop clusters.It allows a best choice of leaders, and it builds clusters with limited size in order to balance the load between leaders.The protocol R-BSC quickly provides, after at most 4 rounds, a minimum service where the network is completely partitioned into bounded-size clusters.During the convergence towards an optimum service, in which leaders will be the most appropriate nodes and their number will be reduced locally, the minimum service is preserved.The protocol for knowledge of neighbor clusters, called R-CNK, allows each leader to know the identity of leaders of neighbor clusters, paths leading to them, and the composition (list of ordinary nodes) of its neighbor clusters.The minimum service provided by of R-CNK protocol, reached after 4 rounds, ensures that every leader always knows paths towards all the leaders of neighbor clusters.We conducted an experimental study using the simulator NS2 to evaluate and to compare the performance of our protocols (R-BSC and R-CNK) with those of their self-stabilizing version in the context of mobile networks.This study confirmed that our protocols R-BSC and R-CNK offer a better service guarantee.

A discrete event system is a system whose state space is given by a discrete set and whose state transition mechanism is event-driven i.e. its state evolution depends only on the occurrence of discrete events over the time. These systems are used in many fields of application (telecommunication networks, aeronautics, aerospace,). The validity of these systems is then an important issue and to ensure it we can use supervisory control methods. These methods consist in imposing a given specification on a system by means of a controller which runs in parallel with the original system and which restricts its behavior. In this thesis, we develop supervisory control methods where the system can have an infinite state space and the controller has a partial observation of the system (this implies that the controller must define its control policy from an imperfect knowledge of the system). Unfortunately, this problem is generally undecidable. To overcome this negative result, we use abstract interpretation techniques which ensure the termination of our algorithms by overapproximating, however, some computations. The aim of this thesis is to provide the most complete contribution it is possible to bring to this topic. Hence, we consider more and more realistic problems. More precisely, we start our work by considering a centralized framework (i.e. the system is controlled by a single controller) and by synthesizing memoryless controllers (i.e. controllers that define their control policy from the current observation received from the system). Next, to obtain better solutions, we consider the synthesis of controllers that record a part or the whole of the execution of the system and use this information to define the control policy. Unfortunately, these methods cannot be used to control an interesting class of systems: the distributed systems. We have then defined methods that allow to control distributed systems with synchronous communications (decentralized and modular methods) and with asynchronous communications (distributed method). Moreover, we have implemented some of our algorithms to experimentally evaluate the quality of the synthesized controllers. / <p><p>Un système à événements discrets est un système dont l'espace d'états est un ensemble discret et dont l'évolution de l'état courant dépend de l'occurrence d'événements discrets à travers le temps. Ces systèmes sont présents dans de nombreux domaines critiques tels les réseaux de communications, l'aéronautique, l'aérospatiale. La validité de ces systèmes est dès lors une question importante et une manière de l'assurer est d'utiliser des méthodes de contrôle supervisé. Ces méthodes associent au système un dispositif, appelé contrôleur, qui s'exécute en parrallèle et qui restreint le comportement du système de manière à empêcher qu'un comportement erroné ne se produise. Dans cette thèse, on s'intéresse au développement de méthodes de contrôle supervisé où le système peut avoir un espace d'états infini et où les contrôleurs ne sont pas toujours capables d'observer parfaitement le système; ce qui implique qu'ils doivent définir leur politique de contrôle à partir d'une connaissance imparfaite du système. Malheureusement, ce problème est généralement indécidable. Pour surmonter cette difficulté, nous utilisons alors des techniques d'interprétation abstraite qui assurent la terminaison de nos algorithmes au prix de certaines sur-approximations dans les calculs. Le but de notre thèse est de fournir la contribution la plus complète possible dans ce domaine et nous considèrons pour cela des problèmes de plus en plus réalistes. Plus précisement, nous avons commencé notre travail en définissant une méthode centralisée où le système est contrôlé par un seul contrôleur qui définit sa politique de contrôle à partir de la dernière information reçue du système. Ensuite, pour obtenir de meilleures solutions, nous avons défini des contrôleurs qui retiennent une partie ou la totalité de l'exécution du système et qui définissent leur politique de contrôle à partir de cette information. Malheureusement, ces méthodes ne peuvent pas être utilisées pour contrôler une classe intéressante de systèmes: les sytèmes distribués. Nous avons alors défini des méthodes permettant de contrôler des systèmes distribués dont les communications sont synchrones (méthodes décentralisées et modulaires) et asynchrones (méthodes distribuées). De plus, nous avons implémenté certains de nos algorithmes pour évaluer expérimentalement la qualité des contrôleurs qu'ils synthétisent. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished