Gossiping in the wild -- Tackling practical problems faced by gossip protocols when deployed on the Internet

Les systèmes pair-à-pair (P2P) sont aujourd'hui très populaires. Leur utilisation va de la messagerie instantanée au partage de fichiers, en passant par la sauvegarde et le stockage distribué ou encore le streaming video. Parmi les protocoles P2P, les protocoles basés sur le "gossip" sont une famille de protocoles qui a fait l'objet de nombreux travaux de recherche durant la dernière décennie. Les raisons de l'engouement pour les protocoles basés sur le "gossip" sont qu'ils sont considérés robustes, faciles à mettre en oeuvre et qu'ils ont des propriétés de passage à l'échelle intéressantes. Ce sont donc des candidats intéressants dès lors qu'il s'agit de réaliser des systèmes distribués dynamiques à large échelle. Cette thèse considère deux problématiques rencontrées lorsque l'on déploie des protocoles basé sur le "gossip" dans un environnement réel comme l'Internet. La première problématique est la prise en compte des pare-feux (NAT) dans le cadre des protocoles d'échantillonnage basés sur le "gossip". Ces protocoles font l'hypothèse que, a tout moment, chaque noeud est capable de communiquer avec n'importe quel noeud du réseau. Cette hypothèse est fausse dès lors que certains noeuds utilisent des NAT. Nous présentons Nylon, un protocole d'échantillonnage qui fonctionne malgré la présence de NAT. Nylon introduit un faible surcoût pour gérer les NAT et partage équitablement ce surcoût entre les noeuds possédant un NAT et les autres noeuds. La deuxième problématique que nous étudions est la possibilité de limiter la dissémination de messages de type "spam" dans les protocoles de dissémination basés sur le "gossip". Ces protocoles sont en effet des vecteurs idéaux pour diffuser les messages de type "spam" du fait qu'il n'y a pas d'autorité de contrôle permettant de filtrer les messages basés sur leur contenu. Nous proposons FireSpam, un protocole de dissémination basé sur le "gossip" qui permet de limiter la diffusion des messages de type "spam". FireSpam fonctionne par filtrage décentralisé (chaque noeud participe au filtrage). Par ailleurs, il fonctionne malgré la présence d'une fraction de noeuds malicieux (aussi appelés "Byzantins") et malgré la présence de noeuds dits “rationnels” (aussi appelés "égoïstes"). Ces derniers sont prêts à dévier du protocole s'ils ont un intérêt à le faire.Peer-to-peer (P2P) systems are very popular today. Their usage goes from instant messaging to file sharing, from distributed backup and storage to even live-video streaming. Among P2P protocols, gossip-based protocols are a family of protocols which have been the object of several research works in the last decade. The reasons behind the interest in gossip-based protocols are that they are considered robust, easy to implement, and that they have interesting scalability properties. They are then appealing candidates for implementing dynamic and large-scale distributed systems. This thesis tackles two problems faced by gossip-based protocols when deployed on a practical scenario as the Internet. The first problem is coping with Network Address Translators (NATs) in the context of gossip-based peer sampling protocols. These protocols make the assumption that, at any moment, each node is able to communicate with any other node of the network. This assumption is false when some nodes use NATs. We present Nylon, a peer sampling protocol which works despite the presence of NATs. Nylon introduces a low overhead to cope with NATs and fairly balances this overhead among nodes using a NAT and those which do not. The second problem that we study is the possibility to limit the dissemination of “spam” messages in gossip-based dissemination protocols. These protocols are in fact ideal vectors to spread spam messages due to the fact that there is no central authority in charge of filtering messages based on their content. We propose FireSpam, a gossip-based dissemination protocol which allows limiting the dissemination of “spam” messages. FireSpam implements a decentralized filtering mechanism (each node participates to the filtering). Moreover, it works despite the presence of a fraction of malicious nodes (also called “Byzantine” nodes) and despite the presence of so called “rational” nodes (also called “selfish” nodes). These latters are willing to deviate from the protocol if they have an interest in doing so