Byzantine Fault-Tolerant Agreement Protocols for Wireless Ad hoc Networks

Esta tese investiga o problema do consenso tolerante a faltas acidentais e maliciosas em redes ad hoc sem fios. Trata-se de um problema fundamental que captura a essência da coordenação em actividades envolvendo vários nós de um sistema, sendo um bloco construtor de outros importantes problemas dos sistemas distribuídos como a replicação de máquina de estados ou a difusão atómica. A tese começa por efectuar uma avaliação de desempenho a protocolos tolerantes a intrusões já existentes na literatura. Os resultados mostram que as limitações de desempenho das soluções existentes estão em parte relacionadas com o seu modelo de sistema. Baseado nestes resultados, é identificado o modelo de falhas de comunicação como um modelo que simultaneamente permite capturar o ambiente das redes ad hoc sem fios e projectar protocolos eficientes. Todavia, o modelo é restrito por um resultado de impossibilidade que afirma não existir algoritmo algum que permita a n nós chegaram a acordo num sistema que admita mais do que n2 transmissões omissas num dado passo de comunicação. Este resultado é válido mesmo sob fortes hipóteses temporais (i.e., em sistemas síncronos) A tese aplica técnicas de aleatoriedade em variantes progressivamente mais fracas do modelo até ser alcançado um protocolo eficiente e tolerante a intrusões. A primeira variante do modelo, de forma a simplificar o problema, restringe o número de nós que estão na origem de transmissões faltosas. É apresentado um algoritmo que tolera f nós dinâmicos na origem de transmissões faltosas em sistemas com um total de n 3f + 1 nós. A segunda variante do modelo não impõe quaisquer restrições no padrão de transmissões faltosas. É apresentado um algoritmo que contorna efectivamente o resultado de impossibilidade Santoro-Widmayer pela primeira vez e que permite a k de n nós efectuarem progresso nos passos de comunicação em que o número de transmissões omissas seja dn 2 e(n k) + k 2. O algoritmo possui ainda a interessante propriedade de tolerar períodos arbitrários em que o número de transmissões omissas seja superior a . A última variante do modelo partilha das mesmas características da variante anterior, mas com pressupostos mais fracos sobre o sistema. Em particular, assume-se que o sistema é assíncrono e que um subconjunto estático dos nós pode ser malicioso. O algoritmo apresentado, denominado Turquois, admite f < n 3 nós maliciosos e assegura progresso nos passos de comunicação em que dnf 2 e(n k f) + k 2. O algoritmo é sujeito a uma análise de desempenho comparativa com outros protocolos na literatura. Os resultados demonstram que, à medida que o número de nós no sistema aumenta, o desempenho do protocolo Turquois ultrapassa os restantes em mais do que uma ordem de magnitude