Protocolos tolerantes a faltas bizantinas para sistemas distribuídos dinâmicos

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2011As novas tecnologias de comunicação e a maior disponibilidade de recursos em redes de comunicação vêm provocando profundas mudanças na forma de se projetar aplicações distribuídas. Estas mudanças possibilitaram o surgimento dos sistemas distribuídos dinâmicos, que se caracterizam por serem sistemas onde os componentes podem entrar e sair do mesmo em qualquer momento. Sendo assim, os protocolos desenvolvidos para estes sistemas devem detectar e tratar mudanças que ocorrem na composição da aplicação distribuída, permitindo sua reconfiguração em tempo de execução. Desta forma, os participantes destas aplicações são caracterizados principalmente pela heterogeneidade e não confiabilidade. No desenvolvimento de aplicações distribuídas seguras e confiáveis, vários problemas são identificados como peças fundamentais por formarem a base para a maioria das soluções empregadas nestas aplicações. Neste sentido, surge a necessidade do desenvolvimento de protocolos que resolvem estes problemas em sistemas distribuídos dinâmicos. Como os participantes destas computações não são confiáveis, torna-se essencial que estes protocolos suportem os atributos de segurança de funcionamento. Esta tese apresenta estudos e protocolos para a solução dos principais destes problemas fundamentais em sistemas distribuídos dinâmicos, os quais são: o problema do consenso, sistemas de quóruns e replicação Máquina de Estados. O problema do consenso é estudado em redes desconhecidas, onde são definidas as condições necessárias e suficientes para resolver o consenso. Estas condições especificam o grau de conhecimento sobre a composição do sistema dinâmico que deve ser obtido pelos participantes e o nível de sincronia que deve ser observado no mesmo. A segunda contribuição desta tese é formada principalmente por um conjunto de protocolos para reconfiguração de sistemas de quóruns, os quais podem ser divididos em: (1) algoritmos para inicialização da reconfiguração; (2) algoritmos para geração de novas visões do sistema; e (3) algoritmos para instalação das visões atualizadas. Várias combinações destes algoritmos são possíveis, resultando em um sistema com diferentes características e garantias. Estes protocolos são completamente desacoplados dos protocolos de leitura e escrita no registrador, facilitanto a integração dos mesmos com os mais variados sistemas de quóruns encontrados na literatura, além de aumentar o desempenho do sistema. A última grande contribuição desta tese refere-se à adição de suporte à reconfiguração em replicação Máquina de Estados. Nestas reconfigurações, tanto o conjunto de participantes do sistema quanto parâmetros da replicação podem ser alterados, resultando em um sistema bastante robusto e flexível. Todas as soluções propostas nesta tese suportam a presença de participantes maliciosos no sistema e fornecem protocolos que incorporam os atributos de confiabilidade, disponibilidade e integridade para suas aplicaçõe