Investigation of the applicability of a functional programming model to fault-tolerant parallel processing for knowledge-based systems

In a fault-tolerant parallel computer, a functional programming model can facilitate distributed checkpointing, error recovery, load balancing, and graceful degradation. Such a model has been implemented on the Draper Fault-Tolerant Parallel Processor (FTPP). When used in conjunction with the FTPP's fault detection and masking capabilities, this implementation results in a graceful degradation of system performance after faults. Three graceful degradation algorithms have been implemented and are presented. A user interface has been implemented which requires minimal cognitive overhead by the application programmer, masking such complexities as the system's redundancy, distributed nature, variable complement of processing resources, load balancing, fault occurrence and recovery. This user interface is described and its use demonstrated. The applicability of the functional programming style to the Activation Framework, a paradigm for intelligent systems, is then briefly described

Secure GPS clock synchronization in smart grids

Tese de mestrado, Segurança Informática, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015As smart grids resultaram da integração da rede elétrica atual no mundo digital. Isso traz várias vantagens às redes elétricas, como uma instalação, configuração e manutenção mais simples e eficiente, mas também a fácil integração na rede de novas tecnologias. Enquanto as redes elétricas continuam a crescer em dimensão e complexidade, elas tornam-se mais importantes para a sociedade e subsequentemente mais sujeitas a ataques distintos. Alguns dos objetivos mais importantes da smart grid são: acomodar uma grande variedade de tecnologias de produção de eletricidade como a eólica, solar e geotérmica; ser resiliente a ataques físicos e ciber-ataques; ter mecanismos de deteção, análise e resposta automática a incidentes; dar mais poder ao consumidor final sobre como e quando a energia pode ser comprada ou consumida. Para implementar actividades relacionadas com a monitorização do estado da smart grid, vários componentes especializados são geograficamente distribuídos pela rede. Um dos dispositivos críticos é o Phase Measurement Unit (Unidade de Medição de Fase) (PMU). Este dispositivo é usado para estimar o estado da smart grid num determinado momento, recolhendo várias métricas sobre a qualidade do sinal elétrico. Para se conseguir criar uma imagem geral da rede inteira, todos estes dispositivos necessitam de ser sincronizados no tempo, assegurando assim que as medições são efetuadas aproximadamente no mesmo instante. A sincronização do tempo desempenha um papel crucial na estabilidade e no funcionamento correto de todos os componentes da smart grid. Dada a importância da sincronização de tempo, e a falta de qualquer tipo de proteção nas soluções atuais, este sistema torna-se num alvo potencial para atacantes. Em conformidade com os standards, a precisão dos relógios dos PMU’s devem ter um erro máximo na ordem dos 30 µs. Isso garante que a informação recolhida sobre o estado da smart grid é válida. Hoje em dia este requisito é satisfeito usando equipamentos GPS em cada sítio onde se encontra um PMU. Quando o GPS foi concebido, não se pensou que podia vir a ter o sucesso e o impacto atual e, portanto, assegurar a sua segurança não foi um ponto importante. Ao longo do tempo passou a ser usado em infraestruturas críticas, o que introduz eventuais problemas graves de segurança. As smart grids são uma destas estruturas críticas onde o GPS está a ser usado sem qualquer tipo de proteção. Atualmente existe também uma versão segura do GPS que é empregue pelas forças militares. Os dispositivos que conseguem decifrar este sinal só estão disponíveis ao exército. Por além disso, todos os detalhes sobre o funcionamento do algoritmo de cifra são mantidos em segredo. Ao longo dos anos foram desenvolvidos vários tipos de ataques ao GPS. O mais básico é o Blocking que consiste simplesmente em impedir a comunicação entre a antena do recetor e o sinal GPS. Isso pode ser conseguido de uma maneira tão simples como tapar a antena com um bocado de metal. Um ataque que tenta também quebrar a ligação com o satélite é o Jamming. A ideia deste ataque é introduzir ruído suficiente para que o recetor não consiga distinguir o sinal original. Estes dois tipos de ataques só conseguem perturbar o funcionamento do recetor GPS. Um tipo de ataque mais potente é o Spoofing. Este ataque consegue modificar o sinal original vindo do satélite de forma a enganar o recetor. Assim é possível fazer com que o recetor GPS mostre uma posição¸ ou tempo incorretos. Nesta dissertação também foi analisada uma evolução deste ataque que tem como alvo a alteração ilegítima dos dados contidos no sinal. Isso pode fazer como que o recetor falhe ou deixe de poder ser usado. Os algoritmos de sincronização de relógios existentes hoje em dia, nomeadamente o Network Time Protocol (NTP) e o Precision Time Protocol (PTP), não são suficientemente robustos, em termos de segurança ou precisão, para serem utilizados na smart grid. O NTP foi concebido para a sincronização de relógios em redes de grande escala mas não consegue fornecer a precisão necessária para os requisitos da smart grid. Por outro lado temos o PTP que consegue atingir uma precisão na ordem dos nanosegundos em certas condições, mas é muito sensível a atrasos e oscilações na rede. Isso faz com que o PTP só consiga garantir uma precisão de tempo na ordem dos nanosegundos em redes de pequena escala. A smart grid usa uma rede de alta velocidade com relativamente pouco tráfego, o que torna o PTP uma possível solução para algumas partes dessa rede. Em termos de segurançaa, o PTP não está preparado para ser utilizado num ambiente tão crítico como a smart grid, sendo suscetível a ataques. O foco desta investigação é encontrar um algoritmo resiliente a faltas, capaz de satisfazer os requisitos de sincronização de tempo necessários para o correto funcionamento da smart grid. Foi desenvolvida uma solução baseada no PTP, que consegue cumprir os requisitos de precisão temporal na smart grid e também consegue mitigar todos os tipos de ataques ao GPS que foram identificados. Para além disso, a solução também permite reduzir o número de recetores de GPS necessários para o funcionamento correto da smart grid.Smart grids resulted from the integration of computer technologies into the current power grid. This brings several advantages, allowing for a faster and more efficient deployment, configuration and maintenance, as well as easy integration of new energy sources (e.g., wind and solar). As smart grids continue to grow in size and complexity, they become subject to failures and attacks from different sources. Time synchronization plays a crucial role in the stability and correct functioning of many grid components. Considering how sensitive time synchronization is, the tight restrictions imposed for correct operation and the lack of any kind of protection, makes this service a potential prime target for attackers. Today most of the time synchronization requirements are met using relatively expensive GPS hardware placed in some locations of the smart grid. When GPS was first devised, nobody could have predicted the success and the impact that it would have and therefore, security was never an important concern. Through the years, it slowly gained entrance into more critical systems, where it was never intended to be used, which can lead to serious security problems. The smart grid is just one of these critical systems where GPS is being employed without any kind of protection. The focus of this research is trying to solve this problem, by proposing a more secure and robust clock synchronization algorithm. A solution based on the Precision Time Protocol (PTP) was developed that manages to fulfill the time synchronization requirements of the smart grid and is also capable of mitigating all types of identified GPS attacks. As an added benefit, the solution may also reduce the number of GPS receivers necessary for the correct operation of the smart grid, contributing to decrease costs

Global Versus Local Computations: Fast Computing with Identifiers

This paper studies what can be computed by using probabilistic local interactions with agents with a very restricted power in polylogarithmic parallel time. It is known that if agents are only finite state (corresponding to the Population Protocol model by Angluin et al.), then only semilinear predicates over the global input can be computed. In fact, if the population starts with a unique leader, these predicates can even be computed in a polylogarithmic parallel time. If identifiers are added (corresponding to the Community Protocol model by Guerraoui and Ruppert), then more global predicates over the input multiset can be computed. Local predicates over the input sorted according to the identifiers can also be computed, as long as the identifiers are ordered. The time of some of those predicates might require exponential parallel time. In this paper, we consider what can be computed with Community Protocol in a polylogarithmic number of parallel interactions. We introduce the class CPPL corresponding to protocols that use $O(n\log^k n)$, for some k, expected interactions to compute their predicates, or equivalently a polylogarithmic number of parallel expected interactions. We provide some computable protocols, some boundaries of the class, using the fact that the population can compute its size. We also prove two impossibility results providing some arguments showing that local computations are no longer easy: the population does not have the time to compare a linear number of consecutive identifiers. The Linearly Local languages, such that the rational language $(ab)^*$, are not computable.Comment: Long version of SSS 2016 publication, appendixed version of SIROCCO 201

A Decentralized Trust Management System for Intelligent Transportation Environments

Commercialized 5G technology will provide reliable and efficient connectivity of motor vehicles that could support the dissemination of information under an intelligent transportation system. However, such service still suffers from risks or threats due to malicious content producers. The traditional public key infrastructure (PKI) cannot restrain such untrusted but legitimate publishers. Therefore, a trust-based service management mechanism is required to secure information dissemination. The issue of how to achieve a trust management model becomes a key problem in the situation. This paper proposes a novel prototype of the decentralized trust management system (DTMS) based on blockchain technologies. Compared with the conventional and centralized trust management system, DTMS adopts a decentralized consensus-based trust evaluation model and a blockchain-based trust storage system, which provide a transparent evaluation procedure and irreversible storage of trust credits. Moreover, the proposed trust model improves blockchain efficiency by only allowing trusted nodes participating in the validation and consensus process. Additionally, the designed system creatively applies a trusted execution environment (TEE) to secure the trust evaluation process together with an incentive model that is used to stimulate more participation and penalize malicious behaviours. Finally, to evaluate our new design prototype, both numerical analysis and practical experiments are implemented for performance evaluation