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    An efficient byzantine fault tolerant agreement protocol for distributed realtime systems

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    Der Einsatz von verteilten (Echtzeit-) Systemen ist in vielen Bereichen der Industrie nicht mehr wegzudenken, wie etwa in der Medizintechnik, der Kraftfahrzeugtechnik, der Flug-technik oder Automatisierungstechnik. Weiterhin kann man davon ausgehen, dass sich im Zuge der fortschreitenden Technologieentwicklung der Einsatzbereich von verteilten (Echtzeit-) Systemen auch in anderen Bereichen der Industrie weiter ausdehnen wird. Da in solchen Systemen jederzeit Fehler auftreten können, welche die ZuverlĂ€ssigkeit und Sicherheit beeintrĂ€chtigen, mĂŒssen geeignete Fehlertoleranz-Verfahren entwickelt und eingesetzt werden. Ferner unterliegen viele sicherheitskritische Anwendungen harten Echtzeitanforderungen und zugleich deutlichen Kostenrestriktionen. In solchen Anwendungen spielt fĂŒr die praktische Umsetzbarkeit nicht einzig die FehlertoleranzfĂ€higkeit eine entscheidende Rolle, sondern ebenfalls der von Fehlertoleranzverfahren verursachte Kommunikationsaufwand in Form von Nachrichten-, Knoten- und Speicheroverhead. Das Byzantinische Übereinstimmungsproblem stellt eines der wichtigsten zu lösenden Probleme in fehlertoleranten verteilten Systemen dar. Obwohl das Byzantinische Übereinstimmungsproblem gut erforscht ist und viele Lösungen unter verschiedenen Systemmodellannahmen existieren, stellt die Entwicklung effizienter Lösungen bis heute eine anspruchsvolle Aufgabe dar, die abhĂ€ngig vom Fehler- und Timing-Modell sowie von den Aufwands- und Kostengrenzen alles andere als trivial zu lösen ist. Die vorliegende Arbeit untersucht Techniken und Strategien zur Entwicklung effizienter Übereinstimmungsprotokolle fĂŒr verteilte (vorwiegend drahtlose) Echtzeitsysteme, und stellt hierzu zwei Lösungen vor. Im ersten Lösungsansatz wird ein neuartiges rundenbasiertes Übereinstimmungsprotokoll – ESSEN genannt – vorgestellt, das fĂŒr synchrone verteilte Systeme effizient erbeitet. ESSEN löst das Byzantinische Übereinstimmungsproblem in Anwesenheit von bis zu f willkĂŒrlichen Fehlern (kooperierende Byzantinische Fehler inbegriffen). Hierzu benötigt ESSEN mindesten n >= 3f + max(0,f-2) Knoten. Außerdem stellt das Übereinstimmungsprotokoll ESSEN den ersten Lösungsansatz dar, welcher das Byzantinische Übereinstimmungsproblem unab-hĂ€ngig von der Anzahl der zu tolerierenden Fehler in einer Runde löst. Obwohl ESSEN eine effiziente Lösung darstellt, lag die Vermutung nahe, dass durch den Einsatz eines geeigneten Signaturverfahrens eine weitere Verbesserung bzgl. der Kommuni-kationskomplexitĂ€t erzielt werden kann. Folglich wurde im zweiten Teil der Arbeit ein weiterer Lösungsansatz entwickelt, mit dessen Hilfe sich die KommunikationskomplexitĂ€t von Übereinstimmungsprotokollen weiter reduzieren lĂ€sst (von ESSEN abweichende Übereinstimmungsprotokolle eingeschlossen). Im zweiten Lösungsansatz wurde zur Verbesserung der KommunikationskomplexitĂ€t von ESSEN ein neuartiges Verfahren zur Erzeugung und PrĂŒfung von Signaturen (kurz: Signatur-verfahren) – SigSeam genannt – vorgestellt, welches mehrere Signaturen zu einer einzigen Signatur zusammenfasst, ohne die NachrichtengrĂ¶ĂŸe hierdurch zu verĂ€ndern. Im Rahmen der Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Signaturverfahren SigSeam in der Lage ist, die KommunikationskomplexitĂ€t von Übereinstimmungsprotokollen signifikant zu reduzieren. Dies betrifft sowohl die NachrichtenlĂ€nge wie auch die Nachrichtenanzahl, die beide reduziert werden können. Allerdings benötigt SigSeam im Vergleich zu herkömmlichen Signatur-verfahren fĂŒr eine einzelne Signatur eine um ca. 25 Prozent höhere Informationsredundanz, wenn eine gleich gute Fehlerfassung wie bei diesen erzielt werden soll. Insgesamt konnte mit den beiden Lösungen ESSEN und SigSeam das Ziel der Effizienz-steigerung von Übereinstimmungsprotokollen fĂŒr verteilte (Echtzeit-) Systeme erreicht werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass das Prinzip der Signaturverschmelzung zur Reduzierung der KommunikationskomplexitĂ€t prinzipiell auf einen Großteil der existierenden Übereinstimmungsprotokolle angewendet werden kann.Using distributed (real-time) systems has become an integral part of industrial applications such as medical technology, automotive engineering, aeronautics and automation engineering. Along with the progress of technological development, it can be expected that the field of distributed (real-time) systems extends to other areas of industrial applications. This is a result of continuous technological advances. Given the fact that malfunctions in a distributed system (which can compromise the reliability and safety of systems) cannot be completely avoided, fault-tolerant mechanisms have to be developed and applied. Furthermore, many safety-critical applications are hard real-time applications and subject to cost restrictions. Therefore, for the practical usability of a distributed system with real-time requirements all of the following properties can become crucial: the fault tolerance capability, the communication complexity in terms of the number of required nodes, overall communication overhead as well as the overhead caused by the message storage. The Byzantine agreement problem has been exposed as one of the most fundamental issues to be solved. However, solving the Byzantine agreement problem in an efficient way in terms of communication complexity is still a challenging task. The following thesis deals with techniques and strategies for designing efficient fault-tolerant Byzantine agreement protocols primarily for wireless distributed real-time applications. In this paper two new solutions are presented, evaluated, and proven as correct. In the first approach, a novel synchronous single-round-based agreement protocol – called ESSEN – is presented, which copes with f arbitrary faults (including cooperative Byzantine faults) using at least n >= 3 f + max(0, f-2) nodes. Moreover, this is the first approach which solves the Byzantine agreement problem in a single broadcast round independent of the number of tolerated faults. Following this, we present a novel signature generation technique, called SigSeam, to merge several signatures into a single one, which is the topic of the second part of this thesis. This advantage opens a design space for agreement protocols with significantly reduced message overhead. Moreover, the new signature technique can also be applied to existing agreement and/or consensus protocols without affecting the fault tolerance properties of the protocol.Within the framework of this thesis it could be shown that the proposed signature technique with merging functionality significantly improves the efficiency of agreement protocols. However, to achieve a fault coverage comparable to conventional signature techniques, SigSeam requires approximately 25 percent more information redundancy. Altogether, the goal of improving the efficiency of agreement protocols has been achieved

    Proceedings of the Twenty-Third Annual Software Engineering Workshop

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    The Twenty-third Annual Software Engineering Workshop (SEW) provided 20 presentations designed to further the goals of the Software Engineering Laboratory (SEL) of the NASA-GSFC. The presentations were selected on their creativity. The sessions which were held on 2-3 of December 1998, centered on the SEL, Experimentation, Inspections, Fault Prediction, Verification and Validation, and Embedded Systems and Safety-Critical Systems

    Escalonamento baseado em espaços de tuplas para grades computacionais

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    Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro TecnolĂłgico. Programa de PĂłs-graduação em Engenharia ElĂ©tricaO escalonamento em grades envolve um grande nĂșmero de tarefas. Estas incluem a busca de recursos em uma coleção de sistemas computacionais heterogĂȘneos geograficamente distribuĂ­dos e a tomada de decisĂŁo de quais destes recursos usar. Apesar dos esforços dos escalonadores de grades atuais, estes possuem alguma dificuldade de garantir um bom escalonamento devido a natureza dinĂąmica da grade, isto Ă©, a disponibilidade e a capacidade dos recursos da grade mudam dinamicamente. As informaçÔes sobre os recursos usadas pelos escalonadores sĂŁo providas por um serviço de informação. PorĂ©m, o uso destas informaçÔes podem levar a escalonamentos que nĂŁo sĂŁo muito prĂłprios devido a desatualização das mesmas. A principal contribuição desta tese Ă© a proposta de uma nova infra-estrutura de escalonamento para grades computacionais, denominada GRIDTS. Nesta infra-estrutura os recursos Ă© que sĂŁo os responsĂĄveis pela seleção das tarefas a serem executadas. Esta seleção Ă© feita de acordo com as capacidades momentĂąneas do recurso. Lembrando que no escalonamento tradicional a busca Ă© feita pelos escalonadores, os quais procuram recursos apropriados para as tarefas disponĂ­veis, a abordagem proposta elimina a necessidade de um serviço de informação. Os recursos conhecem suas situaçÔes instantĂąneas permitindo a obtenção de bons escalonamentos. Portanto, a nossa proposta evita escalonamentos baseados em informaçÔes nĂŁo precisas. A definição da infra-estrutura proposta estĂĄ fortemente baseada na coordenação por espaço de tuplas. A infra-estrutura proposta tambĂ©m provĂȘ um escalonamento tolerante a faltas atravĂ©s da combinação de um conjunto de tĂ©cnicas de tolerĂąncia a faltas. O GRIDTS Ă© avaliado atravĂ©s de provas de correção, assim como por simulaçÔes. Os resultados obtidos demonstram que o GRIDTS Ă© uma solução viĂĄvel e que consegue atingir seus objetivos de modo eficiente, lidando com faltas sem afetar significativamente o escalonamento

    Proceedings, MSVSCC 2016

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    Proceedings of the 10th Annual Modeling, Simulation & Visualization Student Capstone Conference held on April 14, 2016 at VMASC in Suffolk, Virginia

    The end of stigma? Understanding the dynamics of legitimisation in the context of TV series consumption

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    This research contributes to prior work on stigmatisation by looking at stigmatisation and legitimisation as social processes in the context of TV series consumption. Using in-depth interviews, we show that the dynamics of legitimisation are complex and accompanied by the reproduction of existing stigmas and creation of new stigmas
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