Structures and algorithms for peer-to-peer cooperation

• Auteur / Autrice : Moritz Steiner
• Direction : Ernst W. Biersack
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et réseaux
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris, ENST en cotutelle avec Universität Mannheim

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protocoles de réseaux d'ordinateurs

Réseaux poste à poste (informatique)

Poste à poste (Internet)

Résumé

Des réseaux de type pair-à-pair «overlay» sont des systèmes distribués sans aucune organisation hiérarchique ni contrôle centralisé. Les pairs forment un réseau overlay au dessus de l’Internet. Les deux parties de cette thèse traite les réseaux pair-à-pair overlay. La première partie utilise un réseau non structurée afin de construire un environnement virtuel partagé à grande échelle. Nous présentons une étude complète d’un overlay basé sur la triangulation de Delaunay. Avant tous nous décrivons les algorithmes auto-organisant pour l’insertion et la suppression d’un pair. Afin de réduire la pénalité de latence introduite par le routage dans l’overlay, nous proposons d’augmenter chaque nœud par quelques liens raccourcis qui crées un petit monde. Nous montrons que très peu de liens sont suffisant pour réduire la latence de manière significative. La deuxième partie de cette thèse donne des aperçus du comportement des utilisateurs d’un réseau pair-à-pair structuré dans le monde réel. Nous détaillons le fonctionnement de KAD, une table de hachage distribuée basé sur Kademlia, un système de partage de fichier avec plusieurs millions d’utilisateurs simultanés. Nous avons exploré le réseau de KAD pendant plus d’une année. C’est ainsi que nous avons obtenu des informations sur la distributions géographique, les temps de sessions, la disponibilité et le temps de vie des pairs. Nous sommes fascinés et effrayé par les possibilités que KAD offre. Le montage d’une attaque Sybil est très facile et permet de récupérer des données personnelles des utilisateurs, de compromettre le fonctionnement correct de la recherche dans KAD et de conduire une attaque DDOS.

Peer-to-peer overlay networks are distributed systems, without any hierarchical organization or centralized control. Peers form overlay networks that are on top of the Internet. Both parts of this thesis deal with peer-to-peer overlay networks. The first part builds an unstructured one to construct a large scale Networked Virtual Environment. We present a complete study of a Delaunay-based overlay for massively shared virtual worlds. We design an overlay network matching the Delaunay triangulation of the participating peers. Especially, we describe the self-organizing algorithms for peer insertion and deletion. To reduce the delay penalty of overlay routing, we propose to augment each node with a limited number of carefully selected shortcut links creating a small-world. We show that a small number of shortcuts is sufficient to significantly decrease the delay of routing. The second part of this thesis gives insights on how the users of a real life structured peer-to-peer network behave. We give a detailed background on KAD, a Distributed Hash Table based on Kademlia, a file sharing system with several million simultaneous users. We describe the organization of the peers, and the search and the publish operations. We have been crawling KAD continuously for more than a year. We obtained information about geographical distribution of peers, session times, peer availability, and peer lifetime. As we have been studying KAD we have been both, fascinated and frightened by the possibilities KAD offers. Mounting a Sybil attack is very easy and allows to compromise the privacy of users, to compromise the correct operation of the key lookup and to mount a DDOS attack.