Author(s): Ferreira, Paulo Jorge Botelho
Date: 2012
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/9142
Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
Subject(s): Bases de dados; Middleware; Replicação; Diversidade; Tolerância a intrusões; Teses de mestrado - 2012
Tese de mestrado em Segurança Informática, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2012
A combinação da replicação de bases de dados com mecanismos de tolerância a falhas bizantinas ainda é um campo de pesquisa recente com projetos a surgirem nestes últimos anos. No entanto, a maioria dos protótipos desenvolvidos ou se focam em problemas muito específicos, ou são baseados em suposições que são muito difíceis de garantir numa situação do mundo real, como por exemplo ter um componente confiável. Nesta tese apresentamos DivDB, um sistema de replicação de bases de dados diverso e tolerante a intrusões. O sistema está desenhado para ser incorporado dentro de um driver JDBC, o qual irá abstrair o utilizador de qualquer complexidade adicional dos mecanismos de tolerância a falhas bizantinas. O DivDB baseia-se na combinação de máquinas de estados replicadas com um algoritmo de processamento de transações, a fim de melhorar o seu desempenho. Para além disso, no DivDB é possível ligar cada réplica a um sistema de gestão de base de dados diferente, proporcionando assim diversidade ao sistema. Propusemos, resolvemos e implementamos três problemas em aberto, existentes na conceção de um sistema de gestão de base de dados replicado: autenticação, processamento de transações e transferência de estado. Estas características torna o DivDB exclusivo, pois é o único sistema que compreende essas três funcionalidades implementadas num sistema de base de dados replicado. A nossa implementação é suficientemente robusta para funcionar de forma segura num simples sistema de processamento de transações online. Para testar isso, utilizou-se o TPC-C, uma ferramenta de benchmarking que simula esse tipo de ambientes.
The combination of database replication with Byzantine fault tolerance mechanism is a recent field of research with projects appearing in the last few years. However most of the prototypes produced are either focused on very specific problems or are based on assumptions that are very hard to accomplish in a real world scenario (e.g., trusted component). In this thesis we present DivDB, a Diverse Intrusion-Tolerant Database Replication system. It is designed to be incorporated inside a JDBC driver so that it abstracts the user from any added complexity from Byzantine Fault Tolerance mechanism. DivDB is based in State Machine Replication combined with a transaction handling algorithm in order to enhance its performance. DivDB is also able to have different database systems connected at each replica, enabling to achieve diversity. We proposed, solved and implemented three open problems in the design of a replicated database system: authentication, transaction handling and state-transfer. This makes DivDB unique since it is the only system that comprises all these three features in a single database replication system. Our implementation is robust enough to operate reliably in a simple Online Transaction Processing system. To test that, we used TPC-C, a benchmark tool that simulates that kind of environments.
