TY - THES A1 - Opitz, Alek T1 - Prognose freier Rechenkapazitäten zur besseren Nutzung von Grid-Ressourcen T1 - Prediction of available computing capacities for a more efficient use of Grid resources N2 - Vor allem in der Forschung und in den Entwicklungsabteilungen von Unternehmen gibt es eine Vielzahl von Problemen, welche nur mit Programmen zu lösen sind, für deren Ausführung die zur Verfügung stehende Rechenleistung kaum groß genug sein kann. Gleichzeitig ist zu beobachten, dass ein großer Teil der mit der installierten Rechentechnik vorhandenen Rechenkapazität nicht ausgenutzt wird. Dies gilt insbesondere für Einzelrechner, die in Büros, Computer-Pools oder Privathaushalten stehen und sogar während ihrer eigentlichen Nutzung selten ausgelastet sind. Eines der Ziele des Grid-Computings besteht darin, solche nicht ausgelasteten Ressourcen für rechenintensive Anwendungen zur Verfügung zu stellen. Die eigentliche Motivation für die beabsichtigte bessere Auslastung der Ressourcen liegt dabei nicht primär in der höhreren Auslastung, sondern in einer möglichen Einsparung von Kosten gegenüber der Alternative der Neuanschaffung weiterer Hardware. Ein erster Beitrag der vorliegenden Arbeit liegt in der Analyse und Quantifizierung dieses möglichen Kostenvorteils. Zu diesem Zweck werden die relevanten Kosten betrachtet und schließlich verschiedene Szenarien miteinander verglichen. Die Analyse wird schließlich konkrete Zahlen zu den Kosten in den verschiedenen Szenarien liefern und somit das mögliche Potential zur Kosteneinsparung bei der Nutzung brach liegender Rechenkapazitäten aufzeigen. Ein wesentliches Problem beim Grid-Computing besteht jedoch (vor allem bei der Nutzung von Einzelrechnern zur Ausführung länger laufender Programme) darin, dass die zur Verfügung stehenden freien Rechenkapazitäten im zeitlichen Verlauf stark schwanken und Berechnungsfortschritte durch plötzliche anderweitige Verwendung bzw. durch Abschalten der Rechner verloren gehen. Um dennoch auch Einzelrechner sinnvoll für die Ausführung länger laufender Jobs nutzen zu können, wären Vorhersagen der in der nächsten Zeit zu erwartenden freien Rechenkapazitäten wünschenswert. Solche Vorhersagen könnten u. a. hilfreich sein für das Scheduling und für die Bestimmung geeigneter Checkpoint-Zeitpunkte. Für die genannten Anwendungszwecke sind dabei Punktvorhersagen (wie z. B. Vorhersagen des Erwartungswertes) nur bedingt hilfreich, weshalb sich die vorliegende Arbeit ausschließlich mit Vorhersagen der Wahrscheinlichkeitsverteilungen beschäftigt. Wie solche Vorhersagen erstellt werden sollen, ist Gegenstand der restlichen Arbeit. Dabei werden zunächst Möglichkeiten der Bewertung von Prognoseverfahren diskutiert, die Wahrscheinlichkeitsverteilungen vorhersagen. Es werden wesentliche Probleme bisheriger Bewertungsverfahren aufgezeigt und entsprechende Lösungsvorschläge gemacht. Unter Nutzung dieser werden in der Literatur zu findende und auch neue Vorgehensweisen zur Prognoseerstellung empirisch miteinander verglichen. Es wird sich zeigen, dass eine der neu entwickelten Vorgehensweisen im Vergleich zu bisher in der Literatur dargestellten Vorhersageverfahren klare Vorteile bzgl. der Genauigkeit der Prognosen erzielt. N2 - Although computer hardware is getting faster and faster, the available computing capacity is not satisfying for all problem types. Especially in research and development departments the demand for computing power is nearly unlimited. On the same time, there are really large amounts of computing capacities being idle. Such idle capacities can be found in computer pools, on office workstations, or even on home PCs, which are rarely fully utilized. Consequently, one of the goals of the so called “grid computing” is the use of underutilized resources for the execution of compute-intensive tasks. The original motivation behind this idea is not primarily the high utilization of all resources. Instead, the goal is a reduction of costs in comparison to classical usage scenarios. Hence, a first contribution of the thesis at hand is the analysis of the potential cost advantage. The analysis quantifies the relevant cost factors and compares different usage scenarios. It finally delivers tangible figures about the arising costs and, consequently, also about the potential cost savings when using underutilized resources. However, the realization of the potential cost savings is hampered by the variability of the available computing capacities. The progress of a computational process can be slowed down or even lost by sudden increments of the resource utilization or (even worse) by shutdowns or crashes. Obviously, accurate predictions of the future available computing capacities could alleviate the mentioned problem. Such predictions were useful for several purposes (e.g. scheduling or optimization of checkpoint intervals), whereas in most cases the prediction of a single value (for example the expectancy) is only of limited value. Therefore, the work at hand examines predictions of probability distributions. First, the problem of the assessment of different prediction methods is extensively discussed. The main problems of existing assessment criteria are clearly identified, and more useful criteria are proposed. Second, the problem of the prediction itself is analyzed. For this purpose, conventional methods as described in the literature are examined and finally enhanced. The modified methods are then compared to the conventional methods by using the proposed assessment criteria and data from real world computers. The results clearly show the advantage of the methods proposed in the thesis at hand. KW - Grid Computing KW - Ressourcenallokation KW - Künstliche Intelligenz KW - Prognosebewertung KW - Grid Computing KW - Auslastung KW - Wahrscheinlichkeitsrechnung KW - Wirtschaftlichkeit KW - Forecast assessment KW - Grid computing KW - Utilization KW - Probability distribution KW - Economics Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-9527 ER - TY - THES A1 - Rietz, René T1 - Optimization of network intrusion detection processes T1 - Optimierung von Einbrucherkennungsprozessen N2 - Intrusion detection is a concept from the field of IT security. Network intrusion detection systems (NIDS) are used in addition to preventative measures, such as firewalls, to enable an automated detection of attacks. Network security threats often consist of multiple attack phases directed against various components of the network. During each attack phase, varying types of security-related events can be observed at various points in the network. Security monitoring, however, is nowadays essentially limited to the uplink to the internet. Sometimes it is also used to a limited extent at key points within a network, but the analysis methods do not have the same depth as at the uplink. Other areas, such as virtual networks in virtual machines (VMs), are not covered at all, yet. The aim of this thesis has been to improve the detection capability of attacks in local area networks. With a glance at the area of safety engineering, it appears efficient to secure these networks thoroughly and to develop additional monitoring solutions only for the remaining problem cases. This entails several challenges for the analysis of different parts of the TCP/IP stack. The lowermost part of the network stack has to be analyzed for attacks on network components, such as switches and VM bridges. For this, there is still no technology. Although attacks on the layers~2 and 3, such as ARP spoofing and rogue DHCP servers in physical networks, can be controlled to some extent by appropriate switches, equivalent methods are not used in virtual networks. Therefore, a software-defined networking based approach is proposed to counteract the respective attacks, which works for physical and virtual networks. The upper layers are already largely covered by traditional NIDS methods, but the rapidly increasing data rates of local area networks often lead to an uncontrolled discarding of traffic due to overload situations in the monitoring stations. Therefore, the drawbacks of current optimization approaches are outlined based on a detailed performance profiling of typical intrusion detection systems. A new approach for parallelizing the intrusion detection analysis that copes with the increasing network dynamics is introduced and evaluated. Since further special issues for NIDS particularly go back to the massive use of web technologies in today's networks, a firewall architecture is presented which applies novel NIDS methods based on machine learning to identify web applications and to ward off malicious inputs. The architecture addresses the entire process chain starting from the data transfer with HTTP via the analysis of manipulated web documents to the extraction and analysis of active contents. N2 - Intrusion Detection (Einbrucherkennung) ist ein Konzept aus dem Bereich der IT-Sicherheit. Netzwerk-Einbrucherkennungssysteme (NIDS) werden in Ergänzung zu präventiven Maßnahmen, wie z.B. Firewalls, eingesetzt um automatisiert Angriffe auf Computernetze und Endsysteme zu erkennen. Bedrohungen für die Netzsicherheit setzen sich oft aus verschiedenen Angriffsphasen zusammen, die gegen verschiedene Komponenten im Netz gerichtet sind. Während jeder Angriffsphase können an verschiedenen Punkten im Netz unterschiedliche sicherheitsrelevante Ereignisse beobachtet werden, die theoretisch in ein NIDS eingeleitet werden können. Das Sicherheits-Monitoring ist heutzutage jedoch im Wesentlichen auf den Uplink zum Internet beschränkt. In wenigen Fällen wird es auch innerhalb eines Netzes eingesetzt, aber die eingesetzten Analysemethoden haben nicht dieselbe Analysetiefe wie am Uplink. Darüber hinaus sind andere Netzbereiche, wie z.B. virtuelle Netze zwischen virtuellen Maschinen, bisher nicht abgedeckt. Das Ziel dieser Arbeit ist die Verbesserung der Angriffserkennung innerhalb lokaler Netze (LANs). Mit Blick auf den Bereich des Safety Engineering scheint es effizient diese Netze zunächst sorgfältig mit präventiven Maßnahmen zu sichern und nur für die verbleibenden Problemfälle reaktive Monitoring-Maßnahmen zu entwickeln. Dies beinhaltet verschiedene Probleme bei der Analyse un¬terschiedlicher Teile des TCP/IP Protokoll-Stacks. Der unterste Teil des Stacks muss auf Angriffe/Angriffsmethoden auf die Netztechnik, wie z.B. Switches und VM bridges, untersucht werden. Hierfür gibt es bisher keine zuverlässige Technologie. Auch wenn Angriffe auf die Schichten 2 bis 3 des Protokoll-Stacks in physischen Switches bis zu einem gewissen Grad eingeschränkt werden können, gibt es bisher keine vergleichbaren Technologien für virtuelle Netze und Software-Komponenten. Deshalb wird in dieser Dissertation ein software-defined-networking Ansatz vorgestellt, der sowohl physische, als auch virtuelle Netzinfrastrukturen schützt. Die mittleren/oberen Schichten des Protokoll-Stacks sind bereits zu einem großen Teil durch traditionelle NIDS geschützt. Stetig steigende Datenraten innerhalb der lokalen Netze führen jedoch oft zu einem unkontrollierten Verwerfen von Netzverkehr (mit einem entsprechenden Verlust der Analysegenauigkeit), der durch Überlastsituationen innerhalb der Monitoring-Stationen bedingt ist. Basierend auf einer detaillierten Leistungsanalyse typischer NIDS werden die Probleme und Flaschenhälse existierender Optimierungsansätze für die Beschleunigung der Analyse aufgezeigt und ein neuer Ansatz zur Parallelisierung der NIDS-Analysemethoden vorgestellt und evaluiert. Die Analyse der Anwendungsschicht wird zwar zu einem großen Teil durch klassische NIDS abgedeckt, aber der massive Einsatz von Web-Technologien erschwert die Analyse potenziell gefährlicher Anwendungsdaten. Um auch den Web-Bereich abzudecken wird eine neue Firewall-Architektur präsentiert, die basierend auf neuen NIDS-Analysemethoden mittels maschinellen Lernens Web-Anwendungen identifizieren und schadhafte Eingaben abwehren kann. Die Architektur adressiert die gesamte Prozesskette beginnend mit dem Datentransfer via HTTP, über die Analyse manipulierter Web-Dokumente, bis hin zur Extraktion und Analyse aktiver Inhalte. KW - Intrusion Detection Systems (NIDS) KW - Software-Defined Networking (SDN) KW - Parallel NIDS KW - Web Firewall (Web 2.0) KW - Machine Learning KW - Einbrucherkennungssysteme (IDS) KW - Software-definierte Netzwerke (SDN) KW - Web Firewall KW - Web 2.0 KW - Maschinelles Lernen KW - Eindringerkennung KW - Maschinelles Lernen KW - Software-defined networking KW - World Wide Web 2.0 KW - Firewall Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-44327 ER - TY - THES A1 - Böhm, Sebastian T1 - Split-Protocol-Stack network simulation and emulation of wireless embedded systems with Radio-in-the-Loop : towards accurate wireless network evaluation T1 - Split-Protocol-Stack Netzwerksimulation und Emulation hoch-integrierter drahtloser Funkübertragungssysteme mit Radio-in-the-Loop : Schritte hin zu einer genauen Evaluierung drahtloser Kommunikationsnetze N2 - Recent challenges and novel approaches of wireless communication networks are characterized by high performance requirements on the radio channel and by concepts of self-organization, in-network processing, or resource optimization which ultimately lead to distributed network applications, communication architectures, and radio transceivers. Associated evaluation is driven by a multitude of ever-increasing requirements that call for multidisciplinary expertise. Depending on the discipline, simulation is one of the most widely used technologies, whereby often abstract assumptions and models do not allow for sufficiently accurate, comparable results. In contrast, real-world measurements and field-tests can only be performed on actual systems, commonly under non-reproducible conditions. This thesis establishes with the Split-Protocol-Stack a new type of evaluation method that intends to help closing the gap between purely simulative analyzes and real-world tests. With the inclusion of real radio hardware and radio channels in the event-based simulation, this central hybrid approach in connection with the Radio-in-the-Loop methodology creates synergies in interdisciplinary fields. The approach contains analytical discussions, methodological strategies, and practical contributions that are summarized as key elements in the subsequent central considerations and challenges. With Real-Time-Shift, a pseudo-real-time synchronization approach for parallel simulation and radio channel emulation of communication flows is introduced. Based on the underlying time compensation scheme, the discrete event simulation is decoupled from real-time constraints when exchanging event messages with real-world wireless hardware. A physical layer emulation methodology and radio channel interface concept, called Radio-in-the-Loop, is introduced along with two practical realization approaches. Furthermore, strategic details on radio network planning with an approach to automatic hardware resource allocation are presented for radio channel emulation-capable network testbeds. The contributions of this work are evaluated using real-world reference measurements, practical application scenarios, and experiments that provide proof of concepts. By means of an exemplary selected cross-layer optimization scenario, the benefits are practically demonstrated and discussed. Finally, based on IEEE 802.15.4 as the reference protocol standard for low-power wireless networks, this thesis provides feasibility studies and analysis results using the representative prototype SEmulate for the Split-Protocol-Stack approach. N2 - Aktuelle Herausforderungen und neuartige Ansätze drahtloser Kommunikationsnetze sind geprägt durch hohe Leistungsanforderungen auf dem Funkkanal sowie Konzepte der Selbstorganisation, netzinternen Verarbeitung oder Ressourcen-Optimierung und münden letztendlich in verteilten Netzwerkanwendungen, Kommunikationsarchitekturen und Funk-Transceivern. Die Evaluation ist dabei stark von fachspezifischen, simulativen Analysen unter abstrahierten Annahmen und Modellen geprägt, so dass die Ergebnisse oft keine hinreichend genauen, vergleichbaren Schlussfolgerungen auf die Leistungsfähigkeit im Gesamtsystem zulassen. Praxistests hingegen, können nur für konkrete Systeme am Ende des Entwicklungszyklus unter zum Teil nicht reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden. Diese Arbeit begründet mit dem Split-Protocol-Stack eine neuartige Evaluationsmethodik die dazu beitragen soll, die Lücke zwischen rein simulativen Analysen und realen Tests zu schließen. Unter Einbeziehung realer Funkhardware und physikalisch realitätsnah nachgebildeter Funkkanäle in die ereignisbasierte Simulation schafft dieser zentrale hybride Ansatz in Verbindung mit der Methodik des Radio-in-the-Loop Synergien in interdisziplinären Fachgebieten. Der Ansatz enthält analytische Diskussionen, methodische Strategien und praktische Beiträge, die als Kernelemente in den nachfolgenden zentralen Betrachtungen und Herausforderungen zusammengefasst werden. Unter der Bezeichnung Real-Time-Shift wird ein Synchronisationsansatz für die parallele Simulation und Funkkanalemulation von Kommunikationsabläufen eingeführt. Basierend auf der zugrundeliegenden Zeitkompensation wird die Simulation von Beschränkungen der Echtzeitfähigkeit beim Nachrichtenaustausch von Ereignissen mit reale Funk-Transceiver-Hardware entkoppelt. Darüberhinaus wird mit Radio-in-the-Loop eine Methode zur Emulation der physikalischen Schicht sowie Schnittstelle zum Funkkanal definiert und praktisch realisiert. Weiterhin werden strategische Details zur Funknetzplanung vorgestellt und mit einem Ansatz zur automatischen Hardware-Ressourcenzuweisung für die Funkkanalemulation analysiert und praktisch erprobt. Bewertet werden die Beiträge dieser Arbeit durch Referenzmessungen, praktische Anwendungsszenarien und experimentelle Analysen, die den Nachweis der vorgestellten Konzepte erbringen sowie deren Nutzen evaluieren. Anhand eines exemplarisch ausgewählten Anwendungsszenarios der Protokollschicht-übergreifenden Optimierung, wird der Zugewinn praktisch demonstriert und diskutiert. Schließlich werden auf Basis von IEEE 802.15.4 als Referenz-Protokollstandard für drahtlose Niedrigenergie-Netze durch diese Arbeit Durchführbarkeitsstudien und Analyseergebnisse zusammen mit dem repräsentativen Prototypen SEmulate für den Ansatz des Split-Protocol-Stack bereitgestellt. KW - Internet of things KW - Network simulation KW - Hardware-in-the-Loop KW - Modeling KW - IEEE 802.15.4 KW - Internet der Dinge KW - Netzwerksimulation KW - Emulation KW - Modellierung KW - Emulation KW - Internet der Dinge KW - Netzwerksimulation KW - Hardware-in-the-loop KW - IEEE 802., 15, 4 Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-61443 ER - TY - THES A1 - Gäbler, Jan T1 - Gruppenkommunikation in mobilen Umgebungen : eine Erweiterung des Gruppenkommunikationsparadigmas um eine Unterstützung für mobile Anwendungsnutzer T1 - Group communication in mobile environments : an extension of the group communication paradigm to support mobile applications users N2 - Mit der zunehmenden mobilen Nutzung des Internets steigt auch die Zahl von Anwendungen in mobilen Umgebungen. Diese sind neben ihren spezifischen Anforderungen oft durch eine enge Kooperation ihrer Nutzer gekennzeichnet. Werden mobile verteilte Entscheidungsprozesse modelliert, welche der Bewertung von Sachverhalten oder der Lösung von Aufgaben dienen, so nennt man diese Klasse von Anwendungen mobile kollaborative Anwendungen. Sie werden in dieser Arbeit eingeführt. Ihre Eigenschaften und Besonderheiten werden diskutiert. Die Teilnehmer solcher Anwendungen kollaborieren innerhalb einer geschlossenen Gruppe und bauen ein gemeinsames Wissen auf. Auf dessen Basis kann die Anwendung lokale Entscheidungen treffen, über die in der Gruppe Konsens besteht. Die instabile Kommunikation in mobilen Umgebungen stellt jedoch an die Sicherung der Konsistenz des gemeinsamen Wissens besondere Anforderungen. Da klassische Verfahren zur Konsistenzsicherung in gruppenorientierten Systemen nicht genutzt werden können, ist die Sicherung der Konsistenz des globalen Wissens in mobilen Umgebungen das Leitthema dieser Arbeit. Es wird ein gruppenorientierter Kommunikationsdienst – Moversight genannt – für mobile kollaborative Anwendungen vorgestellt, welcher ihnen ein konsistentes globales Wissen trotz instabilen Kommunikationsumfeldes bereitstellt. Hinzu kommt, dass neben der Konsistenzsicherung die Diensterbringung in einer ressourcenschonenden Art und Weise bei gleichzeitiger kontinuierlicher Adaption der Gruppe an sich ändernde Bedingungen einschließlich der Wartung ihrer Kommunikationsstrukturen gesichert werden müssen. Der Protokollentwurf für Moversight wird in dieser Arbeit vorgestellt. Für Moversight wurden neuartige Funktionen zur Behandlung der Nutzermobilität entwickelt, welche mit den notwendigen Mechanismen zur Sicherung der Konsistenz des gemeinsamen Wissens interagieren. Ohne Gegenmaßnahmen würden häufige Verbindungsunterbrechungen das gemeinsame Wissen der Gruppe zerstören, wodurch diese logisch partitioniert und letztlich die Kollaboration der Nutzer verhindert wird. Grundlage der Sicherung des gemeinsamen Wissens ist die mobile optimistische virtuelle Synchronität (MOVS), welche das übliche gruppenorientierte Modell der Wissenssicherung um eine Behandlung der Nutzermobilität und variierender Verbindungseigenschaften der Gruppenteilnehmer erweitert. Dadurch können Teilnehmer bei Verbindungsproblemen zeitnah in die Gruppe zurückzukehren und ihr Wissen mit dieser abzugleichen. Das vorgestellte Konzept zur Erkennung und Behandlung von Fehlersituationen mit anschließendem Gruppenwiedereintritt ist deutlich leistungsfähiger als das üblicherweise verwendete Verfahren. Dies wird erreicht durch eine leichtgewichtige Fehlerdetektion unter Nutzung einer neuartigen verteilten Latenzschätzung sowie einer kontinuierlichen Adaption der verwendeten Kommunikationstopologie an die sich permanent ändernden Kommunikationsbedingungen. Die entwickelte Optimierung der clusterbasierten Kommunikationstopologie eignet sich für alle gruppenorientierten clusterbasierten Anwendungsszenarien. Darüber hinaus verfügt Moversight über kollaborative Dienste für das Teilen und Vereinigen von Gruppen, wie sie bisher in keinem gruppenorientierten Kommunikationsdienst zu finden sind. Beide Dienste ermöglichen eine anwendungsgetriebene Neustrukturierung der kollaborativen Gruppe bei gleichzeitiger Sicherung des globalen Wissens. N2 - With the increasing mobile use of the Internet, the number of applications in mobile environments is increased as well. In addition to their specific requirements, these applications often have a close group-oriented collaboration among their users. If mobile distributed decision processes are modeled that serve to assess issues or solve tasks this class of applications is called mobile collaborative applications. We introduce this class in this work and discuss their characteristics and special features. The participants of such applications collaborate within a closed group and build a global knowledge. On this basis, the application can make local decisions that enable consensus within the group. However, the unstable communication in mobile environments puts special demands on securing the consistency of the global knowledge. Since it is not possible to use the traditional methods for consistency assurance in group-oriented systems, securing the consistency of global knowledge in mobile environments is the guiding theme of this work. With Moversight, we introduce a group-oriented communication service for mobile collaborative applications, which assures a consistent global knowledge despite an unstable communications environment. In addition to consistency assurance, the resource-efficient provisioning of services is essential for mobile applications. Moreover, the group must continually adapted to the changing conditions including the maintenance of its communication structures. We developed for Moversight novel mobility features, which interact with the mechanisms to ensure the consistency of the global knowledge. Without countermeasures, frequent disconnections would destroy the group’s global knowledge, logically partitioning it and ultimately preventing users from collaborating. The basis for securing the global knowledge is Mobile Optimistic Virtual Synchrony (MOVS), which extends the usual group-centric consistency assurance model to include user mobility and handling of different connection properties of the group participants. Thus, in case of connection problems participants can quickly return to the group and synchronize their knowledge with this. The presented concept for the detection and treatment of error situations with subsequent group re-entry is much more efficient than commonly used methods. We accomplish this by a lightweight error detection using a novel distributed latency estimation and continuous adaptation of the communication topology to ever-changing communication conditions. The developed optimization of the cluster-based communication topology is suitable for all group-oriented, clusterbased application scenarios. Furthermore, Moversight provides collaborative services for application-driven splitting and merging of groups as they have yet not been found in any group-based communications service. Both services enable application-driven restructuring of the collaborative group while preserving global knowledge. KW - Gruppenkommunikation KW - uBeeMe KW - Virtuelle Synchronität KW - Mobile Nutzer KW - Group communication KW - Moversight KW - Virtual synchrony KW - Mobile user KW - Computer Supported Cooperative Work KW - Synchronisierung KW - Mobilität KW - Gruppenkommunikation Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48750 ER - TY - THES A1 - Liu, Fuwen T1 - A security architecture for a peer-to-peer video conference system T1 - Eine Sicherheitsarchitektur für ein Peer-to-Peer-Videokonferenzsystem N2 - More and more modern group oriented collaborative applications use the peer-to-peer (P2P) paradigm to be independent of expensive infrastructures as they are, for instance, provided for audio and video conferences by H.323 systems. Decentralized P2P systems better support spontaneity and mobility to set up meetings at varying locations or in ad hoc environments. This is especially advantageous for business communication over the Internet but also for other collaborative applications such as audio/video conferences. Decentralized collaborative P2P solutions require appropriate mechanisms to protect group privacy and data integrity. The broadly available security infrastructures, like virtual private networks (VPN) in the link, network, and transport layer, do not well fulfill the requirements regarding security, efficiency, and flexibility raised by a conferencing system. A dedicated security architecture in the application layer is, therefore, highly desired for protecting a P2P video conference. A centralized client/server based video conference system can be well shielded in a standard manner, whilst there exist no off-the-shelf approaches to specifying how to secure a P2P video conference up to now. This Ph.D. thesis addresses this urgent issue by presenting an effective and flexible security architecture and showing how it can be embedded into a P2P video conferencing system using the BRAVIS system as example. The cornerstone of the security architecture is the decentralized group key management. For this purpose, a new distributed key exchange protocol has been proposed. It is especially well suited for applications in real-time P2P settings for its higher efficiency than existing ones concerning the group key renewal delay. Furthermore, a novel video encryption algorithm has been developed to meet the strict real-time constraints required in a video conference. Its outstanding features include a good balance between security and efficiency, no impairment on video compression efficiency, and readily integration into the existing multimedia systems. These make it more practicable to encrypt video data than existing approaches. N2 - Mehr und mehr moderne gruppenorientierte und kollaborative Applikationen nutzen das Peer-to-Peer (P2P)-Prinzip. Es bietet gegenüber dem zentralistischen Client/Server-Ansatz den Vorteil einer größeren Unabhängigkeit von einer möglicherweise teuren Infrastruktur, wie sie z. B. für Audio- und Videokonferenzen nach den H.32x-Standards erforderlich ist. Dezentrale P2P-Lösungen unterstützen besser die Spontaneität und Mobilität der Nutzer. Sie erlauben es, Sitzungen an unterschiedlichen Orten oder in Ad hoc-Umgebungen abzuhalten. Dies ist insbesondere für die geschäftliche Kommunikation über das Internet aber auch für andere kollaborative Anwendungen wie Audio/Video-Konferenzen von Vorteil. Dezentralisierte kollaborative P2P-Lösungen erfordern geeignete Mechanismen, um die Privatheit der Gruppen und Integrität der Daten abzusichern. Vorhandene Sicherheitsinfrastrukturen wie Virtuelle Private Netze (VPN) erfüllen nicht ausreichend die Anforderungen bezüglich Sicherheit, Effizienz und Flexibilität, die an ein Konferenzsystem gestellt werden. Eine anwendungsbezogene Sicherheitsarchitektur ist daher in hohem Maße für den Schutz von P2P-Videokonferenzen wünschenswert. Für den Schutz zentralisierter Client/Server-Videokonferenzsysteme existieren bereits standardisierte Lösungen, während es für P2P-Videokonferenz noch keine Standardverfahren gibt. Die vorliegende Dissertationsschrift widmet sich diesem wichtigen Thema ein. Sie stellt eine wirkungsvolle und flexible Sicherheitsarchitektur vor und zeigt am Beispiel des Videokonferenzsystems BRAVIS, wie sie in ein P2P-Videokonferenzsystem eingebettet werden kann. Grundstein der Sicherheitsarchitektur ist das dezentralisierte Gruppenschlüsselmanagement. Hierfür wird ein neues verteiltes Schlüsselaustauschprotokoll vorgeschlagen, das besonders den Anforderungen von Realzeit-P2P-Anwendungen angepasst wurde. Es besitzt eine höhere Effizienz als existierende Schlüsselaustauschprotokolle für die Gruppenschlüsselerneuerung. Weiterhin wird ein neuartiger Videoverschlüsselungs-Algorithmus vorgestellt, der den strengen Realzeitbedingungen einer Videokonferenz gerecht wird. Seine hervorzuhebenden Merkmale sind ein guter Abgleich zwischen Sicherheit und Leistungsfähigkeit, keine Beeinträchtigung der Videokompressionsleistung und einfache Integration in vorhandene Multimediasysteme. Diese Eigenschaften machen ihn praktikabler für das Verschlüsseln von Videodaten als existierende Ansätze. KW - Peer-to-Peer-Netz KW - Videokonferenz KW - Computersicherheit KW - Sicherheitsarchitektur KW - Peer-to-Peer KW - Videokonferenz KW - Gruppenschlüsselverwaltung KW - Videoverschlüsselung KW - Security architecture KW - Peer-to-Peer KW - Video conference KW - Group key management KW - Video encryption Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-445 ER - TY - THES A1 - Zühlke, Mario T1 - Verteilt organisierte Mehrteilnehmer-Videokonferenzen für geschlossene Gruppen im Internet N2 - Videokonferenzen gelten als eine populäre Anwendung in modernen Netzwerken. Trotz langjähriger Erfahrungen gehören sie nicht zu den alltäglich genutzten Diensten. Videokonferenzdienste im Internet unterstützen meist offene Konferenzgruppen. Jedoch haben die Mehrzahl der alltäglichen Beratungen einen geschlossenen Charakter. Systeme, die geschlossene Gruppen unterstützen, basieren meist auf spezieller Studiotechnik. Desktop-Systeme lassen nur ein begrenztes Leistungsangebot zu. Besonders beim Aufbau von Mehrteilnehmer-Gruppen ist es schwierig, eine gute Dienstgüte bereitzustellen. Deshalb haben Systeme für geschlossene Gruppen bisher keine breite Anwendung gefunden. Die vorliegende Arbeit untersucht zwei Anätze zur Gestaltungsprinzipien von geschlossenen Mehrteilnehmer-Videokonferenzsystemen. Der Erste untersucht den Aufbau von globalen Konferenzen über den Verbund lokaler Systeme. Der Zweite, ein Peer-to-Peer-Konzept, untersucht die Unterstützung von geschlossenen Gruppen im Internet. N2 - Video conferences are considered as attractive applications in high-speed networks. But they are not broadly used. Most existing video conference systems support open group conferences for public events. However, most everyday consultations have a closed character. Systems supporting closed groups are quite expensive and mostly based on special hardware. The performance of desktop systems is limited. In particular, there are difficulties in establishing multi party video conferences with sufficient QoS. This Ph.D. thesis investigates the design principles of closed multi party video conference systems for global public networks. Two approaches are described. The first approach investigates a global video conferencing service that interconnects local systems over long distances. The second one, a Peer-to-Peer approach, deals with the design of closed multiparty conferences in the Internet. In this context the problem of ensuring the QoS of the transport of real time traffic is discussed. KW - Videokonferenz KW - IP KW - Teilnehmerrechensystem KW - Unicastingverfahren KW - Überlastkontrolle KW - Dienstgüte KW - Peer-to-Peer-Netz KW - Mehrteilnehmer-Videokonferenz KW - QoS KW - Peer-to-Peer KW - Gruppenkommunikation KW - Geschlossen Gruppe Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000540 ER - TY - THES A1 - Klauck, Ronny T1 - Seamless integration of smart objects into the internet using XMPP and mDNS/DNS-SD T1 - Nahtlose Integration von smarten Objekten ins Internet unter Nutzung von XMPP und mDNS/DNS-SD N2 - With the integration of smart objects into the Internet users should gain new possibilities to directly interact with their physical environment. This vision is called Internet of Things (IoT) and is enabled by the development of micro Internet Protocol (IP) stacks that allow one to directly connect smart objects to the Internet. IP alone cannot ensure a seamless integration because advanced services (e.g., service discovery, identity management) can only be provided at the application layer. The current development of application protocols for the IoT focuses on the Machine-to-Machine (M2M) communication and introduces specialized protocol gateways, smart object-specific code or data representations that hinder a seamless integration. This thesis deals with the seamless integration, discovery, and employment of smart objects into the current Internet infrastructure under Human-to-Machine (H2M) communication aspects by using and adapting already established protocols that have been standardized by the Internet Engineering Task Force (IETF), such as the Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP), Multicast DNS (mDNS), and DNS Service Discovery (DNS-SD). The proposed approach is called Chatty Things. So smart objects may become a natural part of the network making the IoT readily usable for (non-technical) users and network administrators providing them with the same level of usability that is predominant in the current Internet infrastructure. The applicability of XMPP and mDNS/DNS-SD for smart objects has been evaluated with implementations of minimized, modular, and extensible software stacks for the IoT operating system Contiki. This includes a readily usable Application Programming Interface (API), an essential set of XMPP extension protocols, a proposal for lightweight and user-friendly event notification, a standardized bootstrapping, and a seamless fallback mechanism for ad hoc use cases when infrastructure services are failing for XMPP-driven smart objects. Furthermore, this thesis presents optimizations for the used protocols to reduce the network traffic in low data rate smart object networks (e.g., sensor-specific groups, enhanced message compression mechanisms). To sum up, this thesis shows how XMPP and mDNS/DNS-SD can be used economically on smart objects for the seamless integration with low effort into the current Internet infrastructure to enable a transparent (H2M) interaction and service discovery for the IoT. N2 - Mit der Integration von smarten Objekten ins Internet sollen Nutzer neue Möglichkeiten gewinnen, um direkt mit ihrer natürlichen Umwelt zu interagieren. Diese Vision wird das Internet der Dinge genannt, kurz IoT (englisch Internet of Things), und ist durch die Entwicklung von minimierten Internet Protokoll (IP) Stapeln geprägt, welche es erlauben smarte Objekte direkt mit dem Internet zu verbinden. IP alleine ermöglicht aber keine nahtlose Integration, weil erweiterte Dienste (z.B. Diensterkennung, Identitäts-Management) nur auf der Anwendungsschicht bereitgestellt werden können. Die aktuelle Entwicklung von Anwendungsprotokollen für das IoT konzentriert sich auf die Maschine-zu-Maschine Kommunikation und führt spezialisierte Protokoll-Gateways, Smart-Objekt-spezifischen Code oder Datendarstellungen ein, die eine nahtlose Integration behindern. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der nahtlosen Integration, Erkennung und Benutzung von smarten Objekten in die existierende Internet-Infrastruktur unter Mensch-zu-Maschine Kommunikationsaspekten durch die Verwendung und Anpassung bereits etablierter Protokolle, welche von der Internet Engineering Task Force (IETF) standardisiert worden sind. Der vorgeschlagene Ansatz wird Chatty Things genannt, da die Protokolle Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP), Multicast DNS (mDNS) und DNS Service Discovery (DNS-SD) Verwendung finden. Somit sind smarte Objekte ein natürlicher Teil des Netzes und machen das IoT leicht verwendbar für Jedermann, weil sowohl (nicht-technischen) Benutzern als auch Netzwerkadministratoren das gleiche Maß an Benutzerfreundlichkeit bereitgestellt werden kann, welche sie von bisherigen Internet-Anwendungen gewohnt sind. Die Anwendbarkeit von XMPP und mDNS/DNS-SD für smarte Objekte ist mit Implementierungen von minimierten, modularen und erweiterbaren Protokoll-Stapeln für das IoT-Betriebssystem Contiki bewertet worden. Dies beinhaltet eine leicht verwendbare Programmierschnittstelle, eine wesentliche Auswahl geeigneter XMPP-Erweiterungen, einen Vorschlag für eine leichtgewichtige und benutzerfreundliche Ereignisbenachrichtigung, eine standardisiertes Bootstrapping und einen Ausweich-Mechanismus für Ad-hoc-Anwendungsfälle, wenn Infrastrukturdienste versagen für XMPP-gesteuerte smart Objekte. Des Weiteren präsentiert diese Arbeit Optimierungen für die verwendeten Protokolle um den Datenstrom in Netzen mit niedriger Datenrate smarter Objekte zu reduzieren (z.B. durch Sensor-spezifischer Gruppen, erweiterte Nachrichten-Kompressionsmechanismen). Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, wie XMPP und mDNS/DNS-SD ökonomisch auf smarten Objekten für deren nahtlose Integration in die bestehende Internet-Infrastruktur verwendet werden können, um eine transparente (H2M) Interaktion und Diensterkennung für das IoT zu erlauben. KW - IoT KW - XMPP KW - mDNS KW - DNS-SD KW - Smart Object KW - Internet der Dinge KW - Industrie 4.0 KW - Industrie 4.0 KW - Internet der Dinge KW - Intelligentes Objekt KW - DNS KW - Kommunikationsprotokoll Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-38507 ER -