Prof. dr hab. inż. Franciszek Seredyński Warszawa, 24.07.2015 Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie Wydział Matematyczno Przyrodniczy Szkoła Nauk Ścisłych ul. Wóycickiego 1/3, 01-938 Warszawa R E C E N Z J A rozprawy doktorskiej mgr Grzegorza Oryńczaka nt. System agentowy dla wspomagania usług czasu rzeczywistego 1. Problematyka naukowa oraz przedmiot rozprawy Systemy komunikacyjne bazujące na transmisji czasu rzeczywistego stały się dzisiaj rdzeniem wielu współczesnych systemów informatyczno-komunikacyjnych oferujących różnorodne usługi, takie np. jak wideokonferencje, telewizja internetowa, sieciowe gry komputerowe, itp. Liczba tych usług stale rośnie i rosną jednocześnie wymagania w stosunku do systemów transmisji czasu rzeczywistego. Wysoka jakość usług (QoS) jaka jest wymagana od systemów czasu rzeczywistego jest funkcją wielu czynników, takich jak np. właściwy wybór protokołu warstwy transmisyjnej, zarządzanie przeciążeniem oraz zarządzanie procesem routingu pakietów, bezpieczeństwo transmisji oraz bezpieczeństwo infrastruktury. Projektowanie systemów komunikacyjnych czasu rzeczywistego odbywało się w sposób ewolucyjny, w trakcie którego różne wskazane wyżej czynniki były w większym lub mniejszym stopniu optymalizowane, ale nigdy nie były one uwzględniane kompleksowo z punktu widzenia projektowania systemów transmisji czasu rzeczywistego oferującego wysoką jakość usługi. Autor recenzowanej rozprawy doktorskiej postawił przed sobą ambitny cel: stworzenie jednolitego systemu transmisji czasu rzeczywistego, który uwzględni jednocześnie szereg wskazanych wyżej czynników mających wpływ na QoS, umożliwi jednoczesną obsługę wielu typów transmisji czasu rzeczywistego przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiego bezpieczeństwa systemu. W tym celu opracował nową oryginalną architekturę systemu transmisji czasu rzeczywistego, wykorzystującą zalety zarówno systemów rozproszonych jak też systemów zcentralizowanych. Umożliwia ona wybór algorytmów routingu zorientowanych na zapewnienie wymaganej jakości połączeń i jest wspomagana systemem reputacyjnym ukierunkowanym na zwiększenie bezpieczeństwa systemu. Architektura ta została zaimplementowana w postaci systemu symulacyjnego umożliwiającego badanie wpływu wielu czynników jednocześnie na wydajność, bezpieczeństwo oraz jakość funkcjonowania systemu. Doktorant przeprowadził wyczerpujące badania eksperymentalne zaproponowanej architektury systemu i jej składowych algorytmów i wykazał przewagę zaproponowanego rozwiązania w stosunku do rozwiązań klasycznych. Uważam, że rozważane w rozprawie zagadnienia są aktualne oraz w istotny sposób wpisują się w obszar informatyki. Teza rozprawy została jasno postawiona, a cel ściśle określony i w pełni osiągnięty. Rozprawa może zatem być przedstawiona jako monografia doktorska w dziedzinie informatyki. 1
2. Analiza treści rozprawy oraz uzyskanych wyników Rozprawa składa się z 10 rozdziałów, bibliografii obejmującej 104 pozycje literaturowe, spisu oznaczeń, spisu rysunków oraz spisu tabel. Rozprawa poprzedzona jest streszczeniem w j. polskim oraz j. angielskim. Całość pracy obejmuje 169 stron i ma ona charakter teoretycznoeksperymentalny. Najważniejsze rozdziały rozprawy to rozdziały 6, 7, 8 oraz 9, które zawierają oryginalne wyniki doktoranta. Rozdział 1 jest ogólnym wprowadzeniem do problematyki rozprawy. W Rozdziale 2 doktorant formułuje główne cele badań, tezę rozprawy oraz przedstawia krótko zrealizowane w rozprawie zadania. Rozdział 3 zawiera przegląd aktualnie istniejących systemów transmisji czasu rzeczywistego. W kolejnym rozdziale, Rozdziale 4 doktorant przedstawia koncepcję wieloagentowej architekturę proponowanego systemu komunikacyjnego transmisji czasu rzeczywistego, opartego na koncepcji sieci peer-to-peer (P2P). Wprowadza do tej architektury dodatkowe mechanizmy związane z routingiem, niezawodnością działania oraz bezpieczeństwem sieci. Rozdział 5 analizuje istniejące typy sieci P2P i doprecyzowuje przyjęty model wieloagentowej architektury adoptując najistotniejsze cechy P2P, a jednocześnie niwelując ich najważniejsze słabości. Wynikiem tego postępowania jest przyjęcie architektury hybrydowej z tzw. mechanizmem selfhealingu jako docelowej architektury sieci. W Rozdziale 6 doktorant prezentuje koncepcję systemu reputacyjnego, który wprowadza do zaproponowanej architektury sytemu transmisji czasu rzeczywistego, którego celem jest ocena poszczególnych węzłów tworzących sieć P2P oraz ocena jakości transmisji między węzłami. Opracowany przez doktoranta system reputacyjny bazuje na systemie reputacyjnym beta działającym w oparciu o metody statystyczne. System ten został w sposób istotny rozszerzony o mechanizm reputacji rekomendacyjnej oraz mechanizm wygaszania reputacji w czasie, jak też przez wprowadzenie algorytmu wykrywania koalicji, którego celem jest zwiększenie poziomu bezpieczeństwa i niezawodności systemu. W Rozdziale 7 doktorant zaproponował koncepcję optymalizacji routingu w projektowanym systemie transmisji danych czasu rzeczywistego. Do tego celu służy zaprojektowany Mechanizm Wspomagania Routingu (nazywany przez doktoranta Frameworkiem) wykorzystujący dane kontekstowe. Mechanizm ten składa się z 6 warstw, pracuje w 3 trybach oraz posiada dodatkowe mechanizmy zwiększające poziom bezpieczeństwa transmisji oraz zwiększenie jakości komunikacji. Wybór konkretnego sposobu routingu w zależności od dostępnych informacji kontaktowych opiera się na zaproponowanej przez doktoranta funkcji oceniającej oraz tzw. Portfolio Protokołów Routingu. W celu zapewnienia bezpieczeństwa routingu doktorant zaproponował dwie metody: pierwsza z nich wykorzystuje metody kryptograficzne, a druga oparta jest na metodach tzw. soft-security, a w szczególności na reputacji. Rozdział 8 przedstawia zaproponowany przez doktoranta oryginalny mechanizm odtwarzania i wyboru nowego serwera centralnego w sytuacji gdy aktualny węzeł centralny nie jest w stanie wypełniać dłużej swoich funkcji. Mechanizm ten składa się z trzech elementów odpowiedzialnych za: a) obserwację i wykrywanie wadliwej pracy centralnego serwera, b) przeprowadzenie rozproszonego głosowania w celu wyłonienia nowego centralnego serwera, oraz c) odbudowę centralnej bazy 2
danych. Mechanizmy te oparte są na koncepcji wprowadzonego wcześniej systemu reputacyjnego, w tym na wprowadzeniu tzw. Notariatów-wybranych węzłów o podwyższonym zaufaniu oraz dla celów bezpieczeństwa wykorzystują metody kryptograficzne, takie jak szyfrowanie oraz obustronne uwierzytelnienie. Rozdział 9 zawiera opis środowiska symulacyjnego implementującego zaproponowaną w rozprawie architekturę systemu transmisji czasu rzeczywistego oraz wyniki badań eksperymentalnych. Rozdział rozpoczyna się od opisu modelu łącza internetowego użytego w symulatorze łącze to jest jednym z pięciu modułów środowiska symulacyjnego. Przeprowadzono dwie serie eksperymentów. W pierwszej serii, której celem było sprawdzenie poprawności działania systemu symulacyjnego badano uproszczoną strukturę sieciową składającą się z czterech węzłów i jednego strumienia audio. Ta seria badań umożliwiła, między innymi, zbadanie wpływu rozmiaru okna czasowego oraz reputacji linii na jakość transmisji. W drugiej serii badano sieć składającą się z 50 węzłów oraz 233 linii międzywęzłowych, w której transmitowano jednocześnie wiele strumieni mowy. Badano charakterystyki strat pakietów występujących na liniach dla różnych scenariuszy straty pakietów, wpływ nieprzewidzialnych awarii na jakość transmisji oraz możliwość wykrywalności ataków sieciowych w trakcie routingu. Wyniki przeprowadzonych eksperymentów pokazały, że dzięki wprowadzonym mechanizmom routingu adaptacyjnego oraz systemu reputacyjnego: a) system doskonale się sprawdza w sytuacjach dłuższych degradacji, ograniczając zjawisko strat pakietów, b) skutecznie reaguje na nieprzewidziane awarie na trasach międzywęzłowych, c) potrafi wykrywać i reagować na ataki polegające na celowym gubieniu pakietów przez określony router (tzw. czarne dziury ), d) obserwowany wzrost jakości transmisji w systemie z adaptacją routingu i mechanizmem reputacji w porównaniu z systemem bez tych elementów wahał się między 7 a 154%. Ostatni z rozdziałów, Rozdział 10 zawiera podsumowanie i dyskusję wyników osiągniętych w rozprawie. 3. Najistotniejsze osiągnięcia przedstawione w rozprawie Rozprawa doktorska mgr Grzegorza Oryńczaka zawiera nowe, oryginalne wyniki dotyczące zagadnień wspomagania bezpiecznych usług czasu rzeczywistego. Głównym osiągnięciem doktoranta jest opracowanie nowego oryginalnego adaptacyjnego systemu podtrzymywania jakości i bezpieczeństwa transmisji danych. Na te osiągnięcie składają się następujące elementy: Oryginalne połączenie możliwości systemów zcentralizowanych oraz rozproszonych poprzez zaproponowanie wieloagentowej architektury systemu komunikacyjnego, w którym w danej chwili rolę centralnego serwera pełni jeden z węzłów, lecz w określonych okolicznościach, dzięki zaproponowanemu przez doktoranta mechanizmowi tzw. self-healingu odbywa się rozproszona procedura głosowania mająca na celu wybranie nowego centralnego serwera i odbudowanie bazy danych Zaproponowanie systemu reputacyjnego dla oceny działania węzłów systemu komunikacyjnego, a w tym opracowanie algorytmu wykrywania tworzenia się tzw. złośliwych koalicji w takim systemie Opracowanie Mechanizmu Wspomagania Routingu (tzw. Frameworku) wykorzystującego dane kontekstowe w celu adaptacyjnego wyboru najlepszego protokołu routingu Implementacja symulatora adaptacyjnego systemu podtrzymywania jakości i bezpieczeństwa transmisji danych oraz wyniki badań tego symulatora. 3
4. Uwagi merytoryczne W trakcie czytania rozprawy doktorskiej mgr Grzegorza Oryńczaka nasuwają się pewne uwagi o charakterze dyskusyjnym. Są to: Str. 53: wymagane jest, aby danego agenta oceniało jednocześnie co najmniej trzech innych agentów dlaczego trzech? kto sprawdza ilu agentów jednocześnie ocenia danego agenta? Str. 71: Zakłada się, iż agenci wewnątrz koalicji nie oceniają się negatywnie a jeżeli kilku z nich jest w zmowie i chcą przeprowadzić w ten sposób atak? Str. 109: Zadaniem Notariatów jest gromadzenie informacji społecznych (m.in. raportów ) w jaki sposób wykorzystuje się te raporty do wyznaczania w sposób kolektywny poziomu zaufania? Str. 111: Aby uniknąć prób destabilizacji... przyjęto, że wszelkie nieuzasadnione próby wyboru nowego serwera kończą się przerwaniem procedury głosowania w jaki sposób stwierdza się, że próby były nieuzasadnione i w jaki sposób przerywa się głosowanie? str. 114: W sytuacji gdy nowy serwer zacznie wykazywać oznaki nieprawidłowej pracy, zachowanie to zostanie wykryte jakie to są oznaki nieprawidłowej pracy, kto i w jaki sposób je wykrywa i jak jest wszczynane nowe głosowanie? doktorant zaimplementował duży system symulacyjny, umożliwiający testowanie bardzo dużej liczby scenariuszy i z powodów naturalnych tylko część ich była sprawdzana, testowana i umożliwiła eliminację pewnej liczby błędów programistycznych, które są nieuniknione. Czy nie lepiej było zbudować ten system symulacyjny na bazie systemów ns2/ns3, które powszechnie uważane są za wiarygodne? Powyżej przedstawione uwagi merytoryczne nie mają istotnego wpływu na jakość i wagę przedstawionych rozwiązań i w żadnym stopniu nie obniżają wartości pracy. Przedstawione przez doktoranta badane aspekty zostały ujęte wystarczająco szczegółowo i dokładnie. Reasumując można stwierdzić, że główne wyniki rozprawy potwierdzają osiągnięcie z powodzeniem założonego w rozprawie celu. 5. Uwagi redakcyjne i edytorskie Praca napisana jest precyzyjnym, a jednocześnie lekkim językiem, autorowi udało się zachować równowagę między formą i treścią. W pracy odnajduję kilka drobnych elementów językowoedytorskich, które należałoby skorygować: Str. 17: Brak objaśnienia parametru d_q z lewej strony wzoru (3.1) Str. 22: strumienie nie czasu rzeczywistego niezbyt eleganckie sformułowanie Str. 35: autor opracował i nadający jej niezawodności znanej z wymaga korekty Str. 39: Przegląd przez najpopularniejsze z nich niezbyt zręczne sformułowanie 4
Str. 44: nie jest zdolny do blokowanie stron wymaga korekty Str. 52: Rys. 6.2 powinien być lepiej wyjaśniony Str. 66: w ostatnim czasie zaproponowany został szereg metod wymaga korekty Str. 89: W tablicy 7.1 raczej używa się słowa tabela Str. 107: Główna idea działania sytemu.opiera się na połączniu wymaga korekty str, 126: Środowisko symulujące niezręczne sformułowanie. 6. Podsumowanie Podsumowując, stwierdzam, że przedstawiona do oceny rozprawa doktorska mgr Grzegorza Oryńczaka spełnia wymagania stawiane rozprawom doktorskim przez obowiązującą ustawę o stopniach i tytule naukowym. Uzyskane w rozprawie wyniki były przedmiotem dziewięciu publikacji: cztery artykuły opublikowano w czasopismach z tzw. wykazu ministerialnego B, a pozostałe były prezentowane na renomowanych międzynarodowych konferencjach oraz publikowane w materiałach tych konferencji, między innymi przez wydawnictwo IEEE. W konsekwencji stwierdzam, że rozprawa może ona stać się przedmiotem publicznej obrony. Wnoszę zatem o dopuszczenie mgr Grzegorza Oryńczaka do dalszych etapów przewodu doktorskiego. 5