Security and self-healability enforcement of dynamic components in a service-oriented system

131 Pages·2017·2.15 MB·English

by  Yufang Dan

Security and self-healability enforcement of dynamic
components in a service-oriented system
Yufang Dan
To cite this version:
Yufang Dan. Security and self-healability enforcement of dynamic components in a service-oriented
system. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. INSA de Lyon, 2014. English. ￿NNT:
2014ISAL0043￿. ￿tel-01175852￿
HAL Id: tel-01175852
https://theses.hal.science/tel-01175852
Submitted on 13 Jul 2015
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Numberofordre: 2014-ISAL-??? Year2014
THESIS
SECURITY AND SELF-HEALABILITY ENFORCEMENT OF
DYNAMIC COMPONENTS IN A SERVICE-ORIENTED
SYSTEM
defendat
L’INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUÉES DE LYON
forthedegreeof
DOCTOR OF PHILOSOPHY
Ecole doctorale : INFORMATIQUE ET MATHÉMATIQUES
submittedat28February2014
By
Yufang DAN
Defendat14May2014beforethecommissionofexam
JURY
Directeurs StéphaneFrénot Professeur INSAdeLyon
NicolasStouls Docteur INSAdeLyon
Rapporteurs LydieduBousquet Professeur UniversitéJosephFourier
GaelThomas HDR UniversitéPierreetMarieCurie
Examinateurs IoannisParissis Professeur UniversitéPierre-Mendés-France
FrédéricDadeau Docteur UniversitédeFranche-Comté
ThisthesisispreparedatCentred’InnovationenTélécommunicationsetIntégrationde
Services(CITI),
INSAdeLyon-INRIARhône-Alpes
Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2014ISAL0043/these.pdf
© [Y. Dan], [2014], INSA de Lyon, tous droits réservés
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Acknowledgement
First and the foremost, i would like to express my sincere gratitude to my
advisors Prof. Stephane Frenot and Dr. Nicolas Stouls for their support and
trust. Theyaremostresponsibleforhelpingmecompletethisthesisaswellas
the challenging research that lies behind it. Their wide knowledge and their
logical way of thinking have been of great value for me. They were always
there to meet and talk about my ideas, to proofread and mark up my papers,
and to ask me good questions to help me think through my problems. With-
out their encouragement, constant guidance, all their tolerance and patience, i
could not have finished this thesis. I would like to give special thanks to Dr.
Nicolas Stouls who has spent very much precious time to discuss my work
and to help me analyse the existed problems and so on during the three years
andahalf.
I take this opportunity to thank the jury members for spending their pre-
cious time to read and review this thesis, for taking a long trip to attend this
defence, and for giving me valuable comments. I am grateful for the financial
supportoftheCSCthroughUT-INSAproject.
IwouldalsoliketothankmydearcolleaguesatCITIlaboratoryforkindly,
professional sharing the experience on their study and work, i had a very
happy time in CITI for three years and a half. I specially would like to thank
administrativestaffsatCITIfortheirinstantsupportwheneverIaskedforone.
Next,Imustthankmydearneighbour,DanielleROCHE,youarereallylike
myfamilyandmybestfriendinFrench,youletmefeltiliveatherelikeinmy
country, even though my french sentences sometimes were not clear, you are
alwaystheresupportmeformyeverything.
Thelastbutnottheleast,Iwouldliketoextendmyspecialgratitudetomy
big family: my mother, father, sister, brother-in-law and my husband. Their
iii
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unconditional support has always helped me to bounce back whenever i felt
low.
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Abstract
Dynamic service-oriented architectures (D-SOA) focus on loosely coupled client-
serverinteractionswherebothofthemcanappearanddisappearatruntime. Ourgoal
istodesignmonitoringsystemsforthesearchitectures. Sinceclassicalmonitoringsys-
tems are statically injected into the monitored services, they can not properly handle
theruntimeservices’lifecycle. Moreover,whenaserviceissubstitutedbyanewone,
other services may still use the old reference. This reference is kept in memory as a
stalereferencewhichinducessomeforbiddenbehaviors.
This thesis contributes to design a monitoring system with resilient dynamicity
thatmonitorsservicesusageandisabletodealwithstalereferencesusage. Thisgoal
isachievedinthreesteps.
Firstly, by considering the dynamicity of SOA systems in an open environment,
wedesignacorrespondingdynamicmonitoringapproach. Weidentifytwokeyprop-
erties of the loosely coupled monitoring system: dynamicity resilience, i.e., after the
unregistration of a service, its interface monitor and its current state are kept alive in
memory and transferred to a new loaded service; comprehensiveness, i.e., the imple-
mentationsofthemonitoredinterfacecan’tbypassthemonitorobservations.
Secondly, to avoid stale references usage, we propose a client-side safe service
usage(SSU)layertoautomaticallyhandlethem. Ifausedservicedisappears,thenthe
SSUlayercaneithertransparentlysubstituteitorthrowanexceptiontotheclient. This
SSUlayerisbasedonatransactionalapproachwhichaimstopreservethecoherence
ofactiveservices.
Thirdly, we propose to integrate both approaches into a new monitoring system
(NewMS). The NewMS inherits the principles of both systems: dynamicity resilience,
comprehensiveness and fault tolerance. It can dynamically monitor service usage and
transparentlyhandlestalereferencesofdynamicSOAsystems.
AllthethreepropositionsareimplementedonOSGi-basedplatform. Wedevelop
asimpleapplicationthatsimulatesanAirlineReservationsystem,whichismonitored
byourmonitoringsystems. Wealsodevelopvariousautomatatohandlethedynamic-
ityoftheAirlineReservationsystemintheNewMS.Ourresultsdemonstratethatthe
timecostofourmonitoringsystemsisclosetooneofclassicalmonitoringsystems.
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Résumé
Les architectures dynamiques orientées services ( D-SOA) se concentrent sur les
interactions client-serveur à couplage faible, où les deux peuvent apparaître et dis-
paraître à l’exécution. Notre objectif est de concevoir des systèmes de surveillance
pour ces architectures. Comme les systèmes de surveillance classiques sont statique-
ment injectés dans les services surveillés, ils ne peuvent pas gérer correctement le
cycledeviedesservicesd’exécution. Enoutre,quandunserviceestremplacéparun
autre service, d’autres services peuvent toujours utiliser l’ancienne référence. Cette
référence vers un service absent, lorsqu’elle est gardée en mémoire, peut induire des
comportementsnondésirés.
Cettethèsecontribueàlaconceptiond’unsystèmedesurveillancedel’utilisation
des services, qui soit résistant à la dynamique de la plateforme et qui soit en mesure
defairefaceàl’utilisationdesréférencesobsolètes. Cebutestatteintentroisétapes.
Tout d’abord, en considérant le caractère dynamique des systèmes SOA dans un
environnement ouvert, nous concevons une approche de monitoring résistant au la
dynamique de la plateforme. Nous identifions deux propriétés clés du système de
surveillance à couplage faible: résilience à la dynamicité, c’est-à-dire qu’un moniteur
d’interface et son état sont maintenus en mémoire et transférés à un nouveau service
lors de la disparition d’un service utilisé, et exhaustivité, c’est-à-dire qu’un service
surveillénepeutpascontournerlesobservationsdumoniteur.
Ensuite,pouréviterl’usagederéférencesversdesservicesquinesontplusactifs,
nousproposonsunservicedesécuritécôtéclient(SSULayer),quipermetdetraiterce
problèmedemanièretransparente. Siunserviceutilisédisparaît,lacoucheSSUpeut
soitsubstituerleservicedemanièretransparente,soitleveruneexceptionpouravertir
explicitementleclient. CettecoucheSSUestbaséesuruneapprochetransactionnelle
quiviseàpréserverlacohérencedesservicesactifs.
Enfin, nous proposons d’intégrer les deux approches dans un nouveau système
desurveillance(NewMS).LesNewMShéritedesprincipesdesdeuxsystèmesprécé-
dents: la résilience à la dynamicité, l’exhaustivité et la tolérance aux fautes. Il peut
dynamiquement surveiller l’utilisation de services et traiter les références obsolètes
demanièretransparente.
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Ces trois propositions sont implémentées dans la plateforme OSGi. Nous avons
développéuneapplicationsimplequisimuleunsystèmederéservationdeplace,qui
est monitoré par notre systèmes. Nous avons également proposé différentes spécifi-
cationspourcesystème. Nosrésultatsdémontrentquelecoûtd’observationdenotre
moniteur est proche du coût d’un monitor classique, ne prenant pas en compte les
problématiquesliéesàladynamique.
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Contents
Acknowledgement iii
Abstract v
Résumé vii
Acronyms 1
1 Introduction 3
1.1 DynamicService-OrientedArchitectureOverview . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 Organizationofthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2 Backgroundandstateoftheart 11
2.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.1 WebServices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.2 OSGiFramework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.3 AspectJtechnology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 Monitoringsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.1 Propertiesclassifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.2 Hard-coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.2.1 JavaModelinglanguage(JML) . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.2.2 Spec#Programmingsystem . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.3 Soft-coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.3.1 EnforcementMonitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.3.2 JavaMOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.3.3 LarvaTool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.3.4 Monitoringofwebservices . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
ix
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