Doktoraty Wydziału IET

mgr inż. Andrzej Wilczyński

Promotor: dr hab. Joanna Kołodziej prof. PK
Dyscyplina: Informatyka

Dynamiczny rozwój dziedziny informatyki skutkuje ciągłym wzrostem popytu na usługi świadczone przez chmury obliczeniowe. Zapotrzebowanie to rodzi różnego rodzaju problemy, zwłaszcza gdy wielu klientów chce korzystać z tych samych usług w tym samym czasie. Sytuacja ta zmusza dostawców do skupienia się na odpowiednim harmonogramowaniu zlecanych zadań w celu osiągnięcia pożądanej jakości i tempa świadczenia usług, zgodnie z umowami określającymi gwarantowany poziom ich świadczenia. Celem szeregowania zadań w chmurach obliczeniowych jest stworzenie dokładnego harmonogramu, zgodnie z którym zadania będą wykonywane na określonym zasobie w danym czasie. Dostawcy usług muszą brać pod uwagę szczególne wymagania swoich klientów, które są związane przede wszystkim z jakością otrzymywanych wyników i minimalizacją kosztów. Harmonogramowanie zadań w chmurach obliczeniowych nie ogranicza się jednak tylko do tych czynników, bardzo ważne są również aspekty związane z bezpieczeństwem. Znaczenie tych zagadnień w nowoczesnych systemach IT wymaga innowacyjnych rozwiązań i ciągłych ulepszeń, dlatego w ramach tej rozprawy doktorskiej zaproponowane zostało nowe podejście do znajdowania optymalnego harmonogramu zgodnie z którym świadczone będą usługi. Rozwiązanie to zostało nazwane Secure Blockchain Scheduler i jest oparte na technologii bockchain.

Blockchain jest to zdecentralizowana księga rekordów przechowywana w formie cyfrowej, dystrybuowana przez sieć w tych samych kopiach. Kluczowym aspektem w sieci blockchain jest ustalenie, który użytkownik może publikować nowe rekordy, co wymaga wdrożenia modelu konsensusu. W ramach rozprawy zaproponowano algorytm Proof of Schedule, oparty na grze Stackelberga. Algorytm ten reguluje dodawanie nowych transakcji do bloków i określa sposób walidacji harmonogramów. Podejście to wymusza konkurencyjność pomiędzy różnymi dostawcami harmonogramów. Wygrywa ten, który uwzględniając wymagania klienta najszybciej przygotuje optymalny i bezpieczny harmonogram.

Kwestie bezpieczeństwa podczas przygotowywania harmonogramu i ciągle zmieniające się normy z tym związane również wymagają szczególnej uwagi i doskonalenia. W celu weryfikacji czy zaproponowany harmonogram spełnia odpowiednie wymogi w tym zakresie zdefiniowano poziom bezpieczeństwa harmonogramu jako security level. Na wartość security level wpływają trzy czynniki: prawdopodobieństwo awarii maszyny podczas wykonywania zadań, prawdopodobieństwo wysłania przez moduł harmonogramujący fałszywego lub niepoprawnego harmonogramu oraz prawdopodobieństwo nieautoryzowanej modyfikacji przygotowanego harmonogramu.

W ramach rozprawy zaimplementowano symulator Blockchain Secure Cloud Scheduler, w którym wykorzystano zaproponowany algorytm do znajdowania właściwego harmonogramu. Symulator został wykorzystany do przeprowadzenia eksperymentów porównawczych. Zwracane przez niego wyniki są optymalne i spełniają założone wymogi bezpieczeństwa, a na tle wyników zwracanych przez inne moduły harmonogramujące wypadają najlepiej. Delegowanie samego przygotowania harmonogramów pozwala na czerpanie korzyści finansowych przez dostawców za sam harmonogram bez konieczności jego wykonywania. Rozszerza to znacznie możliwości wykorzystania dostępnych na rynku modułów harmonogramujących zadania przez użytkowników końcowych.

phd_thesis_aw.pdf

dr hab. inż. Rafał Scherer prof. PCz tutaj.
dr hab. inż. Jędrzej Musiał tutaj.

Ważniejsze publikacje doktoranta:

1. A. Wilczyński, J. Kołodziej, “Modelling and Simulation of Security-aware Task Scheduling in Cloud Computing Based on Blockchain Technology”, Simulation Modelling Practice and Theory, Volume 99, 2020.
2. A. Wilczyński, A. Widłak, “Blockchain Networks – Security Aspects and Consensus Models”, Journal of Telecommunications and Information Technology, Volume 2, 2019, Pages 46-52.
3. A. Wilczyński, A. Jakóbik, J. Kołodziej, “Stackelberg Security Games: Models, Applications and Computational Aspects”, Journal of Telecommunications and Information Technology, Volume 3, 2016, Pages 70-79.
4. J. Kołodziej, A. Wilczyński, D. Fernandez-Cerero, A. Fernandez-Montes, “Blockchain Secure Cloud: a New Generation Integrated Cloud and Blockchain Platforms – General Concepts and Challenges”, European Cybersecurity Journal, Volume 4, Issue 2, 2018, Pages 28-35.
5. A. Jakóbik, A. Wilczyński, “Using Polymatrix Extensive Stackelberg Games in Security–Aware Resource Allocation and Task Scheduling in Computational Clouds”, Journal of Telecommunications and Information Technology, Volume 1, 2017, Pages 71-80.

www.awilczynski.me