Agenda - News & Agenda - Department of Computer Science, Faculty of Sciences, Vrije Universiteit Amsterdam

Home | News & Agenda | |

PhD Defence Albert Hankel

09-03-20 Time: 9.45 Location: Aula

Creating a low carbon sustainable society is one of the great challenges of the 21st century. Current climate change is caused by human behaviour [87] and to keep our planet from heating up too much, we need to drastically cut Green House Gas (GHG) emissions. The basic strategy for doing so is to electrify our activities, minimise our energy consumption and power these activities through the use of renewable energy. While such strategies may combat global warming, it does not necessarily lead to a sustainable society. The world population and its demand for resources put an increasingly larger pressure on the materials our planet can provide.
PhD Defence by Karine Miras

09-17-20 Time: 13.45 Location: Aula

Where is the robot? Life as it could be
PhD defence by Lenin Medeiros

09-23-20 Time: 13.45 Location: Online

Click the link to view the manuscript.
PhD Defence by Chris Broekema

09-28-20 Time: 11.45 Location: Aula

Commodity compute- and data-transport system design in modern large-scale distributed radio telescopes
PhD Defence by Taddeüs Kroes

09-28-20 Time: 15.45 Location: Aula

"Geheugenfouten" vormen een groot probleem voor de veiligheid van veelgebruikte software. Deze fouten vinden hun oorsprong in handmatig beheer van werkgeheugen zoals gevonden in onveilige programmeertalen zoals C en C++. Ondanks meer dan drie decennia van bewustzijn en onderzoek naar geheugenfouten, zijn onveilige programmeertalen tot op de dag van vandaag nog steeds populair. Er zijn weliswaar veilige programmeertalen ontwikkeld waarin programma's geen geheugenfouten kunnen bevatten, een eigenschap die "memory~safety" wordt genoemd. Toch zet de blijvende populariteit van onveilige talen aan tot het beschikbaar maken van memory safety voor bestaande software die hier nog geen gebruik van maakt. Oplossingen voor dit probleem moeten omgaan met een uitdagende afweging tussen de hoeveelheid veiligheid die ze kunnen leveren, een degradatie in snelheid van de software, en compatibiliteit met onorthodoxe programmeermethodes die in de praktijk helaas vaak voorkomen. De best bekende oplossingen bieden sterke veiligheid van software, i.e., volledige bescherming tegen (een klasse van) kwetsbaarheden. Echter, om dit te bereiken voegen ze langzame controlepunten en bijbehorende metadata toe aan de beveiligde software. In veelgebruikte programma's waar elke microseconde telt, is de toegevoegde executietijd vaak onacceptabel. Daarnaast worden de veiligheidsgaranties van automatische controlepunten dikwijls overschreden door onverwachte programmeermethodes. Ook al komen deze methodes doorgaans voort uit slechte gewoontes, is deze incompatibiliteit een extra reden voor ontwikkelaars om hun software niet te beveiligen. Nog een aspect van compatibiliteit is de mogelijkheid om een beveiliging toe te passen op programma's in binaire vorm, die reeds vertaald zijn naar van broncode naar machinecode. Veel beveiligingen, waaronder die gepresenteerd in deze dissertatie, werken met een programmarepresentatie op het niveau van broncode. Dit soort beveiligingen zijn dus niet beschikbaar voor binaire programma's waarvan de broncode niet beschikbaar is, bijvoorbeeld omdat deze geheim is of zelfs verloren gegaan. Het doel van deze dissertatie is om de drempel te verlagen voor de adoptie van beveiligingsmethodes. We verkennen de andere kant van de voorgenoemde afweging, met een sterke focus op snelheid en compatibiliteit, niet alleen op beveiliging. In paats van het toevoegen van dure controlepunten die volledige veiligheid bieden, ontwerpen we efficiënte controlepunten voor bekende klasses van kwetsbaarheden. Hierbij maken we gebruik van eveneens efficiënte methodes voor metadatabeheer. Daarnaast zetten we een stap richting de adoptie van beveiligingen, die normaal alleen op broncode werken, in binaire programma's. Dit doen we door deze programma's te vertalen naar een representatie op een hoger niveau, dezelfde die wordt gebruikt om broncode te vertalen naar machinecode. We focussen ons specifiek op drie veelvoorkomende klasses van kwetsbaarheden. Ten eerste staat onze encodering van geheugenadressen in Delta Pointers ons toe om overschrijdigen te detecteren aan (alleen) de bovengrens van geheugenbuffers. In tegenstelling tot bestaande methodes hiervoor, doen we dit zonder extra vertakkingen toe te voegen aan het programmaverloop. In plaats daarvan delegeren we het inherent conditionele gedrag van controlepunten aan de hardware. Hierdoor is onze detectiemethode sneller dan alle hiervoor bekende methodes. Ten tweede beschermt ons ontwerp van RedPool tegen overschrijding naar direct aangrenzende buffers (en niet ook naar verder gelegen buffers, wat niet altijd mogelijk is voor hackers). We maken hiervoor gebruik van zogenaamde "redzoning", het alloceren van ontoegankelijke "redzones" tussen verschillende buffers. We doen dit met een nieuwe methode die veel sneller is dan bekende methodes, door het vullen van redzones met een vlug te filteren constante, en door geheugen te organiseren in "slabs". Bovendien hergebruiken we redzones voor opeenvolgende objectallocaties waardoor we ze relatief goedkoop kunnen opschalen, en dus het detectiegehalte sterk kunnen verbeteren. Ten derde verdedigt onze geheugenorganisatie gebaseerd op objecttypes in Type-After-Type tegen de voornaamste exploitatiemethode van zogenoemde use-after-free kwetsbaarheden waarbij naar een stuk geheugen wordt gerefereerd nadat het wordt vrijgegeven, één van de grootste beveiligingsrisico's in moderne software zoals browsers. Dit gebeurt in ruil voor maar 5% toegevoegde executietijd, wat de gouden standaard is voor adoptie in industrie. Naast deze drie nieuwe beveiligingsmethodes, hebben we een raamwerk genaamd BinRec ontwikkeld voor het vertalen van binaire programma's naar een hogere representatie. Ons systeem is successvol in het toepassen van verscheidene beveiligingen op binaire code, en stelt ons bovendien in staat om arbitraire transformaties te verrichten op machinecode die normaal niet mogelijk zijn. We laten bijvoorbeeld zien dat we met sterke optimalisaties een binair programma kunnen specialiseren voor een specifieke invoer. Samenvattend biedt deze dissertatie een set aan efficiënte oplossingen voor memory safety, gereedschappen voor het verhelpen van bekende kwetsbaarheden die veel voorkomen in bestaande software. Door een sterke focus op snelheid en compatibiliteit trachten we meer praktische opties te bieden voor de beveiliging van kwetsbare programma's.
PhD Defence by Jan Willem Kleinrouweler

10-28-20 Time: 15.45 Location: Aula

Modeling and Optimization of Network Assisted Video Streaming Computernetwerken worden gedeeld door meerdere gebruikers en apparaten. Het verkeer van verschillende applicaties wordt samengevoegd op een netwerkverbinding waarvan de bandbreedte gedeeld moet worden. Videostreaming applicaties vereisen een relatief hoog en stabiel deel van de bandbreedte om een hoge videokwaliteit te kunnen leveren. De architectuur en protocollen die worden gebruikt door de huidige dominante technologie voor videostreaming, HTTP Adaptive Streaming (HAS), hebben sterk bijgedragen aan de massale schaal waarop videostreaming tegenwoordig plaatsvindt. Echter, de HAS architectuur en protocollen zijn ongeschikt voor de hoge eisen die aan ze worden gesteld. Verkeer van andere applicaties en andere videospelers in het netwerk hebben een aanzienlijke impact op de prestaties van HAS. Dit kan leiden tot een verlaging van de videokwaliteit, het regelmatig wisselen naar een te hoge of een te lage videokwaliteit ten opzichte van de beschikbare bandbreedte, of het moeten pauzeren van een stream omdat de buffer leeg is. Het niet kunnen leveren van een hoge videokwaliteit is slecht voor aanbieders van online videostreaming en netwerkoperatoren. Zij riskeren een verlies van inkomsten als gevolg van ontevreden gebruikers. Problemen bij het afleveren van videostreams kunnen de gebruiker afleiden, zijn vervelend, en gebruikers kunnen er zelfs voor kiezen een stream te stoppen. Veel wetenschappelijke inspanningen zijn gedaan om de gebruikerservaring te verbeteren. Veel van deze inspanningen richten zich op het verbeteren van de HAS speler, maar zien de belangrijke rol van het network over het hoofd. In dit proefschrift valideren we de hypothese dat het toevoegen van een controle-element in het network voor het assisteren van HAS spelers de videokwaliteit en eerlijkheid van de bandbreedteverdeling verbetert. Hiertoe ontwikkelen, analyseren, en optimaliseren we mechanismen en strategieën voor het verdelen van bandbreedte tussen HAS spelers. We combineren empirische- en theoretische onderzoeksmethodologieën om tot een breed bewustzijn te komen hoe netwerkoptimalisatie voor videostreaming werkt. We werken met echte implementaties en experimenten, welke ons in staat stellen om de verschillende mechanismen te evalueren en te verbeteren. Daarnaast gebruiken we modelleringstechnieken om snel strategieën door te rekenen en voor het begrijpen welke impact een strategie heeft op de algehele prestaties. Een controle-element in het netwerk voor HAS optimalisatie: Er bestaan geen netwerkelementen die de benodigde flexibiliteit en functionaliteit bieden om onze hypothese te valideren. Daarom presenteren we in hoofdstuk 2 het concept en twee uitvoeringen van ons controle-element. Het controle-element verzamelt informatie over het netwerk en de actieve videospelers. Op basis van deze informatie en een strategie verdeelt het controle-element de bandbreedte tussen de videospelers. De eerste implementatie van het controle-element heeft de vorm van een proxyserver. Deze transparante oplossing verzamelt informatie over actieve videospelers door het monitoren van HTTP verkeer. De proxyserver kan videospelers sturen door specifieke HTTP verzoeken aan te passen. De tweede implementatie van het controle-element maakt gebruik van Software Defined Networking (SDN) om de netwerkinfrastructuur te configureren. Deze implementatie communiceert direct met de videospelers om informatie te verkrijgen en om instructies uit te delen. Met behulp van het controle-element in een netwerk kunnen videospelers de optimale videokwaliteit leveren gegeven de huidige staat van het netwerk. Om dit concept te bewijzen omschrijven we een serie van experimenten in hoofdstuk 3. We vergelijken de prestaties van HAS spelers in gewone netwerken met de presentaties van HAS spelers in een netwerk waarin ons controle-element actief is. Voor beide implementaties van het controle-element kijken we naar interrupties in videostreams, de kwaliteit van de videostreams, hoe vaak een videospeler moet wisselen van videokwaliteit, en de eerlijkheid van de verdeling van bandbreedte. Daarnaast onderzoeken we de impact van verschillende technieken om HAS verkeer te prioriteren, waarbij we het type, het aantal, en de grote van de wachtrijen in een netwerkswitch variëren. We tonen aan dat onze oplossing helpt om pauzes in videostreams te voorkomen, het aantal wisselingen in videokwaliteit drastisch te verlagen en een eerlijke bandbreedte verdeling kan maken voor alle videospelers in het netwerk. In experimenten met 600 gelijktijdige videospelers tonen we de schaalbaarheid van onze oplossing. Modelleren van HAS in netwerken met het controle-element: De evaluaties in hoofdstuk 3 laten zien dat ons controle-element de HAS presentaties verbetert, maar het experimenteren met het controle-element kost veel tijd. In hoofdstuk 4 presenteren we een methode die helpt bij het begrijpen en voorspellen van de presentaties van HAS gegeven een strategie in ons controle-element. Door het process van startende en stoppende HAS spelers en een verdelingsstrategie in een model te vatten kunnen we de videokwaliteit, wisselingen van videokwaliteit, en de verdeling van bandbreedte tussen verschillende types videospelers voorspellen. Op basis van dit model maken we een analyse van strategieën voor het differentiëren van verschillende apparaten en gebruikers. Daarnaast bevat dit hoofdstuk een uitgebreide validatie om de hoge nauwkeurigheid van ons model aan te tonen. Als zodanig is ons model een effectieve methode om snel tot resultaten en inzichten te komen omtrent het verdelen van bandbreedte tussen videospelers in een gedeeld netwerk. Steeds meer video wordt geconsumeerd via mobiele netwerken. In vergelijking met vaste netwerken hebben mobiele netwerken andere eigenschappen als het gaat om het toewijzen van bandbreedte. De vraag dringt zich op hoe het controle-element de videokwaliteit en de efficiëntie van videostreaming in mobiele netwerken kan verhogen. In hoofdstuk 5 presenteren we een uitgebreide dataset met LTE signaalkwaliteit metingen. Met behulp van deze metingen formuleren we een Markov model om de LTE signaalkwaliteit in de nabije toekomst te voorspellen. Op basis van dit model maken we een strategie die de toewijzing van bandbreedte en het bufferen van video in de HAS speler combineert. De strategie kan de efficiëntie van het mobiele netwerk vergroten door extra video te downloaden wanneer de signaalkwaliteit goed is en minder video te downloaden wanneer de signaalkwaliteit slecht is. We bepalen de optimale parameters voor de strategie door het oplossen van een Markov beslisproces. We tonen aan dat onze strategie de videokwaliteit stabiel kan houden en de efficiëntie van het mobiele netwerk kan verhogen.