Approche langage au développement du support protocolaire d'applications réseaux

Abstract

Une application réseau communique avec d’autres applications par le biais d’un ensemble consensuel de règles régissant la communication, appelé protocole. Cette communication est gérée par la partie de l’application connue comme la couche de support protocolaire qui gère la manipulation de messages protocolaires. Elle s’avère être un composant critique d’une application réseau puisqu’elle représente l’interface entre celle-ci et le monde extérieur. Elle est donc soumise à deux contraintes fortes : une contrainte d’efficacité pour pouvoir traiter un grand nombre de messages et une contrainte de robustesse pour faire face à des attaques visant à déstabiliser l’application ou la plate-forme matérielle sous-jacente. Malgré ces contraintes, le processus de développement de cette couche demeure rudimentaire et requiert un haut niveau d’expertise. Il consiste à traduire manuellement une spécification du protocole écrite dans un formalisme haut niveau comme ABNF vers du code bas niveau tel que du C. Le fossé entre ces niveaux d’abstraction favorise l’apparition d’erreurs. Cette thèse propose une approche langage au développement de la couche de support protocolaire d’applications réseaux, pour améliorer leur robustesse sans compromettre leur performance. Notre approche est fondée sur l’utilisation d’un langage dédié, Zebu, pour décrire la spécification des couches de support protocolaire d’applications réseaux qui utilisent des protocoles applicatifs textuels à la HTTP. La syntaxe de Zebu est très proche de celles du formalisme ABNF, favorisant ainsi l’adoption de Zebu par des experts du domaine. En annotant la spécification ABNF d’un protocole, l’utilisateur de Zebu peut adapter une couche de support protocolaire à une application donnée. Dans un premier temps, le compilateur Zebu vérifie la spécification annotée pour déceler d’éventuelles incohérences. Ensuite, une couche de support protocolaire définie par les annotations fournies est générée automatiquement. Cette couche consiste en un ensemble de structures de données pour représenter un message, un analyseur syntaxique qui remplit ces structures de données et des fonctions utilitaires pour l’accès à ces données ou piloter l’analyse syntaxique des messages. Par défaut, l’analyseur syntaxique de messages généré n’accepte que les messages respectant scrupuleusement la spécification. Ce critère de validation peut être modifié pour plus de flexibilité ou de meilleures performances. Les contributions de cette thèse sont les suivantes : - Nous avons effectué une analyse complète des applications réseaux. Grâce à cette analyse, nous avons identifié les paramètres d’entrée à la conception d’un langage dédié. - Nous avons conçu un langage dédié déclaratif, Zebu, permettant de spécifier la couche de support protocolaire propre à une application. Diverses spécifications ont été développées afin de valider le pouvoir d’expression du langage. - Nous avons développé un compilateur Zebu générant du code C pour le système d’exploitation Linux et une chaîne de compilation optimisée ciblant les systèmes embarqués. Nous avons effectué des expérimentations afin de mesurer l’impact de notre approche sur la robustesse des couches de support protocolaire. Cette étude nous a permis de montrer qu’une couche de support protocolaire fondée sur Zebu détecte au minimum quatre fois plus de messages invalides qu’une couche de support protocolaire équivalente. - Nous avons évalué les performances à l’exécution de différentes couches de support protocolaire dans des conditions réelles. Nous avons constaté à robustesse équivalente aucune perte de performance significative. L’approche fondée sur l’utilisation des langages dédiés que nous proposons dans cette thèse ouvre de nouvelles perspectives quant à l’utilisation de langages dédiés pour le développement d’applications réseaux robustes et performantes.