Decision-making of autonomous agents in networks with adversaries

Abstract

Στα σύγχρονα δίκτυα, οι κόμβοι χαρακτηρίζονται από ανεπτυγμένες ικανότητες ανεξάρτητης λήψης αποφάσεων, με αποτέλεσμα την αύξηση της δικτυακής επίδοσης σε τομείς όπως η διεκπεραιωτική ικανότητα, η κατανάλωση ισχύος και η επεκτασιμότητα, αλλά από την άλλη νέα θέματα ασφαλείας αναδύονται. Οι κόμβοι μπορεί να έχουν διαφορετικά, ή ακόμη και αντικρουόμενα συμφέροντα και ως εκ τούτου, μπορεί να προκύψουν θέματα «κακής συμπεριφοράς». Ο όρος αυτός αναφέρεται στην περίπτωση που οι κόμβοι συμπεριφέρονται με τρόπο διαφορετικό από αυτόν που προβλέπουν τα δικτυακά πρωτόκολλα. Επομένως,η «αλτρουιστική» συνεργασία μεταξύ των κόμβων δεν μπορεί να θεωρηθεί δεδομένη σε δίκτυα που αποτελούνται από αυτόνομους «ευφυείς» κόμβους (agents).Για αυτόν τον λόγο, μηχανισμοί που μπορούν να οδηγήσουν τους κόμβους σε μία ωφέλιμη για το δίκτυο συμπεριφορά, έχουν προταθεί στην βιβλιογραφία. Τέτοιοι μηχανισμοί είναι τα λεγόμενα μοντέλα εμπιστοσύνης, τα οποία στόχο έχουν την παροχή κινήτρων στους κόμβους προκειμένου να συμπεριφερθούν συνεργατικά για το δικό τους όφελος. Η διατριβή αυτή έχει ως σκοπό την μελέτη των αλληλεπιδράσεων αυτόνομων δικτυακών κόμβων όταν αυτοί χαρακτηρίζονται από διαφορετικά ατομικά συμφέροντα, καθώς και της επίδρασης των μοντέλων εμπιστοσύνης στην συμπεριφορά τους. Πιο συγκεκριμένα,μελετάμε πότε οι κόμβοι, με «εγωιστικά» ή «κακόβουλη» συμπεριφορά, επιλέγουν να μοιραστούν μεταξύ τους πληροφορία κάτω από κάποιο μηχανισμό επιβολής συνεργασίας όπως τα μοντέλα εμπιστοσύνης ή οι τιμωρητικές στρατηγικές. Ξεκινάμε διερευνώντας τον διαμοιρασμό πληροφορίας στο πλαίσιο της πιο βασικής λειτουργίας ενός δικτύου, της προώθησης πακέτου. Σε αυτή τη μελέτη αναλύεται η επίδραση των μηχανισμών εμπιστοσύνης και παρατήρησης των δράσεων των κόμβων και εξάγονται συνθήκες που αν ικανοποιούνται, οι κόμβοι συμμορφώνονται με μία ωφέλιμη για το δίκτυο συμπεριφορά. Στη συνέχεια, προχωράμε στην μελέτη του διαμοιρασμού πληροφορίας σε ψηλότερο επίπεδο, θεωρώντας ένα συγκεκριμένο μοντέλο μετάδοσης διάδοσης της πληροφορίας και μελετάμε το πρόβλημα του διαμοιρασμού της κατανεμημένης εκτίμησης παραμέτρων σε ένα εχθρικό περιβάλλον, όπου υπάρχουν κακόβουλοι κόμβοι που έχουν την δυνατότητα να διαχέουν ηθελημένα ψευδή πληροφορία. Αναπτύχθηκαν καινοτόμοι αλγόριθμοι οι οποίοι είναι εύρωστοι στην διάχυση ψευδούς πληροφορίας για να οδηγήσουν τους κόμβους σε αποδοτική εκτίμηση παραμέτρων και λήψη αποφάσεων. Τέλος, κάνουμε μία αφαίρεση και μελετάμε το πρόβλημα διαμοιρασμού πληροφορίας σε ένα πιο γενικό πλαίσιο, χωρίς να υποθέτουμε κάποιο μοντέλο διαμοιρασμού της πληροφορίας. Χρησιμοποιούμε την έννοια της δεσμευμένης αμοιβαίας πληροφορίας για να ποσοτικοποιήσουμε την αξία της πληροφορίας που μοιράζεται. Κατασκευάστηκαν κατάλληλες τιμωρητικές στρατηγικές οι οποίες μπορούν αποδεδειγμένα να διατηρήσουν την ανταλλαγή πληροφορίας. Για να επιτευχθούν οι ερευνητικοί στόχοι αυτής της διατριβής, χρησιμοποιούνται μέθοδοι από την Θεωρία Στοχαστικού Ελέγχου, την Θεωρία Παιγνίων, την Επεξεργασία Σήματος και Αλγόριθμοι Εκμάθησης.