Семинар научного руководителя МИЭМ НИУ ВШЭ

1. Разработка и исследование алгоритмов декодирования на базе Суперкодов

Докладчик: Воднев Александр Андреевич

Научный руководитель: д.т.н., профессор Крук Евгений Аврамович

Настоящая работа посвящена улучшению криптографических свойств кода БЧХ в системе МакЭлиса. Для этого вместо случайной матрицы внедряется специально созданная «маскирующая», разработанная определенным образом. Предполагается, что такой подход сделает декодирование сообщений, прошедших через данный код, более сложным для злоумышленников, поскольку декодирование станет неоднозначным и потребует формирования списка.

Для проверки данной гипотезы предусмотрены эксперименты, реализуемые через создание библиотеки на языке программирования Python. Эта библиотека включает в себя основные методы для реализации кода БЧХ и системы МакЭлиса. Кроме того, предоставляются метрики, позволяющие оценить эффективность улучшенного кода. Проведение экспериментов позволит определить влияние внедрения маскирующей матрицы на криптографические свойства кода БЧХ и подтвердить или опровергнуть предположения о его улучшении.

2. Состояния Флоке и спектр квазичастиц в сверхпроводниках в высокочастотном поле

Докладчик: Секретёв Александр Александрович

Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор Гольцман Григорий Наумович

Инженерия состояний Флоке, управление квантовыми системами с исползованием периодического возбуждения, хорошо известная концепция в физике конденсированного состояния, восходящая к таким идеям, как обратный эффект Фарадея. Интерес к этой концепции в настоящее время актуализировался благодаря открытию и внедрению в производство различных «квантовых материалов», обладающих экзотическими квантовыми свойствами. Нами приведено теоретическое введения в применение подхода Флоке к двойным квантовым точкам, находящимся под действием внешнего периодического возбуждения. В случае двойной квантовой точки характерная амплитуда отстроенных пиков - отношение матричного элемента к расстоянию между уровнями - дается отношением амплитуды переменного потенциала к характерной энергии барьера. В случае мезоскопического кольца, в пределе малого постоянного магнитного потока через барьер, характерная амплитуда отстроенных пиков определяется лишь одним масштабом - амплитудой переменного потока Φ, а характеристики барьера выпадают из ответа. Добавление постоянного магнитного потока уменьшает амплитуду отстроенных пиков.

Основной вывод: картина модификации спектра в переменном поле в мезоскопических системах качественно отлична от того, что имеет место в макроскопических системах. В них реализуется разное предельное соотношение между матричным элементом и расстоянием между уровнями. Изза этого, в частности, полная вероятность найти систему в смещенных примерно на омега состояниях пропорциональна, для мезоскопических систем, первой степени амплитуды поля, а для макроскопических - второй степени амплитуды. Предельный случай, когда расстояние между уровнями меньше матричного элемента, не допускает рассмотрения в рамках простой теории возмущений по малой амплитуде переменного поля. Исследование этого предельного случая планируется на следующем этапе.

1. Хаотическая динамика обратимых и диссипативных систем

Докладчик: Самылина Евгения Александровна

Научный руководитель: доктор наук по прикладной математике, профессор Казаков Алексей Олегович

Диссертационное исследование посвящено изучению некоторых особенностей хаотической динамики двумерных и трёхмерных неконсервативных отображений. Для достижения поставленной задачи применялись аналитические, качественные и численные методы теории динамических систем. Был разработан программный комплекс, позволяющий выявлять в пространстве параметров системы области существования странных аттракторов и смешанной динамики, а также осуществлять продолжение бифуркационных кривых на плоскости параметров.

Ключевые слова: обратимое отображение, смешанная динамика, резонанс 1:3, псведогиперболический аттрактор, неголономная модель кельтского камня, дискретный аттрактор Лоренца, дискретный аттрактор типа Шильникова.

2. Разработка и анализ моделей обслуживания трафика в миллиметровых и терагерцовых сетях 5G/6G на пакетном уровне

Докладчик: Хайров Эмиль Маратович

Научный руководитель: д.т.н., профессор Кучерявый Евгений Андреевич

Диссертационное исследование посвящено исследованию и разработке модели пакетного трафика в сетях миллиметрового и субмиллиметрового диапазона радиочастот. Модель трафика должна учитывать изменяющиеся параметры радиоканала, в частности, выбираемую модуляционно-кодовую схему и отношение сигнал-шум, связанные с блокировками и микромобильностью. Для достижения поставленной задачи применяются аппараты как цепей Маркова в непрерывном времени, так и систем массового обслуживания. Для валидации получаемых результатов применяются средства имитационного моделирования. 

Ключевые слова: миллиметровые волны, 5G, блокировка, микромобильность, пакетная модель, цепи Маркова, теория массового обслуживания

3. Разработка метода повышения производительности трассировки лучей для моделирования радиоканалов в сетях 5G/6G с использованием машинного обучения

Докладчик: Просвиров Владислав Анатольевич

Научный руководитель: д.т.н., профессор Кучерявый Евгений Андреевич

Диссертационное исследование посвящено разработке и анализу метода, позволяющего с помощью машинного обучения увеличить производительность моделирования беспроводного канала методом трассировки лучей в сетях 5G/6G. Для достижения поставленной задачи применяются методы имитационного моделирования, статистического анализа и программирования.

Разработка осуществляется путем создания метода представления информации о состоянии канала и модели нейронной сети для предсказания данных о беспроводном канале между передатчиком и мобильным приемником.

Ключевые слова: трассировка лучей, машинное обучение, нейронная сеть, миллиметровый диапазон, субмиллиметровый диапазон, моделирование канала.

УГЛОВЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ ОПТИЧЕСКИХ ПОСТОЯННЫХ ПРОЗРАЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Докладчик: к.т.н., доцент Юрин Александр Игоревич

Научный консультант: д.т.н., профессор Вишняков Геннадий Николаевич

Диссертационное исследование посвящено разработке модифицированных методов измерений оптических постоянных прозрачных веществ. В работе решены задачи повышения точности и расширения спектрального диапазона средств измерений показателя преломления и угла вращения плоскости поляризации, а также снижения стоимости оборудования, применяемого для высокоточных измерений оптических постоянных. Достоверность полученных результатов подтверждена в процессе экспериментальных исследований.

Ключевые слова: оптические постоянные, измерение показателя преломления, измерение угла вращения плоскости поляризации, рефрактометрия, поляриметрия.

1. Дифференциальные игры в задачах построения гарантирующего управления

Докладчик: Гаража Илья Андреевич

Научный руководитель: д.т.н., профессор Афанасьев Валерий Николаевич

Настоящая работа посвящена разработке новых алгоритмов гарантирующего управления в задачах дифференциальных игр.

Актуальность проблемы оптимального управления в дифференциальных играх, сводимых к задаче оптимального управления нелинейными системами по квадратичному функционалу, обусловлена отсутствием универсальных подходов к решению поставленных задач. Разработка новых алгоритмов решения для определённого класса нелинейных систем позволит научному сообществу повысить разнообразие подходов отыскания оптимального управления. Метод линеаризации обратной связью является сравнительно недавним (конец 1990-х годов), а его применение к задачам дифференциальных игр стало весьма актуальным в последние 5 лет [1, 2].

В диссертационной работе были поставлены и решались следующие задачи:

- исследование изменения функционала качества после процесса линеаризации;

- поиск оптимальных управлений, удовлетворяющих функционалу линеаризованной системы;

- определение ограничений, при которых система имеет решения.

Литература

1. Fridovich-Keil, David et al. “Stable, Efficient Solutions for Differential Games with Feedback Linearizable Dynamics.” (2019);

 2. Fridovich-Keil, David et al. “An Iterative Quadratic Method for General-Sum Differential Games with Feedback Linearizable Dynamics.” 2020 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) (2019): 2216-2222.

2. Оценка вероятностей наступления  событий при реализации случайных подстановок из подмножеств специального вида

Докладчик: Чухно Андрей Борисович

Научный руководитель: д.т.н., профессор Рожков Михаил Иванович

Зачастую, при оценке надежности механизмов защиты информации, построенных на основе алгоритмов блочного шифрования, возникают задачи, связанные с исследованием свойств и характеристик множеств подстановок. Подстановки зачастую являются самостоятельными элементами итерационных преобразований соответствующих механизмов защиты. В этой связи изучение свойств подстановок, максимально усложняющих проведение процедуры дешифрования, приобретают особую практическую и теоретическую значимость. С другой стороны, сам алгоритм блочного шифрования можно трактовать как случайную подстановку, и с этой точки зрения важной становится оценка вероятности наступления событий, описывающих цикловую структуру подстановки, в частности, появление неподвижных точек. Данный подход позволяет в широком смысле судить о вероятности наступления некоторых событий, оказывающих негативное влияние на надежность механизмов защиты информации. В настоящее время на территории Российской Федерации действует стандарт [1], утверждающий два алгоритма шифрования информации. Один из алгоритмов – «Магма», являющийся версией стандарта [2] с фиксированным набором подстановок (S-боксов). Однако выбор конкретных подстановок не избавил «Магму» от унаследования слабостей исходного алгоритма, к которому применимы известные атаки [3],[4]. Оценка степени риска по отношению к данным атакам основывается на оценке вероятности появления неподвижной точки у случайно выбранной подстановки. Основные результаты по этому вопросу построены по известном асимптотическам поведения цикловой структуры подстановок [5], [6], [7]. В докладе изложены подходы к уточнению известных оценок.

Список литературы

[1] ГОСТ 34.12-2018 Информационная технология// Криптографическая защита информации// Блочные шифры, Стандартинформ, Москва, 2018 Стандартинформ 2018;

[2] ГОСТ 28147-89 Государственный стандарт союза ССР// Системы обработки информации. Защита криптографическая // Алгоритм криптографического преобразования, 1990;

[3] Takanori Isobe A Single-Key Attack on the Full GOST Block Cipher // Journal of cryptology — 2011, V. 26 — P. 172-189;

[4] Itai Dinur, O. Dunkelman, A. Shamir Improved Attacks on Full GOST // FSE 2012: Fast Software Encryption — 2012, P. 9-28;

[5] В. Н. Сачков, Курс комбинаторного анализа, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», М.–Ижевск, 2013;

[6] В. Ф. Колчин, Б. А. Севастьянов, В. П. Чистяков, Случайные размещения, Наука, Москва, 1976;

[7] Diaconis P., Fulman J., Guralnick R., On fixed points of permutations, Algebr Comb, 2008, vol. 28, pp. 189–218.

Структурированные предпочтения в задачах коллективного выбора

Докладчик: канд. экон. наук., доцент Карпов Александр Викторович

Представлены результаты по математическим моделям предпочтений, применяемых в задаче голосования и задаче нахождения устойчивых паросочетаний. Рассмотрены практически значимые ограничениям на профиль предпочтений коллектива: однопиковые предпочтения, сепарабельные предпочтения, предпочтения с единственным пересечением, евклидовы предпочтения, и их расширения. Представлены применения структурированных предпочтений в области вычислительной теории коллективного выбора.

Алгоритмы встраивания дополнительной информации в цифровые изображения на основе метаэвристической оптимизации

Докладчик: Мельман Анна Сергеевна

Научный руководитель: к.т.н., доцент Евсютин Олег Олегович

Диссертационное исследование посвящено сокрытию информации в цифровых изображениях. Разработка схем встраивания данных в цифровые изображения связана с проблемой соблюдения баланса между основными показателями качества встраивания: незаметностью, ёмкостью, робастностью. Обеспечение некоторого компромисса между ними может рассматриваться как задача оптимизации. В рамках диссертационного исследования для её решения использовались классические и современные алгоритмы метаэвристической оптимизации. Был предложен новый подход к постановке задач оптимизации для повышения эффективности встраивания данных в частотную область изображений, отличающийся возможностью выбора произвольной метаэвристики. Были разработаны два новых алгоритма встраивания информации в цифровые изображения на основе метаэвристической оптимизации: в частотную область дискретного преобразования Фурье и в гибридную пространственно-частотную область. Результаты экспериментов показали, что разработанные алгоритмы демонстрируют высокий уровень незаметности и ёмкости, безошибочное извлечение встроенных данных, а также не требуют дополнительной информации, уникальной для каждого изображения, для извлечения информации или повторной оптимизации на этапе извлечения.

О хаотических аттракторах и репеллерах в системах с компактным фазовым пространством

Докладчик: Чигарев Владимир Геннадьевич

Научный руководитель: доктор наук по прикладной математике, профессор Казаков Алексей Олегович

Диссертационная работа посвящена исследованию хаотической динамики систем, описываемых диффеоморфизмами на компактных многообразиях. Разработаны новые методы анализа хаотической динамики, включая определение границ применимости теории линейного отклика и проверку неравномерной гиперболичности системы. Продемонстрирован новый сценарий столкновения хаотического аттрактора с репеллером для отображений на трехмерном торе, а также разработаны методы построения гетероразмерных циклов. Создан программный комплекс для исследования обратимых и диссипативных систем. Результаты работы представлены на международных конференциях и семинарах, а также опубликованы в ведущих журналах по теории динамического хаоса.

1. Точные и приближенные алгоритмы оценки манипулируемости процедур агрегирования

Докладчик: Александр Александрович Иванов

Научный руководитель: д.т.н., профессор Алескеров Фуад Тагиевич

Манипулирование - это ситуация, когда во время голосования участник или группа участников вписывают в бюллетень неискренние предпочтения, чтобы достичь лучшего для себя результата процедуры агрегирования. В 1970 гг. было доказано, что любая недиктаторская процедура агрегирования является манипулируемой. С тех пор исследовался вопрос: какая процедура агрегирования является наименее манипулируемой? В работе рассматриваются алгоритмы для оценки манипулируемости 30 процедур агрегирования для случаев 3, 4 и 5 альтернатив для 3..100 участников голосования. Для случая 3 альтернатив приводятся алгоритмы получения точных оценок индексов манипулируемости. Для случая 4 и 5 альтернатив приводятся алгоритмы, позволяющие получить приближённые (с точностью до 0.001) оценки индексов манипулируемости. Рассматриваются случаи как индивидуального манипулирования, когда один участник предъявляет неискренние предпочтения, так и коалиционного манипулирования, когда группа участников может манипулировать.

2. Исследование кодов в групповых алгебрах неабелевых групп и анализ стойкости некоторых кодовых криптосистем

Докладчик: Веденев Кирилл Владимирович

Научный руководитель:  к.т.н., доцент ЮФУ Косолапов Юрий Владимирович

Доклад посвящен проблемам исследования помехоустойчивых кодов и применения кодов в постквантовой криптографии. Будут представлены результаты исследования кодов, представимых в виде идеалов групповых алгебр диэдральных и метациклических групп, а именно: их полное алгебраическое описание, оценки параметров, связь с теорией циклических кодов, алгоритмы декодирования и криптографические свойства. В области исследования стойкости кодовых криптосистем будут представлены следующие результаты: две структурные атаки на криптосистему Иванова-Крука-Зяблова, реакционные атаки на криптосистемы, основанные на квази-групповых и квази-воспроизводимых MDPC-кодах, а также теоретические оценки вероятности ошибочного декодирования для небинарных MDPC-кодов, позволяющие строить семантически стойкие криптосистемы типа BIKE и LEDACrypt.

1. Исследование структурных и электрофизических свойств пленок поликристаллического кремния для создания малогабаритных резисторов

Докладчик: Федотов Артем Владимирович

Научный руководитель: к.т.н., доцент Самбурский Лев Михайлович

Исследование посвящено определению оптимальных конструкционно-технологических параметров пленок поликристаллического кремния для применения в интегральной кремниевой оптоэлектронике. Данные пленки необходимы для оптимизации характеристик твердотельных лавинных фотодетекторов. Для реализации данной задачи предусмотрена комплексная работа по постановке экспериментов и анализу результатов исследования структурных и электрофизических свойств пленок, а также использованию полученных экспериментальных результатов в технологии и конструкции конечных устройств. Также планируется оптимизация и калибровка модельных решений в специализированном приборно-технологическом ПО (Sentaurus TCAD).

2. Разработка методики моделирования тепловых процессов в радиоэлектронной аппаратуре с обеспечением повышенной надежности на ранних этапах проектирования

Докладчик: Фролов Степан Иванович

Научный руководитель:  д.т.н., профессор Кофанов Юрий Николаевич

Диссертационное исследование посвящено вопросам разработки новой методики теплового моделирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и повышения ее надежности посредством уточненного, по сравнению с применяемыми ныне методиками, расчета температур элементов на печатных платах. Наиболее актуальной тема диссертационного исследования является для РЭА ответственного назначения, работающей при условиях, близких к предельно допустимым. Такая аппаратура устанавливается на борту космических и летательных аппаратов, на буровых установках, на наноспутниках. В работе показаны примеры применения разработанной методики на простых устройствах, в земных условиях и в условиях космического вакуума. Новизна исследования заключается в использовании топологических объединенных – электрических и тепловых моделей, в единую при введении в них зависимых источников тока и напряжения.

1. Разработка и исследование сверхпроводникового однофотонного детектора для фотонных интегральных схем

Докладчик: Вовк Николай Александрович

Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор Смирнов Константин Владимирович

В настоящей работе представлена технология создания сверхпроводникового однофотонного детектора, интегрированного в планарный волновод из SiNx. В работе теоретически было показано, что толщина верхнего буферного слоя планарного волновода существенно влияет на поглощение эванисцентной моды сверхпроводниковой полоской, которая может служить однофотонным детектором. Моделирование показывает, что при уменьшении толщины кора планарного волновода снижается технологический допуск к толщине верхнего буферного слоя и длине детектора различной топологии при сохранении высокой эффективности детектирования.   Разработана планарная технология создания волноводных структур с интегрированными сверхпроводниковыми однофотонными детекторами сформированных из нитрид ниобиевых пленок, осажденных методом PEALD с предварительным процессом планаризации. Так же в разработанной технологии предлагается новый метод согласования телекоммуникационного волокна с устройством ввода излучения в планарный волновод, выполненного в виде дифракционной решетки. А в качестве эффективного соединения волокно-волновод используется трехмерная структура из полимера, интегрированная в решетчатый элемент связи.

2. Разработка и исследование моделей и алгоритмов обработки информации для магниторезистивных устройств преобразователей перемещений

Докладчик: Денисов Михаил Владимирович

Научный руководитель:  д.т.н., профессор Каперко Алексей Федорович

В работе предлагается устройство стенда для измерений характеристик анизотропного магниторезистивного (АМР) углового датчика. Также приводится методика измерений для снятия характеристик: потребляемого тока, зависимостей выходных напряжений от угла поворота бесконтактного анизотропного резистивного датчика угла. Представлена математическая модель расчета вносимых погрешностей. Предполагается, что результатом работы будет построение модели магниторезистивного чувствительного элемента и датчика в совокупности с магнитомеханической системой. Реализация программных алгоритмов обработки сигналов, учитывающих особенности чувствительного элемента, должна улучшить точностные характеристики разрабатываемого устройства и расширить возможности его применения.

1. Разработка алгоритмов повышения эффективности квантового распределения ключей для магистральных линий сверхбольшой протяжённости

Докладчик: Морозов Владимир Игоревич

Научный руководитель:  к.т.н., доцент Евсютин Олег Олегович

В настоящее время уровень развития технологий позволяет создавать квантовые каналы, пригодные для задач распределения ключей. Однако, в силу несовершенства аппаратуры, используемой для построения таких каналов, возможности существующих практических реализаций систем квантового распределения ключей (СКРК) ограничены. Одним из основных ограничений является относительно малая длина линий связи, на которых возможно построение устойчивых квантовых каналов, что препятствует массовому внедрению данной технологии. Механизмы, которые планируется разработать в результате данного исследования, позволят частично компенсировать ключевые недостатки аппаратного обеспечения, что, как следствие, приблизит возможность создания таких СКРК.

2. Методика проектирования систем промышленного интернета вещей

Докладчик: Эбрахим Али

Научный руководитель: к.т.н., доцент Иванов Илья Александрович

Цель работы заключается в повышении эффективности проектирования систем промышленного интернета вещей за счет автоматизированного подбора компонентов и определения оптимальной структуры системы. Для этого используется четырёхуровневая модель, которая позволяет рассмотреть проблему распределения ресурсов при проектировании системы промышленного интернета вещей. Для формулирования задачи оптимизации и требований к программному комплексу автоматизированного проектирования в настоящее время ведутся работы над предметно-ориентированным языком (англ. Domain-Specific Language, DSL). Новизна работы заключается в разработке упрощенного систематического метода проектирования систем промышленного интернета вещей с аппаратной точки зрения. Много найденной сегодня литературы имеет форму эталонных архитектур или рекомендаций, которые носят общий характер, и с ними трудно справиться особенно неопытному специалисту. Когда находятся подробные методы проектирования и оптимизации системы, они часто относятся только к одной технологии (LoRaWAN, …) и не охватывают все аспекты (например, оптимальное распределение шлюзов для получения максимального покрытия, но не выбор самих шлюзов или конечных устройств). Также разработан предметно-ориентированный язык, оптимизированный для структуры IIoT, в отличие от других языков, предназначенных для моделирования и генерации кода. Этот язык помогает применять предложенный метод, используя простой синтаксис.

3. Построение центра управления сетевой безопасностью на основе моделей выявления критичных привилегий и оценки рисков

Докладчик: Белявский Дмитрий Алексеевич

Научный руководитель:  к.т.н., доцент Кабанов Артем Сергеевич

В настоящей работе исследуются подходы к определению критичных привилегий пользователей в сетевых инфраструктурах организаций, исследуются модели угроз, связанных с критичными привилегиями пользователей, а также проводится выявление и оценка рисков информационной безопасности для различных критичных привилегий пользователей. Целью работы является построение оптимальных моделей работы привилегированных пользователей для повышения эффективности центра управления сетевой безопасности в организациях.