- / -

- / -

Στην διδακτορική διατριβή αναπτύξαμε ασφαλή και έμπιστα πρωτόκολλα επικοινωνιών εισάγοντας ένα νέο μοντέλο έμπιστου συστήματος που ικανοποιεί τις συνεχώς εξελισσόμενες απαιτήσεις των υπολογιστικών συστημάτων. Για την ανάπτυξη του μοντέλου μας συνδυάσαμε την μαθηματική λογική και τα φαινόμενα κατωφλίου που προκύπτουν ασυμπτωτικά στην ανάπτυξη των συνδυαστικών δομών. Η βασική ιδέα της διδακτορικής διατριβής είναι ότι στα δυναμικά γενικά συστήματα υπολογισμού δεν μπορεί η έννοια της εμπιστοσύνης και της ασφάλειας να είναι στατική. Πιστεύουμε ότι ένα έμπιστο και ασφαλές σύστημα θα πρέπει να μελετάται με στατιστικές, ασυμπτωτικές παραμέτρους, καθώς τα τμήματα του συστήματος εξελίσσονται. Κατά συνέπεια, ο κύριος στόχος μας είναι να καθορίσουμε την εμπιστοσύνη ως μια ιδιότητα του συστήματος που «εμφανίζεται» όταν ισχύουν ασυμπωτικά, σχεδόν βέβαια ένα σύνολο λογικών ιδιοτήτων στις τυχαίες δομές επικοινωνίας, οι οποίες διαμορφώνουν τα συστήματα υπολογισμού. Στην διδακτορική διατριβή καθορίζονται διάφορες ιδιότητες που σχετίζονται με την ασφάλεια και εμπιστοσύνη του συστήματος και εκφράζονται χρησιμοποιώντας την λογική πρώτης ή δεύτερης τάξης και ταυτόχρονα ορίζονται και οι προϋποθέσεις κάτω από τις οποίες αυτές οι ιδιότητες εμφανίζονται στο όριο τους, καθώς το σύστημα αυξάνεται. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιούμε μοντέλα γράφων που μπορούν ρεαλιστικά να περιγράψουν ένα δυναμικό και συνεχώς εξελισσόμενο δίκτυο και δείχνουμε ότι αυτά τα μοντέλα μπορεί να χρησιμοποιηθούν για να ικανοποιούν διάφορες ``καλές'' ιδιότητες, οι οποίες του επιτρέπουν μια ασφαλή επικοινωνία. Το τελευταίο διάστημα παρουσιάζουν αρκετό ερευνητικό και επιστημονικό ενδιαφέρον τα ασύρματά δίκτυα που χρησιμοποιούν συσκευές με μικρούς πόρους σε μνήμη και ενέργεια. Επιπλέον η διδακτορική διατριβή περιλαμβάνει τον σχεδιασμό και την υλοποίηση νέων κρυπτογραφικών πρωτοκόλλων διαχείρισης κλειδιού σε τέτοια ασύρματα δυναμικά δίκτυα . Εδώ παρουσιάζουμε κρυπτογραφικά πρωτόκολλα που είναι κατάλληλα για μια μη στατική δομή δικτύου, τα οποία δεν απαιτούν συγκεκριμένη τοπολογία δικτύου και στηρίζονται μόνο στις απλές περιορισμένου φάσματος ανταλλαγές μηνυμάτων. Για να μπορέσουμε να αναπτύξουμε αυτά τα πρωτόκολλα βασιστήκαμε σε γνωστές κρυπταναλιτικές μεθόδους χρησιμοποιώντας πρωτόκολλα κρυπτογράφησης και αποκρυπτογράφησης. Τέλος η μελέτη μας δίνει έμφαση στα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των πρωτοκόλλων μας δεδομένης της διαθέσιμης τεχνολογίας, των αντίστοιχων κριτηρίων αποδοτικότητας (ενέργεια, χρόνος) και του παρεχόμενου επιπέδου ασφάλειας. / In this Phd thesis,, we try to use formal logic and threshold phenomena that asymptotically emerge with certainty in order to build new trust models and to evaluate the existing one. The departure point of our work is that dynamic, global computing systems are not amenable to a static viewpoint of the trust concept, no matter how this concept is formalized. We believe that trust should be a statistical, asymptotic concept to be studied in the limit as the system's components grow according to some growth rate. Thus, our main goal is to define trust as an emerging system property that ``appears'' or "disappears" when a set of properties hold, asymptotically with probability$ 0$ or $1$ correspondingly . Here we try to combine first and second order logic in order to analyze the trust measures of specific network models. Moreover we can use formal logic in order to determine whether generic reliability trust models provide a method for deriving trust between peers/entities as the network's components grow. Our approach can be used in a wide range of applications, such as monitoring the behavior of peers, providing a measure of trust between them, assessing the level of reliability of peers in a network. Wireless sensor networks are comprised of a vast number of ultra-small autonomous computing, communication and sensing devices, with restricted energy and computing capabilities, that co-operate to accomplish a large sensing task. Sensor networks can be very useful in practice. Such systems should at least guarantee the confidentiality and integrity of the information reported to the controlling authorities regarding the realization of environmental events. Therefore, key establishment is critical for the protection in wireless sensor networks and the prevention of adversaries from attacking the network. Finally in this dissertation we also propose three distributed group key establishment protocols suitable for such energy constrained networks. This dissertation is composed of two parts. Part I develops the theory of the first and second order logic of graphs - their definition, and the analysis of their properties that are expressible in the {\em first order language} of graphs. In part II we introduce some new distributed group key establishment protocols suitable for sensor networks. Several key establishment schemes are derived and their performance is demonstrated.

- / -

- / -

Τα Αποτυπώματα αποτελούν μια κομψή και αποτελεσματική λύση στο Πρόβλημα της Ισότητας στην Πολυπλοκότητα Επικοινωνίας. Τα Κβαντικά τους αντίστοιχα είναι ένα παράδειγμα της εκθετικής μείωσης στο κόστος επικοινωνίας που είναι εφικτή όταν χρησιμοποιείται κβαντική αντί για κλασσική πληροφορία. Το πλεονέκτημα αυτό οδήγησε σε αρκετά χρόνια έρευνας με ενδιαφέροντα αποτελέσματα. Επιπλέον, πρόσφατες δημοσιεύσεις υποδεικνύουν αποδοτικούς τρόπους για πειραματική υλοποίηση των Κβαντικών Αποτυπωμάτων. Τέλος, τα Κβαντικά Αποτυπώματα αποδεικνύονται ισχυρά εργαλεία στο χώρο της Κβαντικής Κρυπτογραφίας, επειδή διαθέτουν δυνατότητα αξιόπιστης απόκρυψης πληροφορίας. Σε αυτήν την εργασία εξετάζουμε τα Κβαντικά Αποτυπώματα στο πλαίσιο της Κβαντικής Κρυπτογραφίας και διερευνούμε τη χρήση τους για την κατασκευή πειραματικώς υλοποιήσιμων Κβαντικών Χρημάτων. / Fingerprints provide an elegant and cost-e ective solution to the Equality Problem in communication complexity. Their quantum counterpart is one example where an exponential gap exists between classical and quantum communication cost. Moreover, recent publications have proposed e cient ways to construct and work with quantum ngerprints in practice. Apart from the savings in communication cost, quantum ngerprints have an additional, inherent feature, namely the ability to hide information, which renders them a perfect candidate for Quantum Cryptography. This thesis reviews quantum ngerprints both as a communication complexity asset as well as a crypto-primitive and investigates the use of Quantum Fingerprinting to implement experimentally feasible Quantum Money schemes. We propose a public-key Quantum Money scheme comprising Quantum Fingerprints as well as an experimental implementation of it, feasible with current technology.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία, σκοπός μας είναι η μελέτη, οργάνωση και υλοποίηση πρωτοκόλλων ελέγχου. Το κάθε πρωτόκολλο ελέγχου ευθύνεται για τη διεξαγωγή των ελέγχων στα ιατρικά μηχανήματα. Περιλαμβάνει δε, τα δομικά στοιχεία των ελέγχων, που είναι οι μετρήσεις ελέγχου, καθώς και τις αντίστοιχες ομάδες μηχανημάτων. Στην εργασία μας, για την εκτέλεση των εργασιών, χρησιμοποιήσαμε, κατά βάση, την εφαρμογή PRAXIS, μια εφαρμογή που διαχειρίζεται τη βιοϊατρική τεχνολογία σε νοσοκομειακό επίπεδο. Επίσης, υλοποιήσαμε έναν εναλλακτικό τρόπο διαχείρισης των πρωτοκόλλων/μετρήσεων ελέγχου, μέσω της εφαρμογής ACME, με την οποία παρέχουμε και κάποιες βελτιωτικές δυνατότητες ως προς το PRAXIS. Περιληπτικά η διάρθρωση της εργασίας μας έχει ως εξής: Στο 1ο Κεφάλαιο, εισάγουμε τον αναγνώστη στην επιστήμη της Βιοϊατρικής Τεχνολογίας. Στο 2ο Κεφάλαιο, παρουσιάζουμε τις βασικές αρχές της Κλινικής Μηχανικής, δηλαδή του τομέα εκείνου της Βιοϊατρικής Τεχνολογίας, που είναι υπεύθυνος για τη διαχείριση του ιατρικού εξοπλισμού, στα νοσοκομεία. Αναλύονται τόσο το Τμήμα Κλινικής Μηχανικής (CED), όσο και οι ομάδες ιατρικών μηχανημάτων, μαζί με το πρόγραμμα ελέγχων-συντήρησης IPM. Στο 3ο Κεφάλαιο, αναφερόμαστε στα συστήματα διαχείρισης βιοϊατρικής τεχνολογίας και πιο συγκεκριμένα στην εφαρμογή PRAXIS, στα τεχνικά χαρακτηριστικά, την οργάνωση και τις δυνατότητες που παρέχει. Στο 4ο Κεφάλαιο, παρουσιάζουμε τον τρόπο διαχωρισμού-ομαδοποίησης των μετρήσεων ελέγχου, προβλήματα που αντιμετωπίσαμε και τρόπους επίλυσης και τελικά τη διαδικασία καταχώρησης των μετρήσεων ελέγχου μέσω του PRAXIS. Στο 5ο Κεφάλαιο, καθορίζουμε τους κανόνες που διέπουν τη διασύνδεση μετρήσεων ελέγχου-πρωτοκόλλων ελέγχου-ομάδων μηχανημάτων και τελικά τη διαδικασία υλοποίησης των πρωτοκόλλων ελέγχου μέσω του PRAXIS, παράλληλα με την προσθήκη σε αυτά των αντίστοιχων μετρήσεων ελέγχου και ομάδων μηχανημάτων. Στο 6ο Κεφάλαιο, αναλύουμε την εφαρμογή ACME, μια εφαρμογή που υλοποιήσαμε ως εναλλακτικό τρόπο διαχείρισης, τη συγκρίνουμε με το PRAXIS, παρουσιάζουμε τις δυνατότητές και τις βελτιώσεις της και περιγράφουμε τον τρόπο χρήσης της για την διεκπεραίωση των εργασιών. Στο 7ο Κεφάλαιο, παρέχουμε χρήσιμα περιληπτικά στατιστικά στοιχεία από την όλη μελέτη μας, καταλήγουμε σε συμπεράσματα και κάνουμε προτάσεις. Τέλος, στο Παράρτημα, παραθέτουμε πλήρη εκτυπωμένα παραδείγματα πρωτοκόλλων, τόσο μέσω του PRAXIS, όσο και μέσω της ACME. / -

Ο ανερχόμενος κλάδος των ασύρματων δικτύων αισθητήρων (Wireless Sensor Networks - WSNs) συνδυάζει δυνατότητα αίσθησης, υπολογισμού και επικοινωνίας σε μια μικρή συσκευή. Ενώ οι δυνατότητες ενός και μόνο κόμβου – αισθητήρα (mote) είναι ελάχιστες, η συνύπαρξη πολλών τέτοιων συσκευών δικτυακά συνδεδεμένων μπορεί να οδηγήσουν σε νέες τεχνολογικές δυνατότητες. Κύριος στόχος αυτών των μικρών συσκευών – κόμβων είναι η δειγματοληψία διάφορων φυσικών μεγεθών, η επεξεργασία αυτών των μεγεθών – μετρήσεων και τέλος, η επικοινωνία του κάθε κόμβου με άλλους με στόχο την μετάδοση αυτών των μετρήσεων – πληροφορίας ασφαλώς και αξιόπιστα. Τα κύρια χαρακτηριστικά αυτών των κόμβων όπως, μικρό μέγεθος, χαμηλό κόστος, αυτονομία και δυνατότητα επικοινωνίας είναι που τα κάνουν τόσο ευέλικτα προσδίδοντας έτσι τη δυνατότητα για ανάπτυξη και υλοποίηση χιλιάδων εφαρμογών. Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων μπορούν να συμβάλουν σε κρίσιμες εφαρμογές που δεν περιορίζονται αποκλειστικά στον ερευνητικό και επιστημονικό χώρο αλλά επεκτείνονται και στον χώρο της υγείας και της ασφάλειας, όπως παρακολούθηση και επίβλεψη ασθενών, πρόβλεψη και αντιμετώπιση φυσικών καταστροφών, οικιακές εφαρμογές, και στοχεύουν στην βελτίωση της ποιότητας ζωής του ατόμου και της κοινωνίας ως σύνολο. Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας έγινε προσπάθεια προσέγγισης μιας ανεξερεύνητης έως τώρα σε βάθος εφαρμογής Ασυρμάτων Δικτύων Αισθητήρων, των λεγόμενων «έξυπνων» πόλεων, ως προς τις επικοινωνιακές απαιτήσεις και τους περιορισμούς που θέτει και μια προσπάθεια καταγραφής και αξιολόγησης της απόδοσης και της συμπεριφοράς WSN τεχνολογιών υλικού και επικοινωνιακών τεχνικών σε σχέση με τις απαιτήσεις και τους περιορισμούς αυτούς. Παρουσιάζονται πειραματικά δεδομένα από μετρήσεις που διεξήχθησαν σε εξωτερικό περιβάλλον και εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με μελλοντικές κατευθύνσεις. / The increasingly interesting research field of Wireless Sensor Networks combines the possibility of sensing, computing and networking in a small device. While the capabilities of a single sensor node are limited, the combination of multiple such devices communicating over a network may lead to new technological possibilities and challenges. The main goal of these device nodes is the sampling of several physical values, their processing and the communication of the results to other nodes in a safe and reliable way. The main characteristics of wireless sensor nodes such as the small size, the low cost, autonomy and communication capacity render them flexible and suitable for the development of thousands of applications. Wireless sensor networks are most popular for critical applications that go beyond the research and scientific domain expanding to health, environment and security application classes, like surveillance, patient monitoring, natural disaster prediction and home applications, targeted to improve the quality of life of a single person and of society in general. In the context of this master thesis, the state of the art of a WSN application has been investigated, namely smart cities application field, with respect to the imposed networking requirements and communicational restrictions as well as the analysis and evaluation of the behavioral performance of WSN hardware and communication technologies as far as these requirements and limits are concerned. Finally, experimental results are presented based on measurements conducted outdoors and useful conclusions are extracted forming a future roadmap.

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια της ενασχόλησης με Έργο ανάπτυξης Δικτύου Τηλεϊατρικής. Το Δίκτυο Τηλεϊατρικής συνίσταται από φορητές μονάδες ικανές να λαμβάνουν και να μεταδίδουν τα ζωτικά σήματα των ασθενών σε κάποιο Κέντρο Συντονισμού. Το κέντρο αυτό, στελεχωμένο από κατάλληλο ιατρικό προσωπικό, έχει τη δυνατότητα αφού αξιολογήσει τα λαμβανόμενα δεδομένα, να δώσει χρήσιμες συμβουλές παροχής πρωτοβάθμιας βοήθειας στον ασθενή, έως ότου μεταφερθεί σε κάποιο νοσοκομείο. Η διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στο σχεδιασμό και στην ανάπτυξη της εφαρμογής Θέσεως Εργασίας, η οποία είναι βασικό τμήμα του Κέντρου Συντονισμού. Στελεχώνεται από εξειδικευμένους ιατρούς και έχει ως σκοπό, χρησιμοποιώντας όλα τα παρεχόμενα ιατρικά δεδομένα, να προσφέρει τη βέλτιστη προ-νοσοκομειακή φροντίδα στους ασθενείς, οι οποίοι βρίσκονται στον τόπο του φορητού τερματικού. Μέσω του ολοκληρωμένου Δικτύου Τηλεϊατρικής, η Θέση Εργασίας προσπελαύνει όλα τα στοιχεία ενός τρέχοντος περιστατικού τηλεϊατρικής, όπως ζωτικά σήματα, ιστορικό από το Ολοκληρωμένο Πληροφοριακό Σύστημα (Ο.Π.Σ.) των νοσοκομείων, φωτογραφίες καθώς και άλλα ιατρικά δεδομένα. Χρησιμοποιεί, επίσης, την υπηρεσία τηλεδιάσκεψης για να έχει οπτικοακουστική επαφή με το φορητό τερματικό και για να εκμεταλλευτεί το συμβουλευτικό ρόλο των Περιφερειακών Αιθουσών Τηλεδιάσκεψης. Η Θέση Εργασίας μετά το πέρας των περιστατικών ενημερώνει τους ιατρικούς φακέλους των ασθενών στο Ο.Π.Σ., ενώ έχει τη δυνατότητα να εκτελέσει σωρεία λειτουργιών εκτός σύνδεσης, ώστε να ανατρέξει σε χρήσιμα δεδομένα του Δικτύου, όπως παλιά περιστατικά, και να ολοκληρώσει την εξυπηρέτηση των περιστατικών. Η ανάπτυξη της εφαρμογής πραγματοποιήθηκε σε γλώσσα προγραμματισμού Visual Basic .NET με χρήση της πλατφόρμας Visual Studio 2005 Professional Edition. Η υλοποίηση περιλαμβάνει τη δημιουργία Κεντρικής Βάσης Δεδομένων Τηλεϊατρικής, για την οποία επιλέχθηκε η Oracle 10g, ενώ για τη διαχείριση κι εποπτεία της βάσης χρησιμοποιήθηκαν οι εφαρμογές Oracle Client 10g και Oracle JDeveloper 10g / The present thesis was carried out through participation in a project concerning the development of a Telemedicine Network. The Telemedicine Network consists of mobile units capable of obtaining and transmitting patients’ vital signs to a Coordination Center. This centre is occupied by specialized medical personnel and has the capacity, after evaluating the received data, to provide useful healthcare advice prior to the patients’ transfer to a hospital. This thesis focuses on the design and development of the Treatment Workstation application, which is a basic part of the Coordination Center. It is operated by doctors and aims to provide, through the use of all the available information, an optimum pre-hospital care to the patients placed near the mobile unit. Utilizing the resources provided by the Telemedicine Network, the Treatment Workstation accesses all the data of a current telemedicine incident, e.g. vital signs, medical history by the hospitals’ Integrated Information System (I.I.M.), photos and other medical information. It also uses the teleconference service to establish an audiovisual communication with the mobile unit and to take advantage of the advisory contribution of the Peripheral Teleconference Room. After the incidents’ termination, the Treatment Workstation updates the patients’ medical files at the I.I.M. and is also able to perform a series of offline actions, in order to access Network’s useful data (e.g. old incidents) and to complete pending incidents. The application was developed in Visual Basic .NET through the platform Visual Studio 2005 Professional Edition. The implementation includes the creation of a Central Telemedicine Database, using Oracle 10g, while the management and supervision of the database was performed with the use of Oracle Client 10g and Oracle JDeveloper 10g.

Η εργασία αυτή έχει σα σκοπό τη διερεύνηση των εφαρμογών της κρυπτογραφίας στην ασφάλεια της διαδικασίας της αξιολόγησης σε περιβάλλοντα όπου γίνεται χρήση τεχνολογιών επικοινωνίας και πληροφορικής, κατασκευάζοντας μια κατηγορία πρωτοκόλλων που καλείται e-αξιολόγηση. Πιό συγκεκριμένα, ξεκινώντας από την όσο το δυνατόν πλήρη περιγραφή ενός συστήματος e-αξιολόγησης τόσο σε επίπεδο hardware όσο και σε επίπεδο software, σκοπός μας είναι να εισάγουμε κατάλληλες κρυπτογραφικές τεχνικές έτσι ώστε να καλύπτουμε τις απαιτήσεις ασφαλείας της διαδικασίας της e-αξιολόγησης και να δώσουμε παραδείγματα αντίστοιχων εφαρμογών όπου είναι γίνεται χρήση της ηλεκτρονικής αξιολόγησης. Στο πρώτο μέρος της εργασίας διερευνούμε τον τρόπο με τον οποίο ενσωματώνεται η έννοια της ασφάλειας στη διαδικασία της αξιολόγησης, τους λόγους για τους οποίους υπάρχει ανάγκη για ενσωμάτωση τεχνικών ασφαλείας στην αξιολόγηση και τα οφέλη που αποκομίζουμε από αυτές καθώς και μία γρήγορη παρουσίαση του συνόλου των τεχνικών που χρησιμοποιούνται. Στη συνέχεια του κεφαλαίου αυτού, παρουσιάζουμε που και πως ενσωματώνονται εφαρμογές κρυπτογραφίας στο σύνολο των τεχνικών ασφαλείας που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία αξιολόγησης. Στο δεύτερο μέρος κάνουμε μια παρουσίαση των κρυπτογραφικών πρωτοκόλλων και τεχνικών που έχουν εφαρμογή στην e-αξιολόγηση, καθώς και μια παρουσίαση του μαθηματικού τους υπόβαθρου. Στο τρίτο μέρος κάνουμε μια παρουσίαση των εφαρμογών της ηλεκτρονικής αξιολόγησης στην εκπαίδευση. / The goal of this work is to research the application of cryptography in the security of the process of evaluation in on-line environments, creating a framework of protocols which is collectively called e-evaluation. More specifically, we begin by providing a description of an e-evaluation system in both the hardware and the software level and introducing suitable cryptographic techniques so as to satisfy the security requirements of the e-evaluation process, giving examples of applications where there is use of electronic evaluation procedures. In the first part of this work we research the way the concept of security is integrated within the process of evaluation, the reasons for which there is need for integrating security techniques in that process and the benefits we gain by them. Then we provide a short description of techniques being use in the electronic evaluation process as well as where and how cryptography is applied in them. In the second part, we provide a description of the cryptographic techniques and protocols that have applications in the e-evaluation framework and their mathematical background. In the third and final part, we make a presentation of the applications of e-evaluation in education.