Esta tese estuda a utilização da aritmética computacional para criptografia de chave pública (PKC Public-Key Cryptography) e investiga alternativas ao nível da arquitetura de sistema criptográfico em hardware que podem conduzir a uma redução no consumo de energia, considerando o baixo consumo de potência e o alto desempenho em dispositivos portáteis com energia limitada. A maioria desses dispositivos é alimentada por bateria. Embora o desempenho e a área de circuitos consistem desafios para o projetista de hardware, baixo consumo de energia se tornou uma preocupação em projetos de sistema críticos. A criptografia de chave pública é baseada em funções aritméticas como a exponenciação e multiplicação módulo. PKC prove um esquema de troca de chaves autenticada por meio de uma rede insegura entre duas entidades e fornece uma solução de grande segurança para a maioria das aplicações que devem trocar informações sensíveis. Multiplicação em módulo é largamente utilizada e essa operação aritmética é mais complexa porque os operandos são números extremamente grandes. Assim, métodos computacionais para acelerar as operações, reduzir o consumo de energia e simplificar o uso de tais operações, especialmente em hardware, são sempre de grande valor para os sistemas que requerem segurança de dados. Hoje em dia, um dos mais bem sucedidos métodos de multiplicação em módulo é a multiplicação de Montgomery. Os esforços para melhorar este método são sempre de grande importância para os projetistas de hardware criptográfico e de segurança em sistemas embarcados. Esta pesquisa trata de algoritmos para criptografia de baixo consumo de energia. Abrange as operações necessárias para implementações em hardware da exponenciação e da multiplicação em módulo. Em particular, esta tese propõe uma nova arquitetura para a multiplicação em módulo chamado \"Parallel k-Partition Montgomery Multiplication\" e um projeto inovador em hardware para calcular a exponenciação em módulo usando o sistema numérico por resíduos (RNS). / This thesis studies the use of computer arithmetic for Public-Key Cryptography (PKC) and investigates alternatives on the level of the hardware cryptosystem architecture that can lead to a reduction in the energy consumption by considering low power and high performance in energy-limited portable devices. Most of these devices are battery powered. Although performance and area are the two main hardware design goals, low power consumption has become a concern in critical system designs. PKC is based on arithmetic functions such as modular exponentiation and modular multiplication. It produces an authenticated key-exchange scheme over an insecure network between two entities and provides the highest security solution for most applications that must exchange sensitive information. Modular multiplication is widely used, and this arithmetic operation is more complex because the operands are extremely large numbers. Hence, computational methods to accelerate the operations, reduce the energy consumption, and simplify the use of such operations, especially in hardware, are always of great value for systems that require data security. Currently, one of the most successful modular multiplication methods is Montgomery Multiplication. Efforts to improve this method are always important to designers of dedicated cryptographic hardware and security in embedded systems. This research deals with algorithms for low-power cryptography. It covers operations required for hardware implementations of modular exponentiation and modular multiplication. In particular, this thesis proposes a new architecture for modular multiplication called Parallel k-Partition Montgomery Multiplication and an innovative hardware design to perform modular exponentiation using Residue Number System (RNS).

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-05-07T20:16:46Z No. of bitstreams: 1 ANTONIO ISAAC LUNA DE LACERDA – TESE (PPGEE) 2016.pdf: 20857733 bytes, checksum: 28767af2f770d3e0a8b3544e02207602 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-07T20:16:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANTONIO ISAAC LUNA DE LACERDA – TESE (PPGEE) 2016.pdf: 20857733 bytes, checksum: 28767af2f770d3e0a8b3544e02207602 (MD5) Previous issue date: 2016-04-29 / A cont abilidade do equipamento de acionamento estático é extremamente importante do ponto de vista e ficiência energética. A detecção da falha é necessária para preservar o desempenho do conversor por um maior tempo possível. Este trabalho investiga a capacidade de tolerância a falhas do inversor e retifi cador ANPC (Active Neutral Point Clamped ) de três níveis modi ficado, quando suas chaves são submetidas a falhas de circuito aberto e curto circuito. Com o objetivo de melhorar o comportamento do conversor quando da falha de uma chave, foram introduzidos tiristores adicionais, um para cada chave do braço do inversor, e fusíveis em série com as chaves de grampeamento. São apresentados métodos para detecção e identi ficação de falhas juntamente com esquemas de reconfi gurações para trinta tipos de falhas. Resultados de simulação e experimentais corroboram os estudo teóricos de operação dos conversores. Os resultados de simulação são obtidos a partir do software PSIM, enquanto os resultados experimentais são obtidos a partir de uma plataforma de desenvolvimento experimental controlado pelo processador digital de sinais TMS320F28335. / The power electronics equipment reliability is a very important aspect from the energy e -ciency point of view. So, fault detection and its compensation, becomes extremely necessary for maintaining the process under fault condition near normal operation for a period of time as long as possible. This work investigates the fault-tolerant capacity of a modi ed three-level ANPC (Active Neutral Point Clamped) inverter and recti er when its switches are submitted to open and short-circuit failures. Additional thyristors, one for each inverter main switch, and fuses in series with the clamping switches have been introduced in order to improve the converter behavior when a switch fails. Fault detection and identi cation methods are presented together with con gured schemes for thirty types of failures. Simulation and experimental results are presented in order to con rm the validity of the proposed solutions, the simulation results are obtained from the software PSIM, whereas the experimental results are obtained from one experimental development platform controlled by a digital signal processor TMS320F28335.

The spider mite occurrence, on soybean (Glycine max (L.) Merril), is sporadic and associated whit dry periods. Recently, in continuous years, was reported mite outbreaks in soybean, in some sites of Rio Grande do Sul State. In this context two research was conducted, one in summer crop 2004/05 and other in 2005/06. The first was carried for study the mite occurrence and geographic distribution, on soybean, from some place of Rio Grande do Sul State. The second was conducted for study the effect of the two soybean cultivars and of some weed management systems on mite density and study their population dynamic on soybean. In summer crop 2004/05 was carried some mite samplings in soybean field at State. The mite species found, all beloung to the Tetranychidae family, are Mononychellus planki (McGregor), Tetranychus desertorum Banks, T. gigas Pritchard & Baker, T. ludeni Zacher and T. urticae Koch. Most of this species are well distributed in the diferents sampling regions of this study. From the results was made a species distribution map and a taxonomic key. In summer crop 2005/06, in Santa Maria, RS, 11 treatments was study. Its was constitute in two soybean cultivars, one transgenic glyphosato-tolerant and other non-transgenic, every one whit five weed management systems: (1) without management; (2) hand management; (3) herbicide bentazone + sethoxydim; (4) bentazone only; (5) sethoxydim only. The 11th treatment was the herbicide glyphosate sprayed on the transgenic soybean. The mite species found in this study are M. planki and T. gigas. The weed management systems is more determinant, on the spider mite population on soybean, than the soybean cultivar. The mite population presenteded inverse correlation whit weed infestation and weed density. The climatic fators determined the mite population flutuation and the population peak occured in the initial period of soybean pods development. / A ocorrência de ácaros-praga em soja (Glycine max (L.) Merril) é esporádica e está, comumente, associada à períodos de estiagem. Recentemente, em safras seguidas, foram observados ataques severos de ácaros à soja em algumas regiões do estado do Rio Grande do Sul. Neste contexto foram realizados dois experimentos, um na safra agrícola 2004/05 e outro em 2005/06. O primeiro teve objetivo de estudar a ocorrência e a distribuição geográfica de ácaros fitófagos, associados à soja, em municípios de seis regiões produtoras do estado do Rio Grande do Sul. O segundo objetivou avaliar o efeito de duas cultivares de soja e de diferentes sistemas de manejo de plantas daninhas sobre a densidade populacional de ácaros em soja e estudar a dinâmica populacional destes ácaros na cultura. Em 2004/05 foram realizadas amostragens de ácaros em lavouras de soja no Estado. As espécies de ácaros encontradas são Mononychellus planki (McGregor), Tetranychus desertorum Banks, T. gigas Pritchard & Baker, T. ludeni Zacher e T. urticae Koch, todos são tetraniquídeos. A maior parte destas espécies estiveram bem distribuídas nas diferentes regiões amostradas neste levantamento. Com base nestes resultados foi elaborado um mapa com a distribuição das espécies e uma chave de identificação. Em 2005/06 foram estudados, em Santa Maria, RS, 11 tratamentos. Estes consistiram em duas cultivares de soja, uma transgênica glifosato-tolerante e a outra não-transgênica, cada uma sob cinco sistemas de manejo de plantas daninhas: (1) sem controle; (2) arranquio manual; (3) manejo tradicional com os herbicidas bentazona e setoxidim; (4) apenas com bentazona; (5) apenas com setoxidim. E adicionalmente um tratamento com o herbicida glifosato sobre a cultivar de soja transgênica. Os ácaros-praga ocorrentes foram M. planki e T. gigas. A densidade populacional destes ácaros em soja foi mais afetada pelos sistemas de manejo de plantas daninhas do que pela cultivar, e esteve inversamente correlacionada com a quantidade e diversidade de plantas daninhas. A flutuação populacional destes ácaros foi influenciada por fatores climáticos e o pico populacional ocorreu na fase de início da formação de legumes da soja.

La inyección de fallos es una técnica utilizada para la validación experimental de Sistemas Tolerantes a Fallos. Se distinguen tres grandes categorías: inyección de fallos física (denominada también physical fault injection o hardware implemented fault injection), inyección de fallos implementada por software (en inglés software implemented fault injection) e inyección de fallos basada en simulación. Una de las que más auge está teniendo últimamente es la inyección de fallos basada en simulación, y en particular la inyección de fallos basada en VHDL. Las razones del uso de este lenguaje se pueden resumir en: " Es un lenguaje estándar ampliamente utilizado en el diseño digital actual. " Permite describir el sistema en distintos niveles de abstracción. " Algunos elementos de su semántica pueden ser utilizados en la inyección de fallos. Para realizar la inyección de fallos basada en VHDL, diferentes autores han propuesto tres tipos de técnicas. La primera está basada en la utilización de los comandos del simulador para modificar los valores de las señales y variables del modelo. La segunda se basa en la modificación del código, insertando perturbadores en el modelo o creando mutantes de componentes ya existentes. La tercera técnica se basa en la ampliación de los tipos del lenguaje y en la modificación de las funciones del simulador VHDL. Actualmente, ha surgido otra tendencia de la inyección de fallos basada en VHDL, denominada genéricamente emulación de fallos. La emulación añade ciertos componentes al modelo (inyectores, que suelen ser perturbadores o mutantes, disparadores de la inyección, recolectores de datos, etc.). El modelo junto con los nuevos componentes son sintetizados en una FPGA, que es donde se realiza la inyección. Con la introducción cada vez mayor de sistemas tolerantes a fallos en aplicaciones críticas, su validación se está convirtiendo en uno de los puntos clave para su uso. / Gracia Morán, J. (2004). Validación por inyección de fallos en VHDL de la arquitectura TTA [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/7526

[EN] In this thesis, invariant-set theory is used to study the stability and feasibility of constrained scenario-based predictive controllers for Markov-jump linear systems. In the underlying optimisation problem of the predictive controllers technique, considers all possible future realisations of certain variables (uncertainty, disturbances, operating mode) or just a subset of those. Two different scenarios denoted as not risky and risky are studied. In the former, the trajectories of the system with initial states belonging to certain invariant sets, converge (in mean square sense) to the origin or an invariant neighbourhood of it with 100% probability. In such cases, the conditions that scenario trees must meet in order to guarantee stability and feasibility of the optimisation problem are analysed. Afterwards, the scenario-based predictive controller for Markov-jump linear systems under hard constraints and no disturbances is formulated. A study is presented for risky scenarios to determine sequence-dependent controllable sets, for which there exists a control law such that the system can be driven to the origin only for a particular realisation of uncertainty, disturbances, etc. A control law (optimal for disturbances-free systems and suboptimal for disturbed systems) able to steer the system to the origin with a probability less than 100% (denoted as reliability bound), is proposed for states belonging to those regions. Note that closed-loop unstable systems have zero reliability bound. Hence, an algorithm to determine the mean-time to failure is developed. In this context, failure means a violation in the constraints of the process' states and/or inputs in a future time. / [ES] La presente tesis emplea la teoría de conjuntos invariantes para el estudio de estabilidad y factibilidad de controladores predictivos basados en escenarios para sistemas lineales con saltos markovianos sujetos a restricciones. En el problema de optimización subyacente a la técnica de controladores predictivos, se consideran bien sea todas las posibles realizaciones futuras de una variable (incertidumbres, perturbaciones, modo de funcionamiento) o solo un subconjunto de estas. Se estudian dos escenarios diferentes, denotados como: a) escenarios no arriesgados y b) escenarios arriesgados, entendiéndose como no arriesgados, aquellos en donde las trayectorias del sistema con estados iniciales pertenecientes a ciertos conjuntos invariantes, convergen --en media-- al origen o a una vecindad invariante de este con un 100% de probabilidad. Para estos casos, se presenta un análisis de las condiciones que deben cumplir los árboles de escenarios para garantizar estabilidad --en media-- y factibilidad del problema de optimización. Luego se formula el control predictivo basado en escenarios para sistema lineales con saltos markovianos sujeto a restricciones y en ausencia de perturbaciones. En presencia de escenarios arriesgados, se propone el cálculo de conjuntos controlables dependientes de secuencias para los cuales existen una ley de control tal que el sistema puede ser conducido al origen, solo para una realización en particular de la incertidumbre, perturbaciones, etc. Para estados pertenecientes a estos conjuntos, se propone una ley de control (óptima para el caso de sistemas libres de perturbaciones y, subóptima para sistemas perturbados) capaz de dirigir el sistema al origen con una probabilidad menor al 100%, dicha probabilidad es denotada como cota de confiabilidad. Sistemas inestables en lazo cerrado tienen cota de confiabilidad igual a cero, por consiguiente se diseña un algoritmo que determina el tiempo medio para fallar. En este contexto, un fallo se entiende como la violación de las restricciones en los estados y/o entradas del proceso en algún instante de tiempo futuro. / [CA] La present tesi empra la teoria de conjunts invariants per a l'estudi d'estabili-tat i factibilidad de controladors predictius basats en escenaris per a sistemes lineals amb salts markovians subjectes a restriccions. En el problema d'optimit-zació subjacent a la tècnica de controladors predictius, es consideren bé siga totes les possibles realitzacions futures d'una variable (incerteses, pertorbacions, modes de funcionament) o només un subconjunt d'aquestes. S'estudien dos escenaris diferents, denotats com a escenaris no arriscats i arriscats, entenent-se com no arriscats, aquells on les trajectòries del sistema amb estats inicials pertanyents a certs conjunts invariants, convergeixen --en mitjana-- a l'origen o a un veïnatge invariant d'est amb un 100% de probabilitat. Per a aquests casos, es presenta una anàlisi de les condicions que han de complir els arbres d'escenaris per a garantir estabilitat --en mitjana-- i factibilidad del problema d'optimització. Després es formula el control predictiu basat en escenaris per a sistema lineals amb salts markovians subjecte a restriccions i en absència de pertorbacions. En presència d'escenaris arriscats, es proposa el càlcul de conjunts controlables dependents de seqüències per als quals existeix una llei de control tal que el sistema pot ser conduït a l'origen, solament per a una realització en particular de l'incertesa, pertorbacions, etc. Per a estats pertanyents a aquests conjunts, es proposa una llei de control (òptima per al cas de sistemes lliures de pertorbacions i, subóptima per a sistemes pertorbats) capaç de dirigir el sistema cap a l'origen amb una probabilitat menor del 100%, aquesta probabilitat és denotada com a cota de confiabilitat. Sistemes inestables en llaç tancat tenen cota de confiabilitat igual a zero, per tant es dissenya un algoritme que determina el temps mitjà per a fallar. En aquest context, una fallada s'entén com la violació de les restriccions en els estats i/o entrades del procés en algun instant de temps futur. / Hernández Mejías, MA. (2016). CONTROL PREDICTIVO BASADO EN ESCENARIOS PARA SISTEMAS LINEALES CON SALTOS MARKOVIANOS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/68512