https://hdl.handle.net/ripcmb/30253 Wed, 22 Apr 2026 18:59:25 GMT 2026-04-22T18:59:25Z https://hdl.handle.net/ripcmb/845501 Título: Explorando a equivalência entre uma máquina química abstrata e computação dataflow Autor(es): Mello Junior, Rui Rodrigues de Abstract: Currently, the search for computational performance, both in scientific computing applications and general-purpose applications, points to parallel computing as an area of interest to overcome the existing difficulties in traditionally used computational paradigms. Among the parallel computational models where programs can be developed in a natural and transparent way, Gamma and Dataflow present a surprising similarity. However, the implementation of the Gamma computational paradigm presents several challenges with regard to the resulting scheduling to adapt to the available architectures. In this work, we demonstrate for the first time, the equivalence between Gamma and Dataflow computational models, where we present the similarity and the formal equivalence proofs between these two models. Due to this equivalence, we also propose the implementation of the first conversion tool between the Dataflow and Gamma models, called GFlow. Faced with the challenges related to Gamma implementations, we also propose GSink. It consists of the first implementation of a Gamma program execution environment that allows the paral- lel execution of instances of several reactions. For that, we use a mechanism based on scheduling by edges reversal of an acyclic directed graph. Through experimental results, we demonstrate the correctness of both the conversions proposed by GFlow and the results of GSink execution. Descrição: Atualmente, a busca por desempenho computacional, tanto em aplicações de computação científica quanto em aplicações de uso geral, aponta para a computação paralela como área de interesse para sobrepor as dificuldades encontradas nos paradigmas computacionais utilizados tradicionalmente. Dentre os modelos computacionais paralelos onde programas podem ser desenvolvidos de maneira natural e transparente, Gamma e Dataflow apresentam uma surpreendente similaridade. Entretanto, a implementação do paradigma computacional Gamma apresenta vários desafios no que diz respeito ao escalonamento decorrente para a adequação às arquiteturas disponíveis. Neste trabalho demonstramos pela primeira vez a equivalência entre os modelos computacionais Gamma e Dataflow, onde além da apresentação da similaridade, apresentamos as provas formais de equivalência entre os modelos. Por ocasião desta equivalência, também propomos a implementação da primeira ferramenta de conversão entre os modelos Dataflow e Gamma, o GFlow. Diante dos desafios relacionados às implementações de Gamma, propomos o GSink. Trata-se da primeira implementação de um ambiente de execução de programas Gamma que permite a execução paralela de instâncias de diversas reações. Para tanto, utilizamos um mecanismo de escalonamento baseado em reversão de arestas de sinks de um grafo dirigido acíclico. Através de resultados experimentais demonstramos a corretude tanto das conversões propostas pelo GFlow, quanto dos resultados de execução do GSink.; Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia de Sistemas e Computação, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Doutor em Engenharia de Sistemas e Computação. Tipo: doctoralThesis Sat, 01 Jan 2022 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/ripcmb/845501 2022-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/ripcmb/845219 Título: A Knowledge-based approach to support Internet of Everything (IoE) lifestyle Autor(es): Costa, Viviane Cunha Farias da Abstract: The Internet of Everything (IoE) is the paradigm of intelligent servicesthat supports aubiquitous and always connected smart world, leading to relevant societal changes. In this context, it is essential to have a comprehensive awareness of knowledgeprocesses in human-to-machine interactions and IoE enablers (people, processes, data, and things) to ensure readiness for the digitalization era. This thesis presents the IoE Knowledge-based Taxonomy to support awareness of the IoE context.An Integrated IoEKnowledge ManagementModel is developed to support the evolution of smart services in IoE. Smartness requirements were defined to rank knowledge of sensors and actuators in IoE applications. Additionally, a collaborative environment,IoE Database (IoEDB)supports the evolution of the 'live' IoE proposed taxonomy, the curation of IoE Enablers,andknowledge management of IoEapplications. Descrição: Internet de Todas as Coisas ou “Internetof Everything” (IoE) é o paradigma de serviços inteligentes que suporta um mundo onipresente e ultraconectado, levando a mudanças sociais relevantes. Nesse contexto, é essencial a identificação e o claro entendimento sobre processos de conhecimento entre máquinas e humanos e a identificação de facilitadores de IoE (pessoas, processos, dados e coisas) para lidar com a era da digitalização.Esta tese apresenta uma Taxonomia Baseada em Conhecimento para apoiar o entendimento sobre o paradigma deIoE e um Modelo Integrado de Gestão do Conhecimento desenvolvido para dar suporte à evolução de serviços inteligentes em IoE. Foram definidos requisitos de inteligência para avaliar o nível de conhecimento de sensores e atuadores em aplicaçoes de IoE. Além disso,um ambiente colaborativo, oIoE Database (IoEDB) suporta a evolução da taxonomia proposta, a curadoria dos facilitadores de IoE (“IoE enablers”), além de apoiar a gestão do conhecimento em aplicações deIoE.; Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia de Sistemas e Computação, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Doutor em Engenharia de Sistemas e Computação. Tipo: doctoralThesis Sat, 01 Jan 2022 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/ripcmb/845219 2022-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/ripcmb/844223 Título: System Identification Attacks, Model-based Offensives and Countermeasures in Networked Control Systems Autor(es): Sá, Alan Oliveira de Abstract: The advantages of using communication networks to interconnect controllers and physical plants motivate the increasing number of Networked Control Systems (NCS) in industrial facilities and critical infrastructures. However, this integration also exposes such control systems to new threats, typical of the cyber domain. In this context, studies have been conducted aiming to explore vulnerabilities and propose security solutions for NCSs. The present work, firstly, proposes two system identification attacks: a passive attack; and an active attack. These attacks, which use bioinspired metaheuristics to estimate the models of the attacked NCS, are studied and evaluated as an attack tool to support the design of covert/model-based offensives. Then, this work presents three model-based attacks: a novel attack that operates causing controlled data loss in the NCS; and two attacks that operate through the injection of false data into the system. The simulation results show that the information provided by these System Identification attacks allow the effective design of the referred covert/model-based offensives. To support the discussion regarding the relationship between System Identification attacks and covert/model-based offensives, this work required the formalization of a number of concepts related to covertness and intelligence in the context of the security of NCSs. Thus, an additional contribution of this work is the proposition of a terminology that encompasses a whole new class of attacks in cyber-physical systems. Finally, this thesis proposes two countermeasures intended to contribute to the security of NCSs in case of failure or absence of other conventional security mechanisms – such as encryption, authentication, and network segmentation. The first countermeasure aims to hinder the system identification attacks through a switching control strategy. The results indicate that this countermeasure is able to mitigate the proposed System Identification attacks – discouraging the implementation of covert/model-based attacks – at the same time that it performs a satisfactory plant control. The second countermeasure aims to detect/identify linear time-invariant (LTI) functions executed by controlled data injection attacks in NCSs. To increase the accuracy of this countermeasure, it is proposed the Noise Impulse integration technique, which was developed using the radar pulse integration technique as inspiration. The results demonstrate that this countermeasure is able to accurately identify LTI attack functions, without interfering with the NCS behavior when the system is in its normal operation. Descrição: As vantagens do uso de redes de comunicação para interconectar controladores e plantas físicas têm motivado o crescente número de Sistemas de Controle em Rede, ou Networked Control Systems (NCS), na indústria e em infraestruturas críticas. Entretanto, esta integração expõe tais sistemas a novas ameaças, típicas do domínio cibernético. Neste contexto, estudos têm sido realizados com o objetivo de explorar as vulnerabilidades e propor soluções de segurança para NCSs. O presente trabalho, primeiramente, propõe dois ataques de identificação de sistemas: um ataque passivo; e um ataque ativo. Estes ataques, que utilizam metaheurísticas bioinspiradas para estimar os modelos do NCS atacado, são estudados e avaliados como ferramenta para o projeto de ofensivas furtivas/baseadas em modelo. Em seguida, o trabalho apresenta três ataques baseados em modelo: um novo ataque que opera por meio da perda controlada de pacotes no NCS; e dois ataques que operam por meio da injeção de dados no sistema. Os resultados demonstram que a informação fornecida pelos ataques de identificação de sistemas permite o desenvolvimento eficaz dos referidos ataques furtivos/baseados em modelo. Para amparar a discussão sobre a relação entre ataques de Identificação de Sistemas e ataques furtivos/baseados em modelo, este trabalho demandou a formalização de um conjunto de conceitos relacionados à furtividade e inteligência no contexto da segurança de NCSs. Sendo assim, uma contribuição adicional do trabalho é a proposição de uma terminologia que abarca toda uma nova classe de ataques em sistemas físicos cibernéticos. Por fim, esta tese propõe duas contramedidas que visam contribuir para a segurança de NCSs em casos de falha ou ausência de outros mecanismos de segurança convencionais – tais como criptografia, autenticação, e segmentação de redes. A primeira contramedida visa mitigar os ataques de identificação por meio de uma estratégia de controle chaveado. Os resultados indicam que esta contramedida é capaz de mitigar os ataques de Identificação de Sistema propostos – desencorajando a implementação de ataques furtivos/baseados em modelo – ao mesmo tempo em que desempenha um controle satisfatório da planta. A segunda contramedida visa detectar/identificar funções lineares e invariantes no tempo (LTI) executadas por ataques de injeção controlada de dados no NCS. Para aumentar a acurácia da contramedida, é proposta uma técnica de Integração de Impulsos de Ruído, ou Noise Impulse Integration, a qual foi desenvolvida utilizando como inspiração a técnica de integração de pulsos radar. Os resultados demonstram que esta contramedida é capaz de identificar funções LTI de ataque, de forma acurada, sem interferir no funcionamento do NCS quando o sistema está em operação normal. Tipo: masterThesis Tue, 01 Jan 2019 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/ripcmb/844223 2019-01-01T00:00:00Z