Fundamentos de la Inseguridad de las Tecnologías de la Información

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Charla del Master de Informática de D. Miguel Fadrique Bañón Puente impartida el 12 de Noviembre en la Facultad de Informática

Educación

Fundamentos de la Inseguridad de las Tecnologías de la Información

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In this talk, after a brief overview of AI concepts in particular Machine Learning (ML) techniques, some of the well-known computer design concepts for high performance and power efficiency are presented. Subsequently, those techniques that have had a promising impact for computing ML algorithms are discussed. Deep learning has emerged as a game changer for many applications in various fields of engineering and medical sciences. Although the primary computation function is matrix vector multiplication, many competing efficient implementations of this primary function have been proposed and put into practice. This talk will review and compare some of those techniques that are used for ML computer design.

Computer Design Concepts for Machine Learning

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Tras una breve introducción a la informática médica y unas pinceladas sobre conceptos prácticos de Inteligencia Artificial (posible definición consensuada, strong VS weak AI y técnicas y métodos comúnmente empleados), el bloque central de la charla muestra ejemplos prácticos (en forma de casos de éxito) de distintos desarrollos llevados a cabo por el grupo de Sistemas Informáticos de Nueva Generación (SING: http//sing-group.org/) en los ámbitos de (i) Informática clínica (InNoCBR, PolyDeep), (ii) Informática para investigación clínica (PathJam, WhichGenes), (iii) bioinformática traslacional (Genómica: ALTER, Proteómica: DPD, BI, BS, Mlibrary, Mass-Up, e integración de datos ÓMICOS: PunDrugs) y (iv) Informática en salud pública (CURMIS4th). Finalmente, se comenta brevemente la importancia que se espera tenga en un futuro inmediato la IA interpretable (XAI, Explainable Artificial Intelligence) y la participación humana (HITL. Human-In-The-Loop). La charla termina con una breve reflexión sobre las lecciones aprendidas por el ponente después de más de 16 años de desarrollo de sistemas inteligentes en el ámbito de la informática médica.

Inteligencia Artificial en la atención sanitaria del futuro

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Many emerging applications require methods tailored towards high-speed data acquisition and filtering of streaming data followed by offline event reconstruction and analysis. In this case, the main objective is to relieve the immense pressure on the storage and communication resources within the experimental infrastructure. In other applications, ultra low latency real time analysis is required for autonomous experimental systems and anomaly detection in acquired scientific data in the absence of any prior data model for unknown events. At these data rates, traditional computing approaches cannot carry out even cursory analyses in a time frame necessary to guide experimentation. In this talk, Prof. Ogrenci will present some examples of AI hardware architectures. She will discuss the concept of co-design, which makes the unique needs of an application domain transparent to the hardware design process and present examples from three applications: (1) An in-pixel AI chip built using the HLS methodology; (2) A radiation hardened ASIC chip for quantum systems; (3) An FPGA-based edge computing controller for real-time control of a High Energy Physics experiment.

Design Automation Approaches for Real-Time Edge Computing for Science Applic...

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En esta conferencia se presentará una revisión del concepto de autonomía para robots móviles de campo y la identificación de desafíos para lograr un verdadero sistema autónomo, además de sugerir posibles direcciones de investigación. Los sistemas robóticos inteligentes, por lo general, obtienen conocimiento de sus funciones y del entorno de trabajo en etapa de diseño y desarrollo. Este enfoque no siempre es eficiente, especialmente en entornos semiestructurados y complejos como puede ser el campo de cultivo. Un sistema robótico verdaderamente autónomo debería desarrollar habilidades que le permitan tener éxito en tales entornos sin la necesidad de tener a-priori un conocimiento ontológico del área de trabajo y la definición de un conjunto de tareas o comportamientos predefinidos. Por lo que en esta conferencia se presentarán posibles estrategias basadas en Inteligencia Artificial que permitan perfeccionar las capacidades de navegación de robots móviles y que sean capaces de ofrecer un nivel de autonomía lo suficientemente elevado para poder ejecutar todas las tareas dentro de una misión casa-a-casa (home-to-home).

Estrategias de navegación para robótica móvil de campo: caso de estudio proye...

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Quantum computing has become a noteworthy topic in academia and industry. The multinational companies in the world have been obtaining impressive advances in all areas of quantum technology during the last two decades. These companies try to construct real quantum computers in order to exploit their theoretical preferences over today’s classical computers in practical applications. However, they are challenging to build a full-scale quantum computer because of their increased susceptibility to errors due to decoherence and other quantum noise. Therefore, quantum error correction (QEC) and fault-tolerance protocol will be essential for running quantum algorithms on large-scale quantum computers. The overall effect of noise is modeled in terms of a set of Pauli operators and the identity acting on the physical qubits (bit flip, phase flip and a combination of bit and phase flips). In addition to Pauli errors, there is another error named leakage errors that occur when a qubit leaves the defined computational subspace. As the location of leakage errors is unknown, these can damage even more the quantum computations. Thus, this talk will briefly provide quantum error models.

Fault-tolerance Quantum computation and Quantum Error Correction

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Los chatbots son un elemento clave en la transformación digital de nuestra sociedad. Están por todas partes: eCommerce, salud digital, asistencia a clientes, turismo,... Pero si habéis usado alguno, probablemente os habrá decepcionado. Lo confieso, la mayoría de los chatbots que existen son muy malos. Y es que no es nada fácil hacer un chatbot que sea realmente útil e inteligente. Un chatbot combina toda la complejidad de la ingeniería de software con la del procesamiento de lenguaje natural. Pensad que muchos chatbots hay que desplegarlos en varios canales (web, telegram, slack,...) y a menudo tienen que utilizar APIs y servicios externos, acceder a bases de datos internas o integrar modelos de lenguaje preentrenados (por ej. detectores de toxicidad), etc. Y el problema no es sólo crear el bot, si no también probarlo y evolucionarlo. En esta charla veremos los mayores desafíos a los que hay que enfrentarse cuando nos encargan un proyecto de desarrollo que incluye un chatbot y qué técnicas y estrategias podemos ir aplicando en función de las necesidades del proyecto, para conseguir, esta vez sí un chatbot que sepa de lo que habla.

Cómo construir un chatbot inteligente sin morir en el intento

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Many HPC applications are massively parallel and can benefit from the spatial parallelism offered by reconfigurable logic. While modern memory technologies can offer high bandwidth, designers must craft advanced communication and memory architectures for efficient data movement and on-chip storage. Addressing these challenges requires to combine compiler optimizations, high-level synthesis, and hardware design. In this talk, I will present challenges, solutions, and trends for generating massively parallel accelerators on FPGA for high-performance computing. These architectures can provide performance comparable to software implementations on high-end processors, and much higher energy efficiency thanks to logic customization.

Automatic generation of hardware memory architectures for HPC

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The main challenge of concurrent software verification has always been in achieving modularity, i.e., the ability to divide and conquer the correctness proofs with the goal of scaling the verification effort. Types are a formal method well-known for its ability to modularize programs, and in the case of dependent types, the ability to modularize and scale complex mathematical proofs. In this talk I will present our recent work towards reconciling dependent types with shared memory concurrency, with the goal of achieving modular proofs for the latter. Applying the type-theoretic paradigm to concurrency has lead us to view separation logic as a type theory of state, and has motivated novel abstractions for expressing concurrency proofs based on the algebraic structure of a resource and on structure-preserving functions (i.e., morphisms) between resources.

Type and proof structures for concurrency

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Microarchitectural attacks, such as Spectre and Meltdown, are a class of security threats that affect almost all modern processors. These attacks exploit the side-effects resulting from processor optimizations to leak sensitive information and compromise a system’s security. Over the years, a large number of hardware and software mechanisms for preventing microarchitectural leaks have been proposed. Intuitively, more defensive mechanisms are less efficient, while more permissive mechanisms may offer more performance but require more defensive programming. Unfortunately, there are no hardware-software contracts that would turn this intuition into a basis for principled co-design. In this talk, we present a framework for specifying hardware/software security contracts, an abstraction that captures a processor’s security guarantees in a simple, mechanism-independent manner by specifying which program executions a microarchitectural attacker can distinguish.

Hardware/software security contracts: Principled foundations for building sec...

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La aparición de vulnerabilidades por la falta de controles de seguridad es una de las causas por las que se demandan nuevos marcos de trabajo que produzcan software seguro de forma predeterminada. En la conferencia se abordará cómo transformar el proceso de desarrollo de software dando la importancia que merece la seguridad desde el inicio del ciclo de vida. Para ello se propone un nuevo modelo de desarrollo – modelo Viewnext-UEx – que incorpora prácticas de seguridad de forma preventiva y sistemática en todas las fases del proceso de ciclo de vida del software. El propósito de este nuevo modelo es anticipar la detección de vulnerabilidades aplicando la seguridad desde las fases más tempranas, a la vez que se optimizan los procesos de construcción del software. Se exponen los resultados de un escenario preventivo, tras la aplicación del modelo Viewnext-UEx, frente al escenario reactivo tradicional de aplicar la seguridad a partir de la fase de testing.

Jose carlossancho slidesLa seguridad en el desarrollo de software implementad...

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This lecture will address issues of trust in computer systems, artificial intelligence and attacks on these types of systems with practical examples. Artificial Intelligence has gained ground in several areas with different applications scenarios, but in the perspective of this lecture, the fundamental point of the discussion is: what does an artificial intelligence system should do from a security perspective and how does an intelligence system provide results on a given subject? Few people are really concerned about the behavior of these types of systems from a security point of view. If you like machine learning and security, I believe this lecture will show you interesting security problems in artificial intelligence systems.

Do you trust your artificial intelligence system?

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El uso de energías renovables es clave para cumplir los objetivos de desarrollo sostenible de la Agenda 2030. Entre estas energías, la eólica es la segunda más utilizada debido a su alta eficiencia. Algunos estudios sugieren que la energía eólica será la principal fuente de generación en 2050. Por ello es conveniente seguir investigando en la aplicación de técnicas de control avanzadas en estos sistemas. Entre estas técnicas avanzadas cabe destacar las redes neuronales y el aprendizaje por refuerzo combinadas con estrategias clásicas de control. Estas técnicas ya se han empleado con éxito en el modelado y el control de sistemas complejos. Esta conferencia presentará la aplicación de redes neuronales y aprendizaje por refuerzo al control de aerogeneradores, centrándolo especialmente en el control de pitch. Se detallarán diferentes configuraciones con redes neuronales y otras técnicas aplicadas al control de pitch. Finalmente se propondrán algunas técnicas híbridas que combinen lógica difusa, tablas de búsqueda y redes neuronales, mostrando resultados que han permitido probar su utilidad para mejorar la eficiencia de las turbinas eólicas.

Redes neuronales y reinforcement learning. Aplicación en energía eólica.

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As the world's energy demand rises, so does the amount of renewable energy, particularly wind energy, in the supply. The life cycle of wind farms starting from manufacturing the components to decommission stage involve significant involvement of cost and the application of AI and data analytics are on reducing these costs are limited. With this conference talk, the audience expected to know some of the interesting applications of AI and data analytics on offshore wind. And, also highlight the future challenges and opportunities. This conference could be useful for students, academics and researcher who want to make next career in offshore wind but yet know where to start.

Challenges and Opportunities for AI and Data analytics in Offshore wind

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The evolution of semiconductor process technologies has enabled the design of low-cost, compact and high-performance embedded systems, which have enabled the concept of Internet of Things (IoT). In addition, technological advances in communication protocols and unsupervised Machine Learning (ML) techniques are leading to disruptive innovations. As a result, the IoT, a new era of massive numbers of smart connected devices, can enhance processes and enable new services in established industries, creating smart cities, e-health businesses, or industry 4.0. However, major challenges remain in achieving this potential due to the inherent complexity of designing energy-efficient IoT architectures. Prof. Atienza will first present the challenges of ultra-low power (ULP) design and communication overhead in next-generation IoT devices in the context of Big Data processing. Then, the benefits of exploiting the latest knowledge of how mammalian nervous systems acquire, process, and share information between the internal systems to conceive future edge AI-enabled architectures for IoT will be discussed

Evolution and Trends in Edge AI Systems and Architectures for the Internet of...

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Embedded real-time software construction has usually posed interesting challenges due to the complexity of the tasks these systems have to execute. Most methods for developing these systems are either hard to scale up for large systems, or require a difficult testing effort with no guarantee for bug-free software products. Construction of system models and their analysis through simulation reduces both end costs and risks, while enhancing system capabilities and improving the quality of the final products. This is a useful approach, moreover considering that testing under actual operating conditions may be impractical and in some cases impossible. In this talk, we will present a Modeling and Simulation-based framework to develop embedded systems based on the DEVS (Discrete Event systems Specification) formalism. This approach combines the advantages of a simulation-based approach with the rigor of a formal methodology. We will discuss how to use this framework to incrementally develop embedded applications, and to integrate simulation models with hardware components seamlessly.

Discrete-Event Modeling and Simulation for Development of Embedded and Real-T...

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The globalization of the electronics supply chain allows for the reduction of chip manufacturing costs but poses new security threats. Untrusted foundries can steal the intellectual property in the chips, while malicious users can tamper with the systems to steal sensitive information. The design of next-generation systems requires to change the design methods, introducing security concepts since the early stages. In this talk, I will present an overview of the security issues in the design of accelerator-rich architecture, focusing on the protection of the data and the intellectual property. I will also discuss high-level methods to address these concerns, along with metrics for their evaluations. These solutions include the design and prototyping of architectures with secure communications, the high-level synthesis of security countermeasures, and the logic locking of RTL designs.

Protecting data and intellectual property in accelerator-rich architectures w...

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La conferencia presentará las conclusiones más importantes de las investigaciones realizadas por el grupo KGBL3, formado por investigadores de la URJC y la UNED, en materia de pensamiento computacional en la educación. Estas investigaciones se agrupan en tres líneas temáticas: la evaluación del pensamiento computacional, su transferencia a otros dominios y los factores que influyen en su desarrollo. Durante la conferencia se hará especial hincapie en el proceso de creación y validación de los instrumentos y herramientas software desarrolladas por el grupo, que se han convertido casi en un estándar de la comunidad educativa y académica. Para finalizar se presentarán los primeros resultados de una nueva línea de investigación en la que se está trabajando, que tiene que ver con la enseñanza de la inteligencia artificial desde edades tempranas usando la herramienta LearningML.

Investigación sobre el desarrollo del pensamiento computacional en la educación

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With the rise of fog and edge-computing as the basic paradigms for future communication standards such as 6G, new processing requirements are established. On the other hand, new security algorithms appear with the scaling of quantum technology, increasing the complexity of the cryptography applications for IoT devices with a tight standardization timeline. Finally, the integration of satellites as nodes for communication networks includes fault-tolerance and error-correction codes as design parameters. FPGA-based soft-processors are supported by industry and space agencies as promising candidates to overcome all these challenges, due to their flexibility and power consumption compared to GPUs or multithreading CPUs with co-processors. To optimize these architectures to a wide range of scenarios, common methods, and arithmetic functions need to be integrated into the ISA. This talk will show some examples of the RISC-V EL2 core for both classical and post-quantum cryptography and error correction codes, reducing the latency of standardized solutions at a cost of a small cross-section increase keeping the behavior under radiation effects similar to the original core.

FPGA-based soft-processors: 6G nodes and post-quantum security in space

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La ciencia de datos es una de las disciplinas de mayor actualidad porque ayuda a las organizaciones a explotar de manera inteligente la ingente cantidad de datos que generan en su operativa diaria. Por otro lado, las organizaciones deben contar con procesos bien definidos que guíen esa actividad diaria. La herramienta que las organizaciones han utilizado tradicionalmente para identificar, definir y gestionar esos procesos son los modelos de proceso, y la disciplina que se ocupaba de estos modelos es la Gestión de Proceso de Negocio. La Minería de Procesos surgió con la intención de conectar ambas disciplinas, permitiendo confrontar los datos generados por la organización con sus modelos de proceso. A día de hoy los algoritmos y herramientas software que permiten extraer modelos de proceso de los datos recogidos por los sistemas de información de cualquier organización tienen ya cierto nivel de madurez, lo que permitiría que estas técnicas, con un tremendo potencial, fueran de inmediata aplicación en casi cualquier ámbito. El objetivo de esta charla es proporcionar una introducción al mundo de la minería de procesos desde un punto de vista eminentemente práctico.

Process Mining: closing the gap between Data Science and BPM

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Durante los últimos años el sector industrial ha experimentado una transformación profunda debido a la introducción de las TIC en los entornos productivos y en los sistemas de fabricación. Surgen nuevos paradigmas, entre los que se encuentra la fabricación cero defectos, que permiten aumentar la fiabilidad de los procesos productivos y alcanzar resultados de máxima exigencia. Una tecnología crucial, y que posibilita la aplicación de este paradigma, es la visión por computador. En la conferencia se abordarán aspectos relacionados con la adquisición y procesado de imagen mediante la presentación de casos de uso industriales. Se concluirá con una revisión de los últimos trabajos en visión por computador que realizan aportaciones en esta reciente línea de investigación, la fabricación cero defectos.

La visión por computador en la fabricación cero defectos. Tecnología al servi...

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