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    Data Race Detection Using Large Language Models

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    Large language models (LLMs) are demonstrating significant promise as an alternate strategy to facilitate analyses and optimizations of high-performance computing programs, circumventing the need for resource-intensive manual tool creation. In this paper, we explore a novel LLM-based data race detection approach combining prompting engineering and fine-tuning techniques. We create a dedicated dataset named DRB-ML, which is derived from DataRaceBench, with fine-grain labels showing the presence of data race pairs and their associated variables, line numbers, and read/write information. DRB-ML is then used to evaluate representative LLMs and fine-tune open-source ones. Our experiment shows that LLMs can be a viable approach to data race detection. However, they still cannot compete with traditional data race detection tools when we need detailed information about variable pairs causing data races

    Towards Scalable OLTP Over Fast Networks

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    Online Transaction Processing (OLTP) underpins real-time data processing in many mission-critical applications, from banking to e-commerce. These applications typically issue short-duration, latency-sensitive transactions that demand immediate processing. High-volume applications, such as Alibaba's e-commerce platform, achieve peak transaction rates as high as 70 million transactions per second, exceeding the capacity of a single machine. Instead, distributed OLTP database management systems (DBMS) are deployed across multiple powerful machines. Historically, such distributed OLTP DBMSs have been primarily designed to avoid network communication, a paradigm largely unchanged since the 1980s. However, fast networks challenge the conventional belief that network communication is the main bottleneck. In particular, emerging network technologies, like Remote Direct Memory Access (RDMA), radically alter how data can be accessed over a network. RDMA's primitives allow direct access to the memory of a remote machine within an order of magnitude of local memory access. This development invalidates the notion that network communication is the primary bottleneck. Given that traditional distributed database systems have been designed with the premise that the network is slow, they cannot efficiently exploit these fast network primitives, which requires us to reconsider how we design distributed OLTP systems. This thesis focuses on the challenges RDMA presents and its implications on the design of distributed OLTP systems. First, we examine distributed architectures to understand data access patterns and scalability in modern OLTP systems. Drawing on these insights, we advocate a distributed storage engine optimized for high-speed networks. The storage engine serves as the foundation of a database, ensuring efficient data access through three central components: indexes, synchronization primitives, and buffer management (caching). With the introduction of RDMA, the landscape of data access has undergone a significant transformation. This requires a comprehensive redesign of the storage engine components to exploit the potential of RDMA and similar high-speed network technologies. Thus, as the second contribution, we design RDMA-optimized tree-based indexes — especially applicable for disaggregated databases to access remote data efficiently. We then turn our attention to the unique challenges of RDMA. One-sided RDMA, one of the network primitives introduced by RDMA, presents a performance advantage in enabling remote memory access while bypassing the remote CPU and the operating system. This allows the remote CPU to process transactions uninterrupted, with no requirement to be on hand for network communication. However, that way, specialized one-sided RDMA synchronization primitives are required since traditional CPU-driven primitives are bypassed. We found that existing RDMA one-sided synchronization schemes are unscalable or, even worse, fail to synchronize correctly, leading to hard-to-detect data corruption. As our third contribution, we address this issue by offering guidelines to build scalable and correct one-sided RDMA synchronization primitives. Finally, recognizing that maintaining all data in memory becomes economically unattractive, we propose a distributed buffer manager design that efficiently utilizes cost-effective NVMe flash storage. By leveraging low-latency RDMA messages, our buffer manager provides a transparent memory abstraction, accessing the aggregated DRAM and NVMe storage across nodes. Central to our approach is a distributed caching protocol that dynamically caches data. With this approach, our system can outperform RDMA-enabled in-memory distributed databases while managing larger-than-memory datasets efficiently

    LIPIcs, Volume 258, SoCG 2023, Complete Volume

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    LIPIcs, Volume 258, SoCG 2023, Complete Volum

    Enabling Scalability: Graph Hierarchies and Fault Tolerance

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    In this dissertation, we explore approaches to two techniques for building scalable algorithms. First, we look at different graph problems. We show how to exploit the input graph\u27s inherent hierarchy for scalable graph algorithms. The second technique takes a step back from concrete algorithmic problems. Here, we consider the case of node failures in large distributed systems and present techniques to quickly recover from these. In the first part of the dissertation, we investigate how hierarchies in graphs can be used to scale algorithms to large inputs. We develop algorithms for three graph problems based on two approaches to build hierarchies. The first approach reduces instance sizes for NP-hard problems by applying so-called reduction rules. These rules can be applied in polynomial time. They either find parts of the input that can be solved in polynomial time, or they identify structures that can be contracted (reduced) into smaller structures without loss of information for the specific problem. After solving the reduced instance using an exponential-time algorithm, these previously contracted structures can be uncontracted to obtain an exact solution for the original input. In addition to a simple preprocessing procedure, reduction rules can also be used in branch-and-reduce algorithms where they are successively applied after each branching step to build a hierarchy of problem kernels of increasing computational hardness. We develop reduction-based algorithms for the classical NP-hard problems Maximum Independent Set and Maximum Cut. The second approach is used for route planning in road networks where we build a hierarchy of road segments based on their importance for long distance shortest paths. By only considering important road segments when we are far away from the source and destination, we can substantially speed up shortest path queries. In the second part of this dissertation, we take a step back from concrete graph problems and look at more general problems in high performance computing (HPC). Here, due to the ever increasing size and complexity of HPC clusters, we expect hardware and software failures to become more common in massively parallel computations. We present two techniques for applications to recover from failures and resume computation. Both techniques are based on in-memory storage of redundant information and a data distribution that enables fast recovery. The first technique can be used for general purpose distributed processing frameworks: We identify data that is redundantly available on multiple machines and only introduce additional work for the remaining data that is only available on one machine. The second technique is a checkpointing library engineered for fast recovery using a data distribution method that achieves balanced communication loads. Both our techniques have in common that they work in settings where computation after a failure is continued with less machines than before. This is in contrast to many previous approaches that---in particular for checkpointing---focus on systems that keep spare resources available to replace failed machines. Overall, we present different techniques that enable scalable algorithms. While some of these techniques are specific to graph problems, we also present tools for fault tolerant algorithms and applications in a distributed setting. To show that those can be helpful in many different domains, we evaluate them for graph problems and other applications like phylogenetic tree inference

    Proactive Adaptation in Self-Organizing Task-based Runtime Systems for Different Computing Classes

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    Moderne Computersysteme bieten Anwendern und Anwendungsentwicklern ein hohes Maß an Parallelität und Heterogenität. Die effiziente Nutzung dieser Systeme erfordert jedoch tiefgreifende Kenntnisse, z.B. der darunterliegenden Hardware-Plattform und den notwendigen Programmiermodellen, und umfangreiche Arbeit des Entwicklers. In dieser Thesis bezieht sich die effiziente Nutzung auf die Gesamtausführungszeit der Anwendungen, den Energieverbrauch des Systems, die maximale Temperatur der Verarbeitungseinheiten und die Zuverlässigkeit des Systems. Neben den verschiedenen Optimierungszielen muss ein Anwendungsentwickler auch die spezifischen Einschränkungen und Randbedingungen des Systems berücksichtigen, wie z. B. Deadlines oder Sicherheitsgarantien, die mit bestimmten Anwendungsbereichen einhergehen. Diese Komplexität heterogener Systeme macht es unmöglich, alle potenziellen Systemzustände und Umwelteinflüsse, die zur Laufzeit auftreten können, vorherzusagen. Die System- und Anwendungsentwickler sind somit nicht in der Lage, zur Entwurfszeit festzulegen, wie das System und die Anwendungen in allen möglichen Situationen reagieren sollen. Daher ist es notwendig, die Systeme zur Laufzeit der aktuellen Situation anzupassen, um ihr Verhalten entsprechend zu optimieren. In eingebetteten Systemen mit begrenzten Kühlkapazitäten muss z.B. bei Erreichen einer bestimmten Temperaturschwelle eine Lastverteilung vorgenommen, die Frequenz verringert oder Verarbeitungseinheiten abgeschaltet werden, um die Wärmeentwicklung zu reduzieren. Normalerweise reicht es aber nicht aus, einfach nur auf einen ungünstigen Systemzustand zu reagieren. Das Ziel sollte darin bestehen, ungünstige oder fehlerhafte Systemzustände vor dem Auftreten zu vermeiden, um die Notwendigkeit des Aufrufs von Notfallfunktionen zu verringern und die Benutzerfreundlichkeit zu verbessern. Anstatt beispielsweise die Wärmeentwicklung durch eine Neuverteilung der Anwendungen zu reduzieren, könnten proaktive Mechanismen kritische Temperaturen bereits im Vorfeld vermeiden, indem sie bestimmte unkritische Aufgaben verzögern oder deren Genauigkeit oder QoS verringern. Auf diese Weise wird die Systemlast reduziert, bevor ein kritischer Punkt erreicht wird. Lösungen des aktuellen Stands der Technik wie einheitliche Programmiersprachen oder Laufzeitsysteme adressieren einige der oben genannten Herausforderungen, jedoch existiert kein Ansatz, der in der Lage ist, eine Optimierung mehrerer sich widersprechender Zielfunktionen dynamisch und vor allem proaktiv durchzuführen. Ein Konzept, das diese komplexe Aufgabe für den Entwickler übernimmt und eine Möglichkeit zur dynamischen und proaktiven Anpassung an Veränderungen bietet, ist die Selbstorganisation. Selbstorganisation ist jedoch definiert als ein Prozess ohne externe Kontrolle oder Steuerung. Im Kontext der Systemoptimierung kann dies leicht zu unerwünschten Ergebnissen führen. Ein Ansatz, der Selbstorganisation mit einem Kontrollmechanismus kombiniert, welcher auf Robustheit und Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Störungen abzielt, ist Organic Computing. Das bestimmende Merkmal von Organic Computing ist eine Observer/Controller-Architektur. Das Konzept dieser Architektur besteht darin, den aktuellen Zustand des Systems und der Umgebung zu überwachen, diese Daten zu analysieren und auf der Grundlage dieser Analyse Entscheidungen über das zukünftige Systemverhalten zu treffen. Organic Computing ermöglicht es also auf der Grundlage der vergangenen und des aktuellen Zustands proaktiv Mechanismen auszuwählen und auszulösen, die das System optimieren und unerwünschte Zustände vermeiden. Um die Vorteile des Organic Computings auf moderne heterogene Systeme zu übertragen, kombiniere ich den Organic Computing-Ansatz mit einem Laufzeitsystem. Laufzeitsysteme sind ein vielversprechender Kandidat für die Umsetzung des Organic Computing-Ansatzes, da sie bereits die Ausführung von Anwendungen überwachen und steuern. Insbesondere betrachte und bearbeite ich in dieser Dissertation die folgenden Forschungsthemen, indem ich die Konzepte des Organic Computings und der Laufzeitsysteme kombiniere: • Erfassen des aktuellen Systemzustands durch Überwachung von Sensoren und Performance Countern • Vorhersage zukünftiger Systemzustände durch Analyse des vergangenen Verhaltens • Nutzung von Zustandsinformationen zur proaktiven Anpassung des Systems Ich erweitere das Thema der Erfassung von Systemzuständen auf zwei Arten. Zunächst führe ich eine neuartige heuristische Metrik zur Berechnung der Zuverlässigkeit einer Verarbeitungseinheit ein, die auf symptombasierter Fehlererkennung basiert. Symptombasierte Fehlererkennung ist eine leichtgewichtige Methode zur dynamischen Erkennung von soften Hardware-Fehlern durch Überwachung des Ausführungsverhaltens mit Performance Countern. Die dynamische Erkennung von Fehlern ermöglicht dann die Berechnung einer heuristischen Fehlerrate einer Verarbeitungseinheit in einem bestimmten Zeitfenster. Die Fehlerrate wird verwendet, um die Anzahl der erforderlichen Ausführungen einer Anwendung zu berechnen, um eine bestimmte Ergebniszuverlässigkeit, also eine Mindestwahrscheinlichkeit für ein korrektes Ergebnis, zu gewährleisten. Ein wichtiger Aspekt der Zustandserfassung ist die Minimierung des entstehenden Overheads. Ich verringere die Anzahl der für OpenMP-Tasks notwendigen Profiling-Durchläufe durch Thread-Interpolation und Überprüfungen des Skalierungsverhaltens. Zusätzlich untersuche ich die Vorhersage von OpenCL Task-Ausführungszeiten. Die Prädiktoren der Ausführungszeiten werden mit verschiedenen maschinellen Lernalgorithmen trainiert. Als Input werden Profile der Kernel verwendet, die durch statische Codeanalyse erstellt wurden. Um in dieser Dissertation zukünftige Systemzustände vorherzusagen, sollen Anwendungen vorausgesagt werden, die in naher Zukunft im System vorkommen werden. In Kombination mit der Ausführungsdatenbank ermöglicht dies die Schätzung der anstehenden Kosten, die das System zu bewältigen hat. In dieser Arbeit werden zwei Mechanismen zur Vorhersage von Anwendungen/Tasks entwickelt. Der erste Prädiktor zielt darauf ab, neue Instanzen unabhängiger Tasks vorherzusagen. Der zweite Mechanismus betrachtet Ausführungsmuster abhängiger Anwendungen und sagt auf dieser Grundlage zukünftig auftretende Anwendungen vorher. Beide Mechanismen verwenden eine Vorhersagetabelle, die auf Markov-Prädiktoren und dem Abgleich von Mustern basiert. In dieser Arbeit wird das Wissen, das durch die Systemüberwachung und die Vorhersage zukünftiger Anwendungen gewonnen wird, verwendet, um die Optimierungsziele des Systems proaktiv in Einklang zu bringen und zu gewichten. Dies geschieht durch eine Reihe von Regeln, die eine Systemzustandsbeschreibung, bestehend aus dem aktuellen Zustand, Vorhersagen und Randbedingungen bzw. Beschränkungen, auf einen Vektor aus Gewichten abbilden. Zum Erlernen der Regelmenge wird ein Extended Classifer System (XCS) eingesetzt. Das XCS ist in eine hierarchische Architektur eingebettet, die nach den Prinzipien des Organic Computing entworfen wurde. Eine wichtige Designentscheidung ist dabei die Auslagerung der Erstellung neuer Regeln an einen Offline-Algorithmus, der einen Simulator nutzt und parallel zum normalen Systemablauf ausgeführt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass keine ungetesteten Regeln, deren Auswirkungen noch nicht bekannt sind, dem laufenden System hinzugefügt werden. Die sich daraus ergebenden Gewichte werden schließlich verwendet, um eine Bewertungsfunktion für List Scheduling-Algorithmen zu erstellen. Diese Dissertation erweitert das Forschungsgebiet der Scheduling-Algorithmen durch zwei Mechanismen für dynamisches Scheduling. Die erste Erweiterung konzentriert sich auf nicht sicherheitskritische Systeme, die Prioritäten verwenden, um die unterschiedliche Wichtigkeit von Tasks auszudrücken. Da statische Prioritäten in stark ausgelasteten Systemen zu Starvation führen können, habe ich einen dynamischen Ageing-Mechanismus entwickelt, der dazu in der Lage ist, die Prioritäten der Tasks entsprechend der aktuellen Auslastung und ihrer Wartezeiten anzupassen. Dadurch reduziert der Mechanismus die Gesamtlaufzeit über alle Tasks und die Wartezeit für Tasks mit niedrigerer Priorität. Noch ist eine große Anzahl von Anwendungen nicht dazu bereit, den hohen Grad an Parallelität zu nutzen, den moderne Computersysteme bieten. Ein Konzept, das versucht dieses Problem zu lösen, indem es mehrere verschiedene Prozesse auf demselben Rechenknoten zur Ausführung bringt, ist das Co-Scheduling. In dieser Dissertation stelle ich einen neuartigen Co-Scheduling-Mechanismus vor, welcher die Task-Schedules mehrerer Laufzeitsysteminstanzen optimiert, die auf demselben Rechenknoten ausgeführt werden. Um die notwendigen Informationen zwischen den Laufzeitsysteminstanzen zu teilen, speichert der Mechanismus die Daten in Shared Memory. Sobald ein Laufzeitsystem neue Tasks in das System einfügt, prüft der Mechanismus, ob die Berechnung eines neuen Schedules sinnvoll ist. Wird die Entscheidung getroffen, einen neuen Schedule zu berechnen, setzt der Mechanismus Simulated Annealing ein, um alle Tasks, die bisher noch nicht mit ihrer Ausführung begonnen haben, neu auf Ausführungseinheiten abzubilden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Arbeit neuartige Mechanismen und Algorithmen sowie Erweiterungen zu verschiedenen Forschungsgebieten anbietet, um ein proaktives selbst-organisierendes System zu implementieren, das sich an neue und unbekannte Situationen anpassen kann. Dabei wird die Komplexität für Benutzer und Anwendungsentwickler reduziert, indem die Entscheidungsfindung in das System selbst ausgelagert wird. Gleichzeitig sorgt dieser Ansatz für eine effiziente Nutzung der Ressourcen des Systems. Insgesamt leistet diese Arbeit die folgenden Beiträge zur Erweiterung des Stands der Forschung: • Einführung einer neuartigen heuristischen Metrik zur Messung der Zuverlässigkeit von Verarbeitungseinheiten. Die Metrik basiert auf einer leichtgewichtigen Methode zur Fehlererkennung, genannt symptombasierte Fehlererkennung. Mit der symptombasierten Fehlererkennung ist es möglich, mehrere injizierte Fehlerklassen und Interferenzen, die Soft-Hardware-Fehler simulieren, sowohl auf einer CPU als auch auf einer GPU zuverlässig zu erkennen. Darüber hinaus werden diese Ergebnisse durch Welch\u27s t-Test statistisch bestätigt. • Vorschlag eines Vorhersagemodells für die Ausführungszeit von OpenCL Kerneln, das auf statischer Code-Analyse basiert. Das Modell ist in der Lage, die schnellste Verarbeitungseinheit aus einer Menge von Verarbeitungseinheiten mit einer Genauigkeit von im schlechtesten Fall 69 %69\,\% auszuwählen. Zum Vergleich: eine Referenzvariante, welche immer den Prozessor vorhersagt, der die meisten Kernel am schnellsten ausführt, erzielt eine Genauigkeit von 25 %25\,\%. Im besten Fall erreicht das Modell eine Genauigkeit von bis zu 83 %83\,\%. • Bereitstellung von zwei Prädiktoren für kommende Tasks/Anwendungen. Der erste Mechanismus betrachtet unabhängige Tasks, die ständig neue Task-Instanzen erstellen, der zweite abhängige Anwendungen, die Ausführungsmuster bilden. Dabei erzielt der erste Mechanismus bei der Vorhersage der Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Task-Instanzen einen maximalen\\ sMAPEsMAPE-Wert von 4,33 %4,33\,\% für sporadische und 0,002 %0,002 \,\% für periodische Tasks. Darüber hinaus werden Tasks mit einem aperiodischen Ausführungsschema zuverlässig erkannt. Der zweite Mechanismus erreicht eine Genauigkeit von 77,6 %77,6 \,\% für die Vorhersage der nächsten anstehenden Anwendung und deren Startzeit. • Einführung einer Umsetzung eines hierarchischen Organic Computing Frameworks mit dem Anwendungsgebiet Task-Scheduling. Dieses Framework enthält u.a. ein modifiziertes XCS, für dessen Design und Implementierung ein neuartiger Reward-Mechanismus entwickelt wird. Der Mechanismus bedient sich dabei eines speziell für diesen Zweck entwickelten Simulators zur Berechnung von Task-Ausführungskosten. Das XCS bildet Beschreibungen des Systemzustands auf Gewichte zur Balancierung der Optimierungsziele des Systems ab. Diese Gewichte werden in einer Bewertungsfunktion für List Scheduling-Algorithmen verwendet. Damit wird in einem Evaluationsszenario, welches aus einem fünfmal wiederholten Muster aus Anwendungen besteht, eine Reduzierung der Gesamtlaufzeit um 10,4 %10,4\,\% bzw. 26,7 s26,7\,s, des Energieverbrauchs um 4,7 %4,7\,\% bzw. 2061,1 J2061,1\,J und der maximalen Temperatur der GPU um 3,6 %3,6\,\% bzw. 2,7K2,7 K erzielt. Lediglich die maximale Temperatur über alle CPU-Kerne erhöht sich um 6 %6\,\% bzw. 2,3 K2,3\,K. • Entwicklung von zwei Erweiterungen zur Verbesserung des dynamischen Task-Schedulings für einzelne und mehrere Prozesse, z.B. mehrere Laufzeitsysteminstanzen. Der erste Mechanismus, ein Ageing-Algorithmus, betrachtet nicht sicherheitskritische Systeme, welche Task-Prioritäten verwenden, um die unterschiedliche Bedeutung von Anwendungen darzustellen. Da es in solchen Anwendungsszenarien in Kombination mit hoher Systemauslastung zu Starvation kommen kann, passt der Mechanismus die Task-Prioritäten dynamisch an die aktuelle Auslastung und die Task-Wartezeiten an. Insgesamt erreicht dieser Mechanismus in zwei Bewertungsszenarien eine durchschnittliche Laufzeitverbesserung von 3,75 %3,75\,\% und 3,16 %3,16\,\% bei gleichzeitiger Reduzierung der Durchlaufzeit von Tasks mit niedrigerer Priorität um bis zu 25,67 %25,67\,\%. Der zweite Mechanismus ermöglicht die Optimierung von Schedules mehrerer Laufzeitsysteminstanzen, die parallel auf demselben Rechenknoten ausgeführt werden. Dieser Co-Scheduling-Ansatz verwendet Shared Memory zum Austausch von Informationen zwischen den Prozessen und Simulated Annealing zur Berechnung neuer Task-Schedules. In zwei Evaluierungsszenarien erzielt der Mechanismus durchschnittliche Laufzeitverbesserungen von 19,74 %19,74\,\% und 20,91 %20,91\,\% bzw. etwa 2,7 s2,7\,s und 3 s3\,s

    Technologies and Applications for Big Data Value

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    This open access book explores cutting-edge solutions and best practices for big data and data-driven AI applications for the data-driven economy. It provides the reader with a basis for understanding how technical issues can be overcome to offer real-world solutions to major industrial areas. The book starts with an introductory chapter that provides an overview of the book by positioning the following chapters in terms of their contributions to technology frameworks which are key elements of the Big Data Value Public-Private Partnership and the upcoming Partnership on AI, Data and Robotics. The remainder of the book is then arranged in two parts. The first part “Technologies and Methods” contains horizontal contributions of technologies and methods that enable data value chains to be applied in any sector. The second part “Processes and Applications” details experience reports and lessons from using big data and data-driven approaches in processes and applications. Its chapters are co-authored with industry experts and cover domains including health, law, finance, retail, manufacturing, mobility, and smart cities. Contributions emanate from the Big Data Value Public-Private Partnership and the Big Data Value Association, which have acted as the European data community's nucleus to bring together businesses with leading researchers to harness the value of data to benefit society, business, science, and industry. The book is of interest to two primary audiences, first, undergraduate and postgraduate students and researchers in various fields, including big data, data science, data engineering, and machine learning and AI. Second, practitioners and industry experts engaged in data-driven systems, software design and deployment projects who are interested in employing these advanced methods to address real-world problems

    Convergence of Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems

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    This book is a collection of published articles from the Sensors Special Issue on "Convergence of Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems". It includes extended versions of the conference contributions from the 10th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS’2019), Metz, France, as well as external contributions

    Side-Channel Analysis and Cryptography Engineering : Getting OpenSSL Closer to Constant-Time

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    As side-channel attacks reached general purpose PCs and started to be more practical for attackers to exploit, OpenSSL adopted in 2005 a flagging mechanism to protect against SCA. The opt-in mechanism allows to flag secret values, such as keys, with the BN_FLG_CONSTTIME flag. Whenever a flag is checked and detected, the library changes its execution flow to SCA-secure functions that are slower but safer, protecting these secret values from being leaked. This mechanism favors performance over security, it is error-prone, and is obscure for most library developers, increasing the potential for side-channel vulnerabilities. This dissertation presents an extensive side-channel analysis of OpenSSL and criticizes its fragile flagging mechanism. This analysis reveals several flaws affecting the library resulting in multiple side-channel attacks, improved cache-timing attack techniques, and a new side channel vector. The first part of this dissertation introduces the main topic and the necessary related work, including the microarchitecture, the cache hierarchy, and attack techniques; then it presents a brief troubled history of side-channel attacks and defenses in OpenSSL, setting the stage for the related publications. This dissertation includes seven original publications contributing to the area of side-channel analysis, microarchitecture timing attacks, and applied cryptography. From an SCA perspective, the results identify several vulnerabilities and flaws enabling protocol-level attacks on RSA, DSA, and ECDSA, in addition to full SCA of the SM2 cryptosystem. With respect to microarchitecture timing attacks, the dissertation presents a new side-channel vector due to port contention in the CPU execution units. And finally, on the applied cryptography front, OpenSSL now enjoys a revamped code base securing several cryptosystems against SCA, favoring a secure-by-default protection against side-channel attacks, instead of the insecure opt-in flagging mechanism provided by the fragile BN_FLG_CONSTTIME flag

    Expanding the Horizons of Manufacturing: Towards Wide Integration, Smart Systems and Tools

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    This research topic aims at enterprise-wide modeling and optimization (EWMO) through the development and application of integrated modeling, simulation and optimization methodologies, and computer-aided tools for reliable and sustainable improvement opportunities within the entire manufacturing network (raw materials, production plants, distribution, retailers, and customers) and its components. This integrated approach incorporates information from the local primary control and supervisory modules into the scheduling/planning formulation. That makes it possible to dynamically react to incidents that occur in the network components at the appropriate decision-making level, requiring fewer resources, emitting less waste, and allowing for better responsiveness in changing market requirements and operational variations, reducing cost, waste, energy consumption and environmental impact, and increasing the benefits. More recently, the exploitation of new technology integration, such as through semantic models in formal knowledge models, allows for the capture and utilization of domain knowledge, human knowledge, and expert knowledge toward comprehensive intelligent management. Otherwise, the development of advanced technologies and tools, such as cyber-physical systems, the Internet of Things, the Industrial Internet of Things, Artificial Intelligence, Big Data, Cloud Computing, Blockchain, etc., have captured the attention of manufacturing enterprises toward intelligent manufacturing systems
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