FIRM-ID: documentation based firmware microcontroller identification

LAUREA MAGISTRALEAl fine di performare analisi sandbox su di un firmware bare-metal sconosciuto, è necessario costruire un ambiente ad hoc capace di simulare tutte le periferiche utilizzate dal firmware. La maggior parte dei firmware bare-metal, purtroppo, non contengono informazioni riguardanti il microcontroller per il quale sono stati scritti. Non avere conoscenza del microcontrollore sottostante, e di conseguenza delle possibili periferiche utilizzabili dal firmware, aumenta drasticamente la complessità necessaria per la realizzazione di un ambiente di sandbox. Identificando il possibile microcontrollore del firmware si è in grado di ridurre questa complessità e di costruire un sistema ad hoc basato solo sulle periferiche del microcontrollore sottostante. Questo lavoro presenta un approccio per identificare in maniera automatizzata il microcontrollore di un firmware mediante un'analisi statica e parzialmente-dinamica del binario, ampliando così lo stato dell’arte e introducendo un metodo innovativo per l'analisi dei firmware bare-metal.Affrontiamo le attuali limitazioni dello stato dell'arte introducendo un metodo alternativo per analizzare gli accessi in memoria del firmware in input, al fine di individuare eventuali attivazioni o utilizzi di periferiche. Le informazioni raccolte durante l'analisi vengono quindi confrontate con il nostro database, costruito partendo dai dati contenuti nelle schede tecniche dei singoli microcontrollori fornite dai vendor, per determinare la migliore corrispondenza tra il layout di memoria del microcontrollore e gli accessi in memoria del binario analizzato. L'approccio è valutato su un dataset composto da firmware ottenuti da repository, demo e progetti personali. Il database di microcontrollori presi in cosiderazione è creato a partire dai datasheet raccolti presso il sito di tre diversi vendor.Sandbox emulation of an unknown bare-metal firmware requires the implementation of an ad hoc environment simulating all the necessary peripherals of the firmware's targeted microcontroller. The lack of information about the firmware microcontroller's configuration significantly increases the complexity of the solution, often necessitating the implementation of every possible usable peripheral to approximate the original microcontroller's layout. Identifying potential configuration layouts narrows down the range of peripheral combinations needed for emulation, streamlining the process of setting up a sandbox environment. This work presents an approach for automatically identifying a firmware's targeted microcontroller and its peripheral configuration via static and partial-dynamic analysis, extending the state-of-the-art and introducing a novel method for analyzing bare-metal firmware. We address the current limitations of state-of-the-art approaches by introducing the possibility of analyzing the input binary's memory access to reveal any potential peripherals activation or usage. We then cross-check the gathered information against our database built starting from the datasheets' information to determine the most accurate possible microcontroller's memory layout match for the given binary. We evaluate our approach on a dataset of binaries obtained from real-world firmware and created firmware

Resonant X-ray spectroscopy of fractal TiO2 structures for photovoltaic applications

LAUREA MAGISTRALEDalla sua prima osservazione nel 1947 al General Electric Research Laboratory di New York, la radiazione di sincrotrone è stata usata in maniera crescente dalla comunità scientifica, grazie allo sviluppo di strutture in grado di sfruttarla come strumento per studiare il mondo su scala nanometrica, ovvero il dominio di atomi e molecole. La terza generazione di sincrotroni, strutture in grado di generare raggi x in maniera intensa e altamente direzionale, ha reso possibili varie tipologie di applicazione grazie alla loro possibilità di raggiungere potenza e brillanza fino a livelli molto elevati, nonché di ottenere un’ottima risoluzione spaziale, temporale o di energia (e spesso molte di esse tutte assieme). Uno degli utilizzi più comuni della luce di sincrotrone riguarda la spettroscopia, ovvero in generale lo studio dell’assorbimento o dell’emissione di particelle (fotoni, elettroni, neutroni ecc) da parte di un determinato materiale, in funzione della loro energia. Ovviamente nel caso considerato la tecnica utilizza fotoni ad alta energia, ovvero raggi X, per studiare le proprietà dei materiali, i quali mostrano comportamenti differenti a seconda delle loro caratteristiche e della loro struttura elettronica. Una delle proprietà più importanti di tale spettroscopia è la possibilità di essere assolutamente selettivi sull’elemento chimico che si vuol andare ad osservare, studiando il comportamento suo e degli atomi in un suo intorno, grazie alla possibilità di selezionare con precisione l’energia sulla soglia di assorbimento di quel determinato elemento. Tra le molte tecniche spettroscopiche, in questa tesi si sono utilizzate la XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure), con cui è possibile studiare i livelli energetici non occupati al di sopra dell’energia di Fermi e la XES (X-ray Emission Spectroscopy), che è in qualche modo complementare e con cui si possono osservare quelli occupati al di sotto dell’energia di Fermi, ottenendo così un quadro completo di tutta la struttura elettronica. Si è infine usata la tecnica RIXS (Resonant Inelastic X-ray Scattering), che è una tecnica più completa poiché permette di combinare i due processi in un processo del second’ordine photon-in photon-out che fornisce una mappa bidimensionale ricca di informazioni riguardo la struttura elettronica. I primi due capitoli di questa tesi sono dedicati alla descrizione della radiazione di sincrotrone e delle sue proprietà, assieme alle strutture che sono necessarie alla sua generazione ed al suo sfruttamento, e ad una descrizione dettagliata delle tecniche spettroscopiche di cui sopra. Tra la grande varietà di materiali studiati al sincrotrone, un posto di rilievo è occupato da quelli con alto interesse tecnologico e grandi potenzialità di sfruttamento nell’industria. In questa tesi, in particolare, ci si è concentrati sull’ossido di titanio (TiO2) che è un materiale semiconduttore molto studiato per le sue proprietà catalitiche e fotovoltaiche. La sua importanza è cresciuta soprattutto da quando, nel 1991, è stato utilizzato come fotoanodo in una nuova tipologia di cella fotovoltaica elettrochimica, detta dye sensitized solar cell (DSSC) o cella di Gra ̈tzel, dal nome del suo inventore. Questo particolare tipo di cella ibrida sfrutta l’assorbimento di radiazione visibile da parte di un colorante che, essendo deposto sulla superficie dell’ossido di titanio, gli trasferisce elettroni fotoeccitati. Questi possono così dar luogo ad una corrente tramite il dispositivo il cui circuito è chiuso da un elettrolita che rigenera il colorante. Le celle di Gra ̈tzel sono molto interessanti per il loro basso costo e la loro discreta efficienza, che tuttavia non è ancora comparabile con quella che si può ottenere dal silicio monocristallino. Per questo motivo molta ricerca è indirizzata verso l’ottimizzazione dei vari processi che prendono parte alla generazione di corrente nella cella. Il capitolo quattro della tesi è appunto dedicato alla descrizione della fisica che governa il funzionamento di tali celle, con particolare attenzione al fatto che esse possano essere migliorate tramite l’utilizzo di fotoanodi nanostrutturati che diano la possibilità di aumentare l’assorbimento di luce nella cella grazie al fatto che essi massimizzano il rapporto superficie-volume, così da aumentare l’efficienza nel trasferimento di elettroni all’interfaccia colorante/semiconduttore. In particolare qui si è voluto studiare, utilizzando le tecniche di spettroscopia con luce di sincrotrone di cui sopra, l’interazione del TiO2 con il colorante e come questo ne modifichi la struttura elettronica, in campioni di ossido di titanio che non è normalmente nanostrutturato, bensì che è stato deposto con una particolare tecnica nota come PLD (pulsed laser deposition) che permette di strutturarne la morfologia così che le nanoparticelle di ossido si assemblino anisotropicamente dal basso verso l’alto, in modo che la struttura ricordi un albero e che tutto il fotoanodo ricordi una foresta. In questo modo è possibile massimizzare il rapporto tra superficie libera e volume e dunque migliorare lo scambio di elettroni tra anodo e colorante. Nell’ultimo capitolo sono mostrati i dati sperimentali ottenuti alla beamline ID26 della European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) tramite XANES, XES e RIXS. In particolare, tali tecniche sono state usate alla soglia K del titanio su un campione di diossido di titanio nanostrutturato e su un analogo campione ricoperto da un monostrato del colorante noto in letteratura come “black dye”. Si è poi svolta un’analisi dei dati per confrontare i due campioni, con attenzione specifica alla ricerca di eventuali modifiche nei levelli energetici a ridosso dell’energia di Fermi ad opera del colorante. Tali modifiche, che sono state osservate, non erano affatto scontate poiché la spettroscopia di raggi X, a differenza di quella di elettroni, è una tecnica più sensibile al bulk dei materiali che alla loro superficie, ad indicare la rilevanza della morfologia di quest’ultima nei suddetti campioni e una profonda interazione tra molecole di colorante ed atomi del semiconduttore. Infine, è opportuno sottolineare che il terzo capitolo della tesi è invece dedicato ad un progetto differente, ovvero al software X-count, un codice matlab che è stato sviluppato ad ESRF come strumento di supporto per la spettroscopia photon-in photon-out. Questo significa che il programma simula tutto l’insieme dei processi di assorbimento di raggi x da parte di un atomo assorbitore posto all’interno di un campione più complesso e della sua emissione di fluorescenza, ovvero di ulteriori raggi x ad energia differente che vengono poi rivelati da un detector che può essere a stato solido oppure un normale APD posto all’interno di uno spettrometro. Tale software è utile perché permette di simulare un esperimento e di verificare se da esso sia possibile ottenere un sufficiente segnale in uscita o, in caso contrario, quali parametri sia opportuno ottimizzare per ottenerlo. Esso permette inoltre di simulare molti effetti secondari ma importanti che avvengono nei campioni reali, dove lo spessore o l’elevata concentrazione o la presenza di altre specie atomiche che possano assorbire la radiazione possono modificare significativamente il risultato di un esperimento. Queste possibilità svolgono un ruolo cruciale nel mondo del sincrotrone dove i tempi per fare misure, i cosiddetti beamtimes, sono ridotti e dunque la pianificazione dell’esperimento è un elemento chiave per poter ottenere misure utili e complete.From its first observation in 1947 at the General Electric Research Laboratory in New York, synchrotron radiation has been increasingly used by the scientific community thanks to the development of facilities able to exploit this sort of radiation as a tool to investigate the world down to the scale of nanometers and angstroms, i.e. the world of atoms and molecules. Third generation synchrotron facilities, structures able to generate very intense and directional x-rays, made many different applications possible thanks to the chance to exploit power and brilliance of radiation, together with that one to choose spatial, temporal and energetic resolution. In this thesis an important application of synchrotron radiation is discussed, namely x-ray spectroscopy. Such a technique studies the properties of materials by observing x-ray absorption and emission, which depends on the material itself and on its electronic structure. This needs the ability to govern x-rays’ energy which can be achieved at synchrotrons. Moreover, this gives to spectroscopy its peculiar characteristic of being element selective, i.e. able to probe only the selected element and to observe how it behaves accordingly to its neighborhood. The first two chapter of this thesis are dedicated to the description of synchrotron radiation and its properties, together with the facilities that support its generation and exploitation, and to an overview of spectroscopic techniques which are currently used. In fact, spectroscopy developed and improved and many techniques such as XANES (x-ray absorption near edge structure), XES (x-ray emission spectroscopy) and RIXS (resonant inelastic x-ray scattering), became available to study the absorption and emission of x-rays from samples of every kind. XANES, in particular, probes the unoccupied levels above the Fermi energy and thus it is an interesting tool to study the electronic structure in this energy range. Somehow complementary is XES, which probes the occupied levels below the Fermi energy (valence levels); for this reason the two techniques can give a full understanding of the whole electronic structure in the neighborhood of the considered element. RIXS is an even more complete technique, because it combines the two processes in a second order photon-in photon-out technique which provides a bidimensional map rich of informations about the electronic structure. In this thesis the techniques above were exploited to study titanium dioxide (TiO2), a semiconductor material of great interest in the fields of catalysis and photovoltaic energy generation. Indeed, this material is employed as a photoanode in Dye Sensitized Solar Cells (DSSCs) which are an interesting and promising alternative to silicon based solar cells, since they are hybrid cells with very low production cost. Together with such a photoanode, indeed, there is a dye which provides the light absorption and an electrolyte (a redox couple) which closes the circuit between it and the dye, since it makes the electron recombination possible. Particularly, the physics of these cells (also known as Gr ̈atzel cells) is described in chapter four and special attention is given to the fact that they can be improved by the use of nanostructured TiO2 photoanodes that give the possibility to increase the light absorption of the cell because they maximize the surface-to-volume ratio and give the highest efficiency of electron transfer at the dye/semiconductor interface. In the attempt to find an even better efficiency, photoanodes were deposited at Politecnico di Milano using Pulsed Laser Deposition (PLD), a technique that allows to confer to TiO2 a peculiar morphology, resembling that one of a forest where every tree contributes to obtain an extremely high surface. These structures with extreme porosity were proved to be useful to hamper electron recombination and improve electron transport; thus their properties are studied for a possible use in industrial devices. For this reason, in the final part of this thesis a sample of nanostructured TiO2 and a similar sample sensitized with “black dye” were studied by means of XANES, XES and RIXS spectroscopies performed on the K edge of titanium in order to figure out the influence of such a dye on the semiconductor, since a better understanding of the physics that governs the electronic structure of these complex interfaces is necessary to obtain better efficiencies and therefore better photovoltaic devices. In particular, data analysis was addressed to understand whether there were differences in the energetic levels close to the Fermi energy between the sample with and without dye. Such modifications were observed, although this was not clearly predictable from the beginning because x-ray spectroscopy (differently than electron spectroscopies) is more a bulk sensitive technique than a surface sensitive one. Thus this means that the interaction between the dye molecules and the semiconductor atoms is deeper than expected and that surface atoms have a dominant contribution in the sample. Besides, chapter three of this thesis is a parenthesis that wants do describe X- count, a Matlab-based software that was developed at the European Synchrotron Radiation Facility to simulate the whole absorption and emission process, from the incident X-rays, via their interaction with the absorber atoms in the sample, to the fluorescent emission of another X-ray photon and its collection from a detector. This program mainly answers to the necessity to estimate the result of an experiment before performing it, since during beamtimes scientists have not much time and they must know whether an experiment is possible or not, i.e. if it gives an useful signal and which are the critical factors to improve it. Also, X-count gives the possibility to simulate and estimate many further effects, such as self absorption or emission of fluorescence from other atoms in the sample than the absorber atom. Thanks to these skills and to its utility, the program is currently used at the ESRF to support the planning of many experiments and this will hopefully bring to its further improvement

The interplay between thermodynamics and kinetics in the solid-state synthesis of layered oxides.

In the synthesis of inorganic materials, reactions often yield non-equilibrium kinetic byproducts instead of the thermodynamic equilibrium phase. Understanding the competition between thermodynamics and kinetics is a fundamental step towards the rational synthesis of target materials. Here, we use in situ synchrotron X-ray diffraction to investigate the multistage crystallization pathways of the important two-layer (P2) sodium oxides Na0.67MO2 (M = Co, Mn). We observe a series of fast non-equilibrium phase transformations through metastable three-layer O3, O3' and P3 phases before formation of the equilibrium two-layer P2 polymorph. We present a theoretical framework to rationalize the observed phase progression, demonstrating that even though P2 is the equilibrium phase, compositionally unconstrained reactions between powder precursors favour the formation of non-equilibrium three-layered intermediates. These insights can guide the choice of precursors and parameters employed in the solid-state synthesis of ceramic materials, and constitutes a step forward in unravelling the complex interplay between thermodynamics and kinetics during materials synthesis

Pancreatoduodenectomy without vascular resection in patients with primary resectable adenocarcinoma and unilateral venous contact:A matched case study

Purpose. To investigate the oncological outcome and survival of patients following a conservative approach on the portal- mesenteric axis, in an intraoperative ultrasound-selected group of pancreatoduodenectomy (PD), performed on patients with primary resectable with vascular contact (prVC) pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). Methods. A consecutive series of patients who underwent PD for PDAC at our tertiary care center, between 2008 and 2017, were reviewed. A total of 156 PDs and 88 total pancreatectomies were performed during the study period, including 35 vascular resections. We identified a group of 40 (25.6%) patients with prVC-PDAC in whom after checking the feasibility with intraoperative ultrasound, we were able to perform PD by separation of the tumor from the portomesenteric axis avoiding vascular resection, without residual macroscopic disease (no vascular resection, nvrPD), and compared this group, using case-matched methodology, with the standard PD (sPD) group of primary resectable without vascular contact- (prwVC-) PDAC. Results. The median follow-up was 28.5 ± 23.2 months in the sPD group and 23.8 ± 20.8 months in the nvrPD group (p = 0 35). Isolated local recurrence rate was 2/40 (5%) in both groups. Additionally, there were no statistical differences in the systemic progression of the disease (42.5% sPD vs. 45% nvrPD, p = 0 82) or local plus synchronous systemic disease rates (2.5% sPD vs. 7.5% nvrPD, p = 0 30). The median survival was 22 months for the sPD group and 23 months for the nvrPD group, p = 0 86. The overall survival was similar in the two groups (1 y: 76.3% sPD vs. 70.0% nvrPD; 3 y: 35.6% vs. 31.6%; and 5 y: 28.5% vs. 25.3%; p = 0 80). Conclusions. PD without vascular resection can be considered safe and oncologically acceptable in selected patients with preoperative diagnosis of prVC-PDAC. The poor prognosis of PDAC is related to the aggressive biology and systemic spread of the tumor, rather than the local control of the disease

Esperienze di partecipazione attiva delle studentesse e degli studenti al processo di decision-making: l’emozione della democrazia a Scuola-Città Pestalozzi

Scuola-Città Pestalozzi, fin dalla sua origine, ha organizzato la scuola in una comunità educante in cui la partecipazione attiva degli studenti al processo di decision-making è sempre stata al centro del piano dell’offerta formativa. La scuola all’inizio era organizzata come una vera e propria città in cui a rotazione ogni funzione, dal sindaco al pubblico ministero, dall’assessore al giardiniere, era coperta da studenti e studentesse. Oggi quell’organizzazione è cambiata, si è trasformata, sono rimasti però i paradigmi pedagogici di quell’esperienza. Il contributo che proponiamo è quello di raccontare le esperienze di oggi rispetto alla partecipazione attiva delle studentesse e degli studenti al processo di decision- making

Indagine sperimentale e simulazione FEM degli scambi termici durante i processi di deformazione a caldo di Ti-6Al-4V

LAUREA MAGISTRALEAl fine di simulare l’operazione di forgiatura e di laminazione radiale-assiale di una lega di Titanio (Ti-6Al-4V) il problema meccanico-termico viene risolto tramite il software commerciale Simufact.Forming. I parametri e le condizioni al contorno del modello matematico di una simulazione numerica agli elementi finiti sono fondamentali affinché la soluzione fornisca risultati accurati. A seguito di una campagna sperimentale, attraverso un procedimento inverso, i parametri del modello termico sono stati stimati minimizzando iterativamente l’errore tra i dati sperimentali e i risultati numerici. È stata eseguita una stima delle proprietà termiche del materiale, dei coefficienti di scambio termico quali irraggiamento e convezione in aria e del coefficiente di scambio termico all’interfaccia tra il pezzo e le parti della macchina in funzione della pressione di contatto.In order to simulate the operation of forging and ring rolling of a titanium alloy (Ti-6Al-4V) the coupled thermal-mechanical problem is solved using the commercial software Simufact.Forming. Accurate parameters and boundary conditions of the mathematical model of a FEM simulation are fundamental in order to obtain good results. After the experimental campaign, parameters of the thermal problem have been evaluated using a reverse method, iteratively minimizing the error between experimental data and numerical results. Thermal properties of the material, heat transfer coefficients such as convection, emissivity and workpiece-die interface heat transfer as a function of contact pressure have been evaluated

Reduction of Torque Ripple in Synchronous Reluctance Machines through Flux Barrier Shift

Synchronous Reluctance (SyR) machines are a viable alternative to other kinds of electrical machines in many fields. The simple rotor structure allows a high efficiency level with low manufacturing costs and higher safety in high-speed operations. However, one of the main problems of the SyR machines is the torque ripple generated by the interaction of the stator and rotor Magneto-Motive Force harmonics. Many design solutions have been proposed to date, but heavy torque ripple reduction has only been achieved with long optimizations runs or with complex machine structures. This paper presents an easy and effective method to reduce torque ripple through flux barrier shift. Two machines were designed in order to compare the proposed design with a state-of-the-art procedure. The machines designed with flux barrier shift presents similar performances to the optimized machine, with a lower design time and a more general design method

Levels of circulating endothelial cells are low in idiopathic pulmonary fibrosis and are further reduced by anti-fibrotic treatments

Background: It has been suggested that circulating fibrocytes and endothelial cells actively participate in the intense remodelling of the pulmonary vasculature in patients with idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). Indeed, fibrotic areas exist that have fewer blood vessels, whereas adjacent non-fibrotic tissue is highly vascularized. The number of circulating endothelial cells (CEC) and endothelial progenitor cells (EPC) might reflect the balance between vascular injury and repair. Thus, fibrocytes as well as endothelial cells could potentially be used as biomarkers of disease progression and treatment outcome. Methods: Peripheral blood samples were collected from 67 patients with a multidisciplinary diagnosis of IPF and from 45 age-matched and sex-matched healthy volunteers. Buffy coat was isolated according to standard procedures and at least 20 million cells were stained with different monoclonal antibodies for the detection of CEC, EPC and circulating fibrocytes. For the detection of CEC and EPC, cells were stained with anti-CD45, anti-CD34, anti-CD133, anti-CD14, anti-CD309 and with the viability probe Far-Red LIVE/DEAD. For the detection of circulating fibrocytes, cells were first stained with LIVE/DEAD and the following monoclonal antibodies: anti-CD3, anti-CD19, anti-CD45, anti-CD34 and anti-CD14, then cells were fixed, permeabilized and stained with fluorochrome-conjugated anti-collagen I monoclonal antibodies. Results: Patients with IPF displayed almost undetectable levels of circulating fibrocytes, low levels of CEC, and normal levels of EPC. Patients treated with nintedanib displayed higher levels of CEC, but lower levels of endothelial cells expressing CD309 (the type II receptor for vascular endothelial growth factor). Treatment with both nintedanib and pirfenidone reduced the percentage of CEC and circulating fibrocytes. Conclusions: Levels of CEC were reduced in patients with IPF as compared to healthy individuals. The anti-fibrotic treatments nintedanib and pirfenidone further reduced CEC levels. These findings might help explain the mechanism of action of these drugs and should be explored as predictive biomarkers in IPF

Microstructural Insights Into LATP Ceramic Nanofibers for High‐Performance Quasi‐Solid‐State Batteries

Composite solid‐state electrolytes (CPEs) offer great potential for advancing quasi‐solid‐state lithium metal batteries (QSLMBs) due to their high ionic conductivity, electrochemical performance, and thermal stability. However, conventional CPEs, formed by incorporating ceramic particles into polymer matrices, often fail to significantly improve critical current density and rate performance. This study presents a green synthesis of NASICON‐type Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3 ceramic nanofibers (LATP‐NFs) via electrospinning. It optimizes parameters such as solvent type, polymer and LATP precursor concentrations, heating rates, and calcination temperatures to control LATP‐NF microstructures. Embedding 30 wt.% LATP‐NF (LATP‐30) into a poly(vinylidene fluoride)‐lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (PVDF‐LiTFSI) matrix yields a CPE with reasonable ionic conductivity of 0.21 mS cm−1 at room temperature (RT), good thermal and electrochemical stability (>5 V), and enhanced mechanical strength. LATP‐30 effectively suppresses lithium dendrite growth, achieving a high critical current density of 10 mA cm−2. The LFP|LATP‐30|Li cell delivers 169 mAh g−1 at 0.1 C and maintains capacities of 122, 111, and 101 mAh g−1 at 3, 5, and 10 C, respectively. It retains 153 mAh g−1 after 300 cycles, with 97% capacity retention at 0.5C. This work demonstrates a sustainable and non‐toxic strategy for synthesizing LATP‐NFs for high‐performance QSLMBs

A tool to plan photon-in/photon-out experiments: count rates, dips and self-absorption.

A program that helps to plan experiments where the emitted X-rays are detected is presented. The tool is based on the standard formula for fluorescence-detected X-ray absorption spectroscopy and uses tabulated parameters to estimate count rates. The objective is to evaluate the feasibility of an experiment, estimate the influence of self-absorption on the spectral shape and investigate the possibility of range-extended EXAFS. The occurrence of `negative' edges, i.e. a decrease in the detected signal, is discussed