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With the expansion of IoT devices in many aspects of our life, the security of such systems has become an important challenge. Unlike conventional computer systems, any IoT security solution should consider the constraints of these systems such as computational capability, memory, connectivity, and power consumption limitations. Physical Unclonable Functions (PUFs) with their special characteristics were introduced to satisfy the security needs while respecting the mentioned constraints. They exploit the uncontrollable and reproducible variations of the underlying component for security applications such as identification, authentication, and communication security. Since IoT devices are typically low cost, it is important to reuse existing elements in their hardware (for instance sensors, ADCs, etc.) instead of adding extra costs for the PUF hardware. Micro-electromechanical system (MEMS) devices are widely used in IoT systems as sensors and actuators. In this thesis, a comprehensive study of the potential application of MEMS devices as PUF primitives is provided. MEMS PUF leverages the uncontrollable variations in the parameters of MEMS elements to derive secure keys for cryptographic applications. Experimental and simulation results show that our proposed MEMS PUFs are capable of generating enough entropy for a complex key generation, while their responses show low fluctuations in different environmental conditions.
Keeping in mind that the PUF responses are prone to change in the presence of noise and environmental variations, it is critical to derive reliable keys from the PUF and to use the maximum entropy at the same time. In the second part of this thesis, we elaborate on different key generation schemes and their advantages and drawbacks. We propose the PUF output positioning (POP) and integer linear programming (ILP) methods, which are novel methods for grouping the PUF outputs in order to maximize the extracted entropy. To implement these methods, the key enrollment and key generation algorithms are presented. The proposed methods are then evaluated by applying on the responses of the MEMS PUF, where it can be practically shown that the proposed method outperforms other existing PUF key generation methods.
The final part of this thesis is dedicated to the application of the MEMS PUF as a security solution for IoT systems. We select the mutual authentication of IoT devices and their backend system, and propose two lightweight authentication protocols based on MEMS PUFs. The presented protocols undergo a comprehensive security analysis to show their eligibility to be used in IoT systems. As the result, the output of this thesis is a lightweight security solution based on MEMS PUFs, which introduces a very low overhead on the cost of the hardware.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Maximieren der von einer analogen Entropiequelle abgeleiteten Entropie, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:- Bereitstellen von Eingabedaten für die analoge Entropiequelle (2);- Erzeugen von Rückgabewerten durch die analoge Entropiequelle basierend auf den Eingabedaten (3); und- Gruppieren der Rückgabewerte, wobei das Gruppieren der Rückgabewerte ein Anwenden von Versätzen auf Rückgabewerte aufweist (4).
State-of-the-art models for pixel-wise prediction tasks such as image restoration, image segmentation, or disparity estimation, involve several stages of data resampling, in which the resolution of feature maps is first reduced to aggregate information and then sequentially increased to generate a high-resolution output. Several previous works have investigated the effect of artifacts that are invoked during downsampling and diverse cures have been proposed that facilitate to improve prediction stability and even robustness for image classification. However, equally relevant, artifacts that arise during upsampling have been less discussed. This is significantly relevant as upsampling and downsampling approaches face fundamentally different challenges. While during downsampling, aliases and artifacts can be reduced by blurring feature maps, the emergence of fine details is crucial during upsampling. Blurring is therefore not an option and dedicated operations need to be considered. In this work, we are the first to explore the relevance of context during upsampling by employing convolutional upsampling operations with increasing kernel size while keeping the encoder unchanged. We find that increased kernel sizes can in general improve the prediction stability in tasks such as image restoration or image segmentation, while a block that allows for a combination of small-size kernels for fine details and large-size kernels for artifact removal and increased context yields the best results.
This paper describes the Sweaty II humanoid adult size robot trying to qualify for the RoboCup 2018 adult size humanoid competition. Sweaty came 2nd in RoboCup 2017 adult size league. The main characteristics of Sweaty are described in the Team Description Paper 2017. The improvements that have been made or are planned to be implemented for RoboCup 2018 are described in this paper.
MINT-College TIEFE
(2021)
Das Projekt MINT-College TIEFE konnte in der zweiten Förderperiode die verschiedenen Maßnahmen der vorangegangenen Förderperiode weiter ausbauen und verstetigen. Die Angebote im Rahmen des Projekts MINT-College TIEFE begleiteten die Studierenden über den Student-Life-Cycle hinweg über das komplette Studium der technischen Studiengänge, beginnend in der Schule und endend beim Übergang in den Beruf. Um die Qualität der Lehre an der Hochschule Offenburg zu verbessern, wurden darüber hinaus verschiedene digital unterstützte Lehrformate weiterentwickelt und ausgebaut. Zentrale Angebote des MINT-College, das 2019 zentrale Einrichtung der Hochschule Offenburg wurde, sind die für die Studieneingangsphase entwickelten Angebote der Einführungstage, des Mentorenprogramms, der Brückenkurse, des Lernzentrums und Angebote für den Übergang in den Beruf, wie das Gründerbüro. Die mediendidaktischen Unterstützungsangebote für Lehrende unterstützten den Lernkulturwandel an der Hochschule. Es wurden systematisch nachhaltige Strukturen aufgebaut, um Innovationen für das Lehren und das Lernen auch künftig entwickeln, erproben und etablieren zu können.
Bei bimodaler Cochlea-Implantat-/Hörgerät-Versorgung kann es aufgrund seitenverschiedener Signalverarbeitung zu einer zeitlich versetzten Stimulation der beiden Modalitäten kommen. Jüngste Studien haben gezeigt, dass durch zeitlichen Abgleich der Modalitäten die Schalllokalisation bei bimodaler Versorgung verbessert werden kann. Um solch einen Abgleich vornehmen zu können, ist die messtechnische Bestimmung der Durchlaufzeit von Hörgeräten erforderlich. Kommerziell verfügbare Hörgerätemessboxen können diese Werte häufig liefern. Die dazu verwendete Signalverarbeitung wird dabei aber oft nicht vollständig offengelegt. In dieser Arbeit wird ein alternativer und nachvollziehbarer Ansatz zum Design eines simplen Messaufbaus basierend auf einem Arduino DUE Mikrocontroller-Board vorgestellt. Hierzu wurde ein Messtisch im 3D-Druck gefertigt, auf welchem Hörgeräte über einen 2-ccm-Kuppler an ein Messmikrofon angeschlossen werden können. Über einen Latenzvergleich mit dem simultan erfassten Signal eines Referenzmikrofons kann die Durchlaufzeit von Hörgeräten bestimmt werden. Frequenzspezifische Durchlaufzeiten werden mittels einer Kreuzkorrelation zwischen Ziel- und Referenzsignal errechnet. Aufnahme, Ausgabe und Speicherung der Signale erfolgt über einen ATMEL SAM3X8E Mikrocontroller, welcher auf dem Arduino DUE-Board verbaut ist. Über eigens entworfene elektronische Schaltungen werden die Mikrofone und der verwendete Lautsprecher angesteuert. Nach Abschluss einer Messung (Messdauer ca. 5 s) werden die Messdaten seriell an einen PC übertragen, auf dem die Datenauswertung mittels MATLAB erfolgt. Erste Validierungen zeigten eine hohe Stabilität der Messergebnisse mit sehr geringen Standardabweichungen im Bereich weniger Mikrosekunden für Pegel zwischen 50 und 75 dB (A). Der Messaufbau wird in laufenden Studien zur Quantifizierung der Durchlaufzeit von Hörgeräten verwendet.
Lean und ERP - Synergie oder Widerspruch? Ein neuer Ansatz zur Steigerung der Unternehmenseffizienz
(2015)
Eine erfolgreiche Zusammenführung der Vorteile von ERP-Systemen mit den Vorzügen des Lean-Ansatzes kann zur Erschließung eines erheblichen Verbesserungspotenzials und damit zu signifikanten Wettbewerbsvorteilen einer Unternehmung führen. Da dieser Ansatz in der Praxis häufig kritisiert und bisher kaum adäquat verfolgt wird, zielt dieser Beitrag darauf ab, einen innovativen Lösungsweg vorzustellen, welcher nicht nur theoretisch, sondern auch anhand eines ERP-Einführungsprojekts in einem KMU empirisch aufzeigt, dass Lean und ERP nutzbringend miteinander kombiniert werden können und sollten.
Experimental Investigation of the Air Exchange Effectiveness of Push-Pull Ventilation Devices
(2020)
The increasing installation numbers of ventilation units in residential buildings are driven by legal objectives to improve their energy efficiency. The dimensioning of a ventilation system for nearly zero energy buildings is usually based on the air flow rate desired by the clients or requested by technical regulations. However, this does not necessarily lead to a system actually able to renew the air volume of the living space effectively. In recent years decentralised systems with an alternating operation mode and fairly good energy efficiencies entered the market and following question was raised: “Does this operation mode allow an efficient air renewal?” This question can be answered experimentally by performing a tracer gas analysis. In the presented study, a total of 15 preliminary tests are carried out in a climatic chamber representing a single room equipped with two push-pull devices. The tests include summer, winter and isothermal supply air conditions since this parameter variation is missing till now for push-pull devices. Further investigations are dedicated to the effect of thermal convection due to human heat dissipation on the room air flow. In dependence on these boundary conditions, the determined air exchange efficiency varies, lagging behind the expected range 0.5 < εa < 1 in almost all cases, indicating insufficient air exchange including short-circuiting. Local air exchange values suggest inhomogeneous air renewal depending on the distance to the indoor apertures as well as the temperature gradients between in- and outdoor. The tested measurement set-up is applicable for field measurements.
The suffix-free-prefix-free hash function construction and its indifferentiability security analysis
(2012)
In this paper, we observe that in the seminal work on indifferentiability analysis of iterated hash functions by Coron et al. and in subsequent works, the initial value (IV) of hash functions is fixed. In addition, these indifferentiability results do not depend on the Merkle–Damgård (MD) strengthening in the padding functionality of the hash functions. We propose a generic n-bit-iterated hash function framework based on an n-bit compression function called suffix-free-prefix-free (SFPF) that works for arbitrary IVs and does not possess MD strengthening. We formally prove that SFPF is indifferentiable from a random oracle (RO) when the compression function is viewed as a fixed input-length random oracle (FIL-RO). We show that some hash function constructions proposed in the literature fit in the SFPF framework while others that do not fit in this framework are not indifferentiable from a RO. We also show that the SFPF hash function framework with the provision of MD strengthening generalizes any n-bit-iterated hash function based on an n-bit compression function and with an n-bit chaining value that is proven indifferentiable from a RO.