Ασφαλή Αυτόνομα Συστήματα

Το μάθημα «Ασφάλεια Αυτόνομων Συστημάτων» καλύπτει τους εξής θεματικούς τομείς, οι οποίοι διδάσκονται μέσω διαλέξεων, φροντιστηριακών μαθημάτων και εργασιών:

1. Εισαγωγικό θεωρητικό υπόβαθρο για τα αυτόνομα συστήματα: Το μάθημα ξεκινά με τη μελέτη του θεωρητικού υποβάθρου των τυπικών αυτόνομων συστημάτων, καλύπτοντας τις συνήθεις αρχιτεκτονικές και τα λειτουργικά υποσυστήματα των αυτόνομων οχημάτων και των drones, με έμφαση στην πολυεπίπεδη δομή, στα περιβάλλοντα προσομοίωσης για end-to-end δοκιμές, σε αξιοσημείωτα παραδείγματα πραγματικών επιθέσεων κατά αυτόνομων οχημάτων, καθώς και στην τρέχουσα κατάσταση της έρευνας ασφάλειας στον συγκεκριμένο τομέα.
2. Μοντελοποίηση απειλών: Ως βάση για περαιτέρω συζήτηση, το μάθημα καλύπτει σημαντικές μεθοδολογίες κατηγοριοποίησης απειλών και πόρων σε αυτόνομα συστήματα (π.χ. EVITA), καθώς και τον τρόπο εφαρμογής τους.
3. Ροή επεξεργασίας δεδομένων αισθητήρων καμερών: Το μάθημα αναλύει τις επικρατέστερες τεχνολογίες αισθητήρων καμερών και το σχετικό πλαίσιο ασφάλειας. Η ενότητα περιλαμβάνει τα στάδια (προ)επεξεργασίας δεδομένων, τη ροή επεξεργασίας από τον αισθητήρα έως το επίπεδο αντίληψης, τα βασικά δομικά στοιχεία του επιπέδου αντίληψης, τις επιπτώσεις ασφάλειας που προκύπτουν από την επεξεργασία, καθώς και την τρέχουσα ερευνητική δραστηριότητα στον τομέα των συστημάτων αντίληψης που βασίζονται σε κάμερες.
4. Ροή επεξεργασίας δεδομένων αισθητήρα LiDAR: Η ενότητα αυτή εξετάζει τις αλυσίδες επεξεργασίας δεδομένων από αισθητήρες LiDAR, ως τη δεύτερη κρίσιμη τεχνολογία αντίληψης στα αυτόνομα οχήματα. Όπως και στην περίπτωση των καμερών, παρουσιάζονται τα τυπικά βήματα (προ)επεξεργασίας δεδομένων, η ροή δεδομένων μεταξύ αισθητήρα και επιπέδου αντίληψης, τα βασικά δομικά στοιχεία του επιπέδου αντίληψης (perception layer), καθώς και οι σχετικές επιπτώσεις ασφάλειας. Ειδική αναφορά γίνεται στις τρέχουσες ερευνητικές εξελίξεις, τόσο ως προς τις επιθετικές όσο και τις αμυντικές τεχνικές σε εφαρμογές αυτόνομων συστημάτων βασισμένων σε LiDAR.
5. Ενοποίηση δεδομένων αισθητήρων, Συνεργατική αντίληψη και Συστήματα πραγματικού χρόνου: Αφού παρουσιαστεί το θεωρητικό υπόβαθρο για τα συστήματα που βασίζονται σε κάμερα και LiDAR, το μάθημα επικεντρώνεται σε συνήθεις προσεγγίσεις συγχώνευσης αισθητήρων (sensor fusion), στις οποίες συνδυάζονται οι δύο τεχνολογίες. Παρουσιάζονται πολυτροπικά μοντέλα αντίληψης, ερευνητικές κατευθύνσεις και συναφή ζητήματα ασφάλειας. Επιπλέον, εξετάζονται εφαρμογές συνεργατικής αντίληψης μεταξύ πολλών συστημάτων και οι αντίστοιχες επιπτώσεις στην ασφάλεια. Δεδομένου ότι τα αυτόνομα συστήματα βασίζονται σε μεθοδολογίες πραγματικού χρόνου, καλύπτεται το θεωρητικό τους υπόβαθρο, καθώς και χαρακτηριστικές επιθέσεις και τεχνικές προστασίας.
6. Ενσύρματες και ασύρματες επικοινωνίες σε περιβάλλοντα αυτόνομων οχημάτων: Η ενότητα αναδεικνύει το πλαίσιο ασφάλειας των επικρατέστερων ενσύρματων και ασύρματων αρχιτεκτονικών επικοινωνίας και των σχετικών πρωτοκόλλων που συναντώνται σε αυτόνομα οχήματα. Για να αποκτήσουν όλοι οι φοιτητές (ανεξάρτητα από το τεχνικό υπόβαθρό τους)  τη δυνατότητα να μελετούν αυτά τα συστήματα και το περιβάλλον τους, παρέχεται εισαγωγή στη φυσική ραδιοσυχνοτήτων (RF) και στη χρήση συστημάτων ραδιοεπικοινωνίας οριζόμενης από λογισμικό (SDR) με εργαλεία ανοιχτού κώδικα όπως το GNUradio. Παράλληλα, καλύπτεται το θεωρητικό πλαίσιο για την ενσύρματη ενδο-οχηματική επικοινωνία (π.χ. CAN, LIN), καθώς και οι επιπτώσεις ασφάλειας και οι σύγχρονες ερευνητικές τάσεις γύρω από τα αντίστοιχα πρωτόκολλα επικοινωνίας.
7. Μηχανισμοί ανίχνευσης απειλών και προστασίας από επιθέσεις: Η τελευταία ενότητα επικεντρώνεται στα συνήθως προτεινόμενα μέτρα προστασίας για την προστασία από τις ευπάθειες που συζητήθηκαν στις προηγούμενες θεματικές. Περιλαμβάνει τόσο αντιδραστικά μέτρα (π.χ. συστήματα ανίχνευσης εισβολών για οχήματα-automotive IDS), όσο και προληπτικά μέτρα (π.χ. δοκιμές μέσω προσομοιώσεων και τεχνικές fuzzing). Δίνεται έμφαση στις πρόσφατες ερευνητικές εξελίξεις, ενώ ταυτόχρονα αναλύονται κριτικά τα υφιστάμενα κενά και οι περιορισμοί των προτεινόμενων τεχνικών.