The proposed research aims to study the wider field of Applied Cryptography on the Internet of Things (IoT). The Internet of the near future will be composed of various interconnected devices, which will expand the boundaries of our known physical world with virtual entities. Already, the field of Applied Cryptography is playing an extremely important role nowadays, as secure communication between people, virtual entities and ΙοΤ devices is becoming more necessary than ever, as the use of these technologies is increasing dramatically. It is certain that in the near future, the demand for digital communication services of these entities will increase, through the new intelligent environments that are constantly being created (e.g. smart cities, smart grids, smart vehicles, etc.). Therefore, the evolution of existing algorithms, protocols, procedures and techniques is crucial, as is of course the development of new methods in ΠΑ.Δ.Α. - ΑΡ.ΠΡΩΤ: 45524 - 10/05/2022 Αιγάλεω

communications security systems. The main objective of the proposed research is the study of new techniques, based on advanced mathematical models, adapted to operate effectively in modern embedded systems, in order to enhance information security, and to ensure the confidentiality, integrity and availability of these systems, lowest possible cost.

The objective of the present PhD thesis is the development of control methods, suitable for controlling complex multiple input - multiple output nonlinear dynamical systems. Particular emphasis will be given to the development of economic predictive control (EMPC) techniques, indented to be applied to complex physicochemical processes such as wastewater treatment plants. The control of these processes deals with many challenges due to their high complexity and as a result, development of controllers able to satisfy certain specifications not only regarding the operating points of these processes, but also regarding the consumption of energy resources, is indeed a challenging task. For the purpose of achieving these goals, in the context of this PhD thesis, methods of system identification based on computational intelligence techniques such as fuzzy logic, neural networks, evolutionary computation and swarm intelligence will be developed. Further to the aforementioned objectives, particular emphasis will be devoted to the study of stability and robustness of the designed controllers. More specifically, in order to prove the global stabilization of the dynamical systems with the integration of the controllers, methods of studying stability and robustness based on Lyapunov functions and theorems will be applied. Finally, part of the present PhD thesis will be committed to ways of formulating and solving the mathematical optimization problems to be found in the procedures of system identification and predictive control.

Η προτεινόμενη έρευνα σκοπό έχει να μελετήσει το ευρύτερο πεδίο της Εφαρμοσμένης Κρυπτογραφίας στο Διαδίκτυο των Πραγμάτων (ΔτΠ). Το Διαδίκτυο του κοντινού μέλλοντος, θα συντίθεται από ποικιλότροπα συνδεδεμένες μεταξύ τους συσκευές, που θα επεκτείνουν τα όρια του γνωστού μας φυσικού κόσμου με εικονικές οντότητες (Virtual Entities). Ήδη, το πεδίο της Εφαρμοσμένης Κρυπτογραφίας διαδραματίζει έναν άκρως σημαντικό ρόλο στις μέρες μας, καθώς η ασφαλής επικοινωνία μεταξύ των ανθρώπων, των εικονικών οντοτήτων και των συσκευών στο ΔτΠ, αρχίζει να γίνεται περισσότερο αναγκαία από ποτέ, καθώς αυξάνεται δραματικά η χρήση των παραπάνω τεχνολογιών. Είναι σίγουρο ότι στο εγγύς μέλλον, θα αυξηθεί η ζήτηση υπηρεσιών ψηφιακής επικοινωνίας των οντοτήτων αυτών, μέσα από τα νέα ευφυή περιβάλλοντα που δημιουργούνται συνεχώς (π.χ. έξυπνες πόλεις (smart cities), έξυπνα δίκτυα ενέργειας (smart grids), έξυπνα οχήματα κτλ.). Συνεπώς, είναι καθοριστικής σημασίας η εξέλιξη των υφιστάμενων αλγορίθμων, πρωτοκόλλων, διαδικασιών και τεχνικών, όπως βέβαια και η ανάπτυξη νέων μεθόδων στα συστήματα ασφάλειας των επικοινωνιών. Κύριος στόχος της προτεινόμενης έρευνας είναι η μελέτη νέων τεχνικών, βασισμένων σε προχωρημένα μαθηματικά μοντέλα, προσαρμοσμένων να λειτουργήσουν αποτελεσματικά σε σύγχρονα ενσωματωμένα συστήματα, με σκοπό την ενίσχυση της ασφάλειας της πληροφορίας, και την εξασφάλιση της εμπιστευτικότητας, ακεραιότητας και διαθεσιμότητας των συστημάτων αυτών, με το χαμηλότερο δυνατό κόστος.

Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη μεθόδων μη γραμμικού ελέγχου με στόχο τον έλεγχο πολύπλοκων μη γραμμικών δυναμικών συστημάτων πολλαπλών εισόδων - πολλαπλών εξόδων. Ιδιαίτερη έμφαση θα δοθεί στην ανάπτυξη μεθόδων οικονομικού προβλεπτικού ελέγχου (economic model predictive control) με στόχο οι μέθοδοι οι οποίες θα αναπτυχθούν, να εφαρμοστούν σε περίπλοκες φυσικές διεργασίες, όπως αυτές των βιολογικών καθαρισμών. Οι διεργασίες αυτές λόγω της αυξημένης πολυπλοκότητας τους εμφανίζουν αρκετές προκλήσεις όσον αφορά sτην κατασκευή αποδοτικών ελεγκτών, οι οποίοι θα πρέπει να είναι σε θέση να επιτυγχάνουν συγκεκριμένες προδιαγραφές, τόσο ως προς τη λειτουργία του συστήματος, όσο και ως προς την κατανάλωση ενεργειακών πόρων. Προκειμένου να επιτευχθούν αυτοί οι στόχοι, στο πλαίσιο της διδακτορικής διατριβής θα αναπτυχθούν και μέθοδοι αναγνώρισης των δυναμικών συστημάτων, οι οποίες θα βασίζονται σε τεχνικές υπολογιστικής νοημοσύνης, όπως για παράδειγμα η ασαφής λογική, τα νευρωνικά δίκτυα, ο εξελικτικός υπολογισμός και η ευφυία σμήνους. Ακόμη, σε συνέχεια των προαναφερθέντων στόχων, ιδιαίτερη έμφαση θα δοθεί στη μελέτη της ευστάθειας και της ευρωστίας των ελεγκτών που θα σχεδιαστούν. Πιο συγκεκριμένα, θα χρησιμοποιηθούν μέθοδοι ανάλυσης της ευστάθειας και της ευρωστίας μέσω θεωρημάτων και συναρτήσεων Lyapunov με στόχο την απόδειξη της ολικής σταθεροποίησης των δυναμικών συστημάτων με την ενσωμάτωση των ελεγκτών. Τέλος, τμήμα της διατριβής θα αφιερωθεί σε τρόπους κατασκευής και επίλυσης των προβλημάτων μαθηματικής βελτιστοποίησης, τα οποία εμφανίζονται τόσο στη διαδικασία αναγνώρισης των δυναμικών συστημάτων όσο και στη διαδικασία εφαρμογής των προβλεπτικών ελεγκτών.