Aktuální okruhy témat doktorských disertací

Téma doktorské disertace zpravidla není možné na začátku doktorského studia přesně definovat. Student by ale měl mít jasnou představu o okruhu problémů, které ho zajímají a kterým se hodlá věnovat. Příklady tématických okruhů, které jsou v současné době na Fakultě informatiky aktuální, jsou uvedeny níže. Některé tématické okruhy byly specifikovány na základě dohody školitele s některým z průmyslových partnerů Fakulty informatiky a jsou tedy praktičtěji orientované. U některých okruhů je mimo školitele uveden i konzultant, který přebírá část úkolů v oblasti odborného vedení.


Efektivní formální analýza a verifikace programů v imperativních jazycích

V praxi užívané metodologie pro ověřování správnosti programů v imperativních jazycích (C, C#, Java, apod.) jsou v převážné míře založeny na testování, kdy je daný program opakovaně spouštěn na velkém množství vstupních dat a sleduje se jeho chování. Nevýhodou tohoto přístupu je jeho nákladnost, časová náročnost a také principielní nespolehlivost.

Z metodologického pohledu je určitým protipólem užití formálních metod, s jejichž pomocí je možné vyhledat některé typy chyb na základě sofistikované analýzy zdrojového kódu a případně dokázat, že se daný typ chyby v daném programu nevyskytuje. Nevýhodou formálních metod je jejich výpočetní náročnost, která často znemožňuje analyzovat programy reálné velikosti.

Témata disertačních prací v tomto okruhu jsou zaměřena na rozvoj prakticky použitelných formálních metod, které lze efektivně aplikovat na reálné programy v imperativních jazycích. Předpokládaným výstupem je nejen návrh nových metod, ale také jejich funkční implementace ve formě dobře použitelného a volně šiřitelného nástroje.

Tento tématický okruh vznikl v rámci spolupráce Fakulty informatiky se společností ANF DATA. Stran publikovatelnosti nebo šiřitelnosti dosažených výsledků nejsou kladena žádná omezení.

Školitel: prof. RNDr. Antonín Kučera, PhD
Konzultant: Mgr. Jan Obdržálek, PhD (kontaktní osoba pro uchazeče o doktorské studium)


Modelování a verifikace stochastických procesů

Stochastické procesy slouží jako formální nástroj pro popis náhodnostních systémů, jejichž chování sice nelze předem předvídat, ale lze je kvantifikovat užitím aparátu teorie pravděpodobnosti. Náhodnostní systémy, jejichž chování ovlivňuje uživatel (např. herní automaty), lze modelovat jako stochastické hry. Mezi základní problémy studované v této oblasti patří algoritmická analýza stochastických procesů a her, otázky existence rovnovážných stavů, efektivní syntéza výherních strategií, apod.

Témata disertačních prací v tomto okruhu jsou orientována na základní výzkum v oblasti teorie stochastických systémů a her. Speciální pozornost je věnována systémům s nekonečně mnoha stavy a systémům s reálným časem. Mnoho otázek zcela zásadní povahy v této oblasti je dosud nevyřešeno. Předpokladem pro dosažení původních výsledků v této oblasti je aktivní znalost poměrně pokročilých partií matematiky.

Školitel: prof. RNDr. Antonín Kučera, PhD
Konzultant: doc. RNDr. Tomáš Brázdil, PhD (kontaktní osoba pro uchazeče o doktorské studium)


Moderní techniky modelování a verifikace síťových služeb

Toto výzkumné témata je zaměřeno na modelování a analýzu síťových služeb. Komunikační chování síťových služeb se řídí podle síťových protokolů. Tyto sice bývají popsány, ale jejich popis je jen málokdy jednoznačný, a tak se stává, že dochází k jejich rozdílné interpretaci a následně i implementaci. Právě neformální specifikace je jedním ze základních zdrojů nekompatibility jednotlivých komponent systému a následně pak i nestability celku.

Klasickými a v posledních letech velmi studovaným formalizmem pro popis síťových protokolů jsou tzv. Message Sequence Charts (MSC). Přestože byl formalizmus MSC standardizován mezinárodní telekomunikační unií ITU (Recommendation Z.120), většina teoretických článků se zabývá pouze prakticky nepoužitelnými fragmenty tohoto formalizmu. Na druhou stranu, mnoho zajímavých problémů je pro plně zavedené MSC nerozhodnutelných.

Výzkum zaměříme na varianty a modifikace formalizmu MSC. Měřítkem úspěchu bude praktická použitelnost výsledku, je proto nezbytně nutné sledovat jak dostatečnou vyjadřovací sílu, tak možnost automatického ověření správnosti.

Tento tématický okruh vznikl v rámci spolupráce Fakulty informatiky se společností ANF DATA. Nové výsledky tedy mohou být po implementaci téměř okamžitě reálně testovány.

Školitel: prof. RNDr. Mojmír Křetínský, CSc.
Konzultant: RNDr. Vojtěch Řehák, PhD (kontaktní osoba pro uchazeče o doktorské studium)


Algoritmy a nástroje pro analýzu dynamicky alokované paměti

Velká část vyvíjených programů dnes pracuje s dynamicky alokovanou pamětí. Při tvorbě těchto systémů snadno dochází k chybám, které mohou vést ke snížení výkonu či dokonce pádu systému. Mezi nejtypičtější chyby patří například chbějící dealokace paměti (tzv. memory leak), kdy programátor zapomene dealokovat již nevyužívanou paměť, nebo dereference nedefinovaného ukazatele (tzv. NULL pointer dereference) vedoucí k pádu systému. Tyto chyby patří mezi nejhůře odhalitelné a opravitelné, zvláště pokud se nevyskytují při každém běhu systému.

Právě z tohoto důvodu se v poslední době rozvíjí formální metody pro automatickou analýzu práce s dynamiscky alokovanou pamětí. Tyto metody umožňují najít potencielní chyby zmíněného typu nebo dokázat, že daný program tyto chyby neobsahuje. Výsledky analýzy mohou být však použity i k jiným účelům, například pro optimalizaci překladu (studie např. uvádějí, že včasným dealokováním již nepotřebných objektů lze v Javovských programech primárně ušetřit asi 39% paměti).

Disertační práce v tomto okruhu mohou být zaměřeny na návrh nových algoritmů pro analýzu dynamicky alokované paměti (potencielně kombinovanou s jinými metodami analýzy kódu), výzkum možného využití výsledků této analýzy (včetně hledání chyb, verifikace programů, optimalizace, apod.) a vývoj prakticky použitelných nástrojů pro běžné programovací jazyky. Lze předpokládat, že o disertační práce orientované zejména na vývoj praktických nástrojů projeví zájem některý z průmyslových partnerů fakulty či jiná softwarová společnost.

Školitel: prof. RNDr. Mojmí­r Křetínský, CSc.
Konzultant: doc. RNDr. Jan Strejček, Ph.D. (kontaktní osoba pro uchazeče o doktorské studium)


Automatizovaná verifikace programů

Jedním z nejčastěji používaných a také nejjednodušších způsobů, jak odhalit chyby v programech, je jejich testování. Problém je však v tom, že programy jsou natolik komplexní objekty, že množství situací, které by bylo žádoucí otestovat, je tak obrovské, že jejich zpracování by trvalo roky, a to i v tom jednodušším případě. Navíc, testování může odhalit chyby, ale nemůže garantovat jejich neexistenci.

Pomocí metod pro automatizovanou formální analýzu a verifikaci, je možné pro určité typy chyb garantovat, že se v programu nevyskytují, aniž by bylo nutné program spouštět. Mnohé z těchto chyb lze vyhledat již na základě statické analýzy zdrojového kódu. Informace ze statické analýzy lze následně využít pro efektivní zkoumání všech možných chování programu, které mohou garantovat neexistenci dalších chyb, neodhalitelných statickou analýzou.

Témata disertačních prací v tomto okruhu jsou zaměřena na rozvoj prakticky použitelných formálních metod, které lze efektivně aplikovat na reálné programy. Předpokládaným výstupem je nejen návrh nových metod, ale také jejich funkční implementace ve formě dobře použitelného a volně šiřitelného nástroje.

Školitel: prof. RNDr. Luboš Brim, CSc.


Paralelní verifikační nástroje.

Verifikační techniky, které jsou v současné době používány ve verifikačních nástrojích, jsou paměťově a výpočetně velmi náročné a jejich použití na reálné systémy je tímto faktem velmi limitováno. Jedním ze způsobů, jak možnosti verifikačních nástrojů významně posílit, je využít kumulovanou sílu paralelních počítačů. Zvýšení rychlosti umožňují vícejádrové architektury, paměťová omezení je pak možné částečně překonat pomocí distribuce verifikační úlohy na síť počítačů. Tyto nové platformy však vyžadují i nové metody a techniky, které se zásadně liší od těch, které jsou dnes používány v sekvenčních verifikačních nástrojích.

Témata disertačních prací v tomto okruhu jsou zaměřena na vývoj nových algoritmů a technik pro paralelní verifikaci. Příkladem takových metod je symbolická verifikace na vícejádrových počítačích nebo návrh redukčních technik pro algoritmy pracující v distribuované paměti. Předpokládaným výstupem je nejen návrh nových metod, ale také jejich funkční implementace ve verifikačním nástroji DiVinE, včetně experimentálního zhodnocení.

Školitel: prof. RNDr. Luboš Brim, CSc.


Efektivní analýza programů na discích.

Disky byly tradičně používány jako systémy souborů, databáze a virtuální paměť. Výpočty na externích discích dnes představují nový směr v jejich použití. V nedávné době byl pomocí výpočtu na discích posunut odhad 25 let starého problému: Kolik je potřeba tahů k vyřešení Rubikovy kostky. Za určitých předpokladů může výpočetní cluster o 50 uzlech, z nichž každý má lokální disk o kapacitě 200GB, nahradit vysoce výkonný a drahý paralelní počítač s 10TB operační paměti. Tyto nové možnosti se začínají uplatňovat i při automatizované formální verifikaci a analýze velkých počítačových systémů a mohou v této oblasti přinést zásadní zlom.

Témata disertačních prací v tomto okruhu jsou zaměřena jednak na teoretické rozpracování těchto výpočetních modelů, ale zejména pak na vývoj nových algoritmů, technik a datových struktur, které efektivně využívají disky a jiné externí paměti pro analýzu počítačových programů. Předpokládaným výstupem je nejen návrh nových metod, ale také jejich funkční implementace, včetně experimentálního zhodnocení.

Školitel: prof. RNDr. Luboš Brim, CSc.


Formální analýza komplexních biologických sítí

Současný výzkum v biologii klade důraz na systematické studium živých organismů s cílem vývoje co nejpřesnějších umělých (in silico) modelů zaměřených na různé aspekty funkčnosti a vývoje živých organismů. Moderní obor tzv. systémové biologie se zaměřuje zejména na funkční analýzu a simulaci biochemických mechanismů řídících životní funkce. Nejpoužívanější (a nejpřirozenější) metodou pro modelování těchto aspektů je metoda obecných diferenciálních rovnic, které jsou redukovány a abstrahovány do formy diskrétních konečných automatů. Výsledkem aproximace je diskrétní model, jenž je algoritmicky analyzovatelný. Vstupem pro funkční analýzu jsou rozsáhlé biologické sítě reprezentující vzájemné reakce organických látek obsažených v buňkách. Rozsáhlost typických sítí lze měřit ve stovkách tisíců různých látek. Jedná se zejména o genetické regulace, metabolismus, proteinové reakce a signální dráhy.

Cílem disertace je vývoj nových (případně adaptace existujících) algoritmických metod pro analýzu diskrétního stavového prostoru přizpůsobenou potřebám funkční (kvalitativní) analýzy dynamických modelů biologických sítí. Vzhledem k rozsáhlosti uvažovaných sítí je předpokládáno nasazení paralelních algoritmů pro zajištění efektivnosti a škálovatelnosti navrhovaných metod.

Školitel: prof. RNDr. Luboš Brim, CSc.
Konzultant: Mgr. David Šafránek, Ph.D.


Počítačové zpracování přirozeného jazyka

Předmětem pozornosti tu jsou zejména: textové korpusy a korpusové nástroje, syntaktická a sémantická analýza přirozeného jazyka, dialogové a otázkové systémy, počítačová lexikografie a neposlední řadě strojový překlad. Oblast zpracování přirozeného jazyka se těsně stýká s problematikou umělé inteligence, analýza přirozeného jazyka se tu prolíná s reprezentací znalostí, jež zahrnuje sémantické sítě, logické kalkuly a různé typy ontologií. Mezi aktuální témata patří i otázky spojené se sémantickým webem.

Z metodologického pohledu jde o atraktivní oblast, v níž se setkáváme s obtížnými úlohami, jejichž řešení může usnadnit komunikaci člověka se strojem. Ta je v současnosti téměř výhradně 'jednocestná', to znamená, že lidé musejí mít dostatečné znalosti o struktuře programového vybavení, aby mohli s počítači kvalitně pracovat. Cílem však je pokud možno 'dvoucestná' komunikace, která přiblíží počítače i lidem bez zmíněných znalostí. Současná paradigmata výzkumu staví na pravidlových a statistických přístupech, resp. na přístupech hybridních.

Témata disertačních prací­ v tomto okruhu jsou zaměřena na řešení úloh v oblastech naznačených výše. V disertačních pracích se předpokládá jednak hledání nových teoretických postupů a technik ve zpracování přirozeného jazyka a jednak jejich implementace do podoby nástrojů použitelných v dalším výzkumu i v praxi.

Tento tématický okruh vznikl v rámci vzniku Laboratoře zpracování přirozeného jazyka na Fakultě informatiky v r. 1997-8. V současnosti se začíná spolupracovat s firmou Seznam, takže lze formulovat i témata orientovaná na spolupráci s tímto industriálním partnerem. Další možností je výzkumná spolupráce s britskou firmou Lexmaster Class. Úspěšné práce lze publikovat ve sbornících mezinárodních konferencí a doktorandi se mohou v takových případech konferencí zúčastnit.­

Školitel: doc. PhDr. Karel Pala, CSc.
Konzultanti: doc. RNDr. Aleš Horák, Ph.D., Mgr. Pavel Rychlý, Ph.D. (kontaktní­ osoby pro uchazeče o doktorské studium)


Počítačové zpracování řeči, dialogové systémy a asistivní technologie

Oblast počítačového zpracování řeči, zahrnující metody rozpoznávání a syntézy řeči, patří mezi velmi aktuální a důležité obory současné informatiky, s četnými aplikacemi, jejichž význam v blízké budoucnosti ještě více poroste. Na souvisejících technologiích jsou postaveny dialogové systémy, které představují inteligentní interface člověk-počítač založený na primární komunikaci přirozenou řečí. Speciální oblast využití představují asistivní technologie, orientované na rozvoj kvality života a hendikapované (zvláště nevidomé) uživatele.

Témata disertačních prací v tomto oboru se mohou týkat řady konkrétních otázek řešených v rámci Laboratoře vyhledávání a dialogu, např. dialogového generování grafických objektů a www stránek, syntézy a rozpoznávání řeči, vývoje asistivních technologií pro nevidomé, avšak rovněž vlastní zájem o specifický problém je velmi vítán.

Školitel: doc. RNDr. Ivan Kopeček, CSc.


Pokročilé metody vyhledávání v digitálních datech

Zabýváme se problematikou rychlého vyhledávání v rozsáhlých kolekcích multimediálních dat. Standardní přístupy založené na centralizovaném adresáři přestávají být dostatečné z pohledu škálovatelnosti. Oproti tomu distribuované systémy (např. GRID nebo v poslední době populární peer-to-peer sítě) nabízejí potřebné vlastnosti. Soustředíme se jak na tzv. strukturované distribuované systémy, které podle daných pravidel ukládají data na uzlech sítě, tak i na tzv. nestrukturované systémy, jejichž výhoda spočívá v samo-organizování - informace nutné k vyhledávání jsou automaticky vytvářeny sítí a předem nejsou známy. Samostatnou a neméně důležitou oblastí je problematika specifikace podobnosti, tj. způsobu určení blízkosti dat. Volba podobnostní funkce ovlivňuje nejenom kvalitu výsledků hledání, ale také rychlost hledání.

Tématické okruhy možných prací:

  • Ranking and Relevance Feedback in Image Retrieval
  • Similarity Search Architectures for WEB Databases
  • Self-Organized Search Networks
  • Computational Advertising
  • Clustering and Categorization in Metric Spaces
  • Similarity Search Applications: video, audio, music
  • Similarity Searching: Beyond the Metric Space
  • Data Cleaning and Integration
  • Collaborative Filtering
  • Performance Tuning on Distributed Hardware Infrastructures
  • Approximative Similarity Search
  • Dimensionality Reduction Techniques

Školitel: prof. Ing. Pavel Zezula, CSc.


Strukturální a topologická teorie grafů

V rámci tohoto okruhu teoretických (především matematických) témat se zabýváme těmi oblastmi tzv. strukturální a topologické teorie grafů, které jsou blízké teoretické informatice a složitosti algoritmů. Jde o teoreticky zaměřený výzkum, u něhož se předpokládá vědecká spolupráce s některými špičkovými světovými experty oboru a hlavní výstupy formou časopiseckých publikací v oblasti diskrétní matematiky. Tento okruh je vhodný i pro matematiky, kteří vůbec neholdují informatice. Pro ukázku navrhujeme následující přehled možných témat, ale další příbuzná témata mohou být po dohodě snadno doplněna:
  • Šířkové parametry grafů a jejich dekompozice, od tradiční tree-width a branch-width po nové jako rank-width, bi-rank-width nebo DAG-width. Výzkum relevantních matematických otázek a algoritmických aspektů, navrhnutí nových a lepších parametrů.
  • Průsečíkové číslo grafu, tj. nakreslení grafu s nejmenším počtem křížení hran. Výzkum zahrnuje strukturální vlastnosti průsečíkově-kritických grafů, dolní odhady na průsečíková čísla, výpočetní těžkost průsečíkového čísla, nebo efektivní aproximace průsečíkového čísla u speciálních grafů.

Školitel: doc. RNDr. Petr Hliněný, Ph.D.


Parametrizovaná složitost grafových problémů

Teorie tzv. parametrizované složitosti podává "jemnější" rozlišení výpočetní složitosti těžkých problémů, které je ortogonální ke klasické NP-úplnosti. Zhruba řečeno, v parametrizované složitosti je u vstupu specifikován navíc číselný parametr, při jehož nízké hodnotě jsme schopni efektivně řešit zkoumaný problém i na velkých vstupech. Takový parametr přitom může typicky být součástí vstupu problému, nebo omezovat strukturální složitost vstupu. Jde o teoreticky zaměřený výzkum, u něhož se předpokládá vědecká spolupráce s některými špičkovými mezinárodními experty oboru a hlavní výstupy formou konferenčních a časopiseckých publikací v teoretické informatice. Pro ukázku uvádíme následujících pár možných témat, ale další příbuzná témata mohou být po dohodě snadno doplněna:
  • Nové postupy návrhu parametrizovaných algoritmů za použití poznatků strukturální teorie grafů.
  • Návrh vhodných strukturálních parametrů pro těžké problémy na orientovaných grafech. Srovnání "síly" různých parametrů.
  • Využití teoretických poznatků strukturální teorie grafů pro praktický návrh lepších algoritmů pro zpracování obřích grafů, například grafu cestní sítě v GPS navigacích.

Školitel: doc. RNDr. Petr Hliněný, Ph.D.


Triangularizované modely pro haptiku a virtuální realitu

Triangularizované modely se používají jako hlavní nástroj reprezentace geometrických objektů od samého začátku počítačové grafiky. Zahrnují několik kategorií: 2D triangulace, které se využívají např. pro modelování terénů nebo jiných rovinných objektů; mohou být také vytvořeny v parametrickém prostoru a mapovány na povrch geometrického modelu. 3D triangulace neboli tetrahedronizace se využívají jako modely geometrických těles. Modely s povrchovou triangulací jsou vytvářeny např. po rekostrukci povrchu z bodové množiny nebo interpolací různých funkčních reprezentací. Pro tyto modely bylo vyvinuto mnoho algoritmů a metod, které se využívají v současné počítačové grafice a aplikacích. Pokud však jsou vstupní data aplikací rozsáhlá a proměnlivá a navíc při měkkých deformacích a dalších změnách tvarů je třeba uplatnit negeometrická kritéria optimality, pak zůstává mnoho otázek nevyřešených a publikované metody nevyhovují náročnějším požadavkům nových aplikačních oblastí.

Hlavním výzkumným cílem je vývoj algoritmů a metod vhodných pro VR simulace a jejich využití v tomto kontextu.

Možná témata doktorských disertací:

  • Algorithms for fast location on the surface of geometric models.
  • Local refinement and coarsening of triangular surface during a haptic interaction.
  • Triangulated models based on kinetic data; research of non-geometrical criteria of optimality.
  • Modeling of deformations and evolution of geometrical objects.
  • Path planning/searching in the VR applications in partly known or unknown environment, with possibilities to re-plan rapidly the path in case of objects shape changes.
  • Fast frame-to-frame collision detection of triangulated models as an input for correct force-feedback calculation.
  • Development of fine rigid as well as flexible tools with dense triangulated surf ace structures and their application to fine grained haptic interactions.
  • Design and implementation of detailed surface models for VR scenes, allowing sim ulation of interactions of a type human controlled tools interacting with rigid and soft surface models.

Školitel: doc. Ing. Jiří Sochor, CSc.


Analýza obrazů buněk v optické mikroskopii

Moderní molekulární biologie se primárně zabývá studiem struktury, funkce a dynamiky buněčných komponent. K tomuto účelu využívá zejména optickou mikroskopii, která umožňuje zaznamenat prostorová (3D) obrazová data, eventuálně časový průběh buněčných procesů v živých buňkách bez jejich poškození (za přirozených podmínek). Motivací pro tento výzkum je snaha popsat buněčné procesy, které vedou k závažným (zejména rakovinným) onemocněním člověka a na základě těchto znalostí vyvinout nové účinné diagnostické a léčebné postupy.

Jelikož tyto studie produkují rozsáhlá vícerozměrná obrazová data, která je nutné vhodně zachytit, zdigitalizovat a zpracovat pomocí počítače, neobejdou se bez odborníků v oblasti zpracování digitálních obrazů. Právě tuto pomoc nabízí molekulárním biologům Centrum analýzy biomedicínského obrazu na FI MU. Toto Centrum disponuje nejen výpočetní technikou, ale také molekulárně-biologickými laboratořemi pro přípravu buněk a optickými laboratořemi vybavenými unikátními automatizovanými mikroskopy řízenými vlastním softwarem. Centrum tak zajišťuje celý proces studia buněčného materiálu počínaje odběrem v nemocnici a konče vyhodnocením výsledků z počítače.

Do činnosti Centra se lze zapojit i formou doktorského studia. V tomto případě je předpokládaným výstupem nejen návrh nových metod, ale také jejich funkční implementace ve formě kompatibilní se stávající knihovnou dlouhodobě vyvíjenou v tomto Centru.

Konkrétně se jedná hlavně o úlohy z oblasti segmentace buněk a jejich částí. V případě živých buněk se pak jedná o sledování pohybu objektů uvnitř buňky, ale i buňky samotné. Vyvíjené metody se zpravidla snažíme do značné míry automatizovat a optimalizovat s ohledem na kvalitu a/nebo kvantitu výsledků. Věnujeme se také simulacím formování obrazu v optických soustavách: modelujeme buňky samotné, rozmazání optickou soustavou, elektronický šum a jiné artefakty, abychom mohli otestovat spolehlivost vyvíjených metod analýzy obrazu a také najít způsob korekce uvedených vad pomocí hardwarových a/nebo softwarových prostředků.

Předpokladem práce na těchto tématech je ochota naučit se něco nového z jiných oborů (především optiky a molekulární biologie) a komunikovat s kolegy z těchto oborů, které Centrum i přímo zaměstnává. Součástí doktorského studia je zpravidla rovněž semestrální stáž v obdobném centru v zahraničí.

Školitel: prof. RNDr. Michal Kozubek, PhD
Konzultanti: doc. RNDr. Pavel Matula, Ph.D., doc. RNDr. Petr Matula, Ph.D., RNDr. David Svoboda, PhD (kontaktní osoby pro uchazeče o doktorské studium)



Modely pro programovatelnost a laditelnost samoorganizujících se komunikačních systémů

V kontextu disertační práce budou hledány programovací modely, které uživateli umožní modifikovat chování samoorganizujících systémů, aniž by byly přitom porušeny základní podmínky chování takových systémů. Modifikovatelnost chování systému umožní vytvářet flexibilnější komunikační systémy, kdy např. uživatelé budou moci ovlivňovat aktuální poměr mezi rychlostí vytvoření konkrétní komunikační sítě (s požadovanými parametry) a jejími vlastnostmi (skutečná přenosová rychlost, latence, míra robustnosti v podobě redundance linek apod.). Velký důraz bude kladen na nalezení takových modelů, které současně umožní porozumět vytvářenému samoorganizujícímu systému a zajistit alespoň elementární laditelnost, tj. schopnost sledovat chování systému v průběhu samoorganizace a také poskytnout reprodukovatelné prostředí (podpora reprodukce chyb a nečekaných stavů). Výsledky výzkumu budou integrovány do vytvářeného prostředí CoUniverse.

Časový plán: Zahájeno v akademickém roce 2008/2009 studijní fází a konkretizací požadavků na model, 2009/2010: Návrhy první generace programovacího modelu, garantujícího globální vlastnosti samoorganizujícího komunikačního systému. 2010/2011: Koncept laditelnosti, druhá generace modelu, experimenty a simulace. 2011/2012: Dokončení experimentů, vyhodnocení, sepsání a odevzdání disertační práce.

Školitel: prof. RNDr. Luděk Matyska, CSc.
Konzultant: RNDr. Petr Holub, PhD, (kontaktní osoba)


Kvantové zpracování informace - kvantové algoritmy, automaty, kryptografie

Kvantové zpracování informace je nový trend v oblasti zpracování informace, výpočtů, komunikace a v oblasti bezpečnosti. Specifické zákonitosti kvantové fyziky a vlastnosti mikroskopického kvantového světa se využívají k řešení problémů neřešitelných na klasickém počítači, případně pro nalezení efektivnějších řešení.

Výzkum v rámci doktorandského studia je zaměřen na kvantové automaty (především konečné), kvantové algoritmy, návrh kvantových obvodů a protokolů a na rozličné problémy kvantové kryptografie - problémy kvantového generování klasických klíčů, kódování, autentizace, anonymity atd.

Témata disertačních prací mohou být také orientovaná na kvantovou teorii informace, kvantové samoopravné kódy, kvantové entanglování ap.

Laboratoř kvantového zpracování informace a kryptografie, ve které by doktorandi pracovali, pořádá pravidelný výzkumný seminář a cyklus přednášek "hot topics", na kterých se referují nejnovější výsledky. Laboratoř je spoluorganizátorem každoročního mezinárodního workshopu CEQIP (Central European Quantum Information Processing), pořádaného v České republice.

Školitel: prof. RNDr. Jozef Gruska, DrSc.
Konzultanti: RNDr. Jan Bouda, PhD, doc. Mgr. Mario Ziman, PhD, prof. RNDr. Tomáš Tyc, PhD (kontaktní osoby)


Security Machine Learning

Laboratories of Knowledge Discovery & Security and Applied Cryptography of the Faculty of Informatics and AVG search for 2 positions of Security Machine Learning Experts. At least one of these positions is sought at the Master graduate level (starting PhD student) and at most one might be for a postdocs. The selected candidate(s) for PhD studies will be offered a part-time(about 50%) position at AVG and also enter the PhD program with the Knowledge Discovery Group. Strong interaction with members of the Laboratory of Security and Applied Cryptography and with AVG is expected.

Required Skills
- Familiarity with machine learning and data mining.
- Scripting Programming Skills.
- Knowledge of Databases.
- Ability to work and analyze large datasets.

Desired Skills
- Familiarity with Windows, Windows Internals and Windows tools.
- Knowledge of Windows architecture, registry functionality and kernel internals.
- Understanding of modern anti‐virus and behavior-based anti‐malware technologies.
- Knowledge and experience in Perl and C++.

Responsibilities
- Analysis of binary characteristics using Bayesian models to identify new malware families.
- Daily analysis of large data sets by utilizing machine learning models.
- Cooperation with malware researchers to identify false positive/negative cases.
- Classification of known malware and legitimate software samples, clustering and training of the system for better automated classification.
- Delivery of binary characteristics that identify malware under a given false positive condition to malware researchers.
- More on the basics of technology used can be found here.

Školitel: doc. RNDr. Lubomír Popelínský, PhD


Security of payment protocols

1 PhD student sought:

We investigate security of protocols proposed in our existing research with the Y Soft Corporation. A basic suite of these protocols has been designed recently, and is currently under independent (human) evaluation and also extended by various supporting protocols and settings.

We are looking for a PhD student interested in the following three related areas:
1. Considerations and settings of cryptographic primitives for the first design of the protocol suite for secure payments.
2. Automated verification of selected prototols, to be undertaken in a close cooperation with Dr. Vojtech Rehak, ITI.
3. Participation in prototype development and testing, as well as write-up of an open standard with the protocols‘ specification.

Start date – February 2014.

Školitel: prof. RNDr. Václav Matyáš, M.Sc., PhD


Metody pro návrh a vývoj spolehlivých softwarových architektur

Věda i současná praxe znají řadu metod, jak se přiblížit bezchybné funkčnosti vyvíjeného systému (od testování po formální verifikaci). Bezchybnost je však jen jednou z mnoha kvalit softwarových systémů - vedle výkonnosti, spolehlivosti, bezpečnosti, úspornosti, udržovatelnosti, a celé řady dalších. Se vzrůstající složitostí informačních systémů a zejména jejich architektur tak vzniká potřeba metod a technik podporujících již od samého počátku návrh a vývoj těchto systémů s ohledem na jejich budoucí požadované kvality.

Témata disertačních prací v tomto okruhu se zaměřují na konkrétní kvalitativní atribut softwarových architektur - spolehlivost - a věnují se vývoji metod pro navigaci návrhu a vývoje rozsáhlých systémů za účelem maximalizace výsledné spolehlivosti systému. Pod vývojem metod se rozumí jak teoretický návrh metod, tak jejich implementace a/nebo integrace do existujících nástrojů, včetně praktické evaluace výsledků na řadě reálných případových studiích

Školitel: doc. RNDr. Tomáš Pitner, Ph.D.
Konzultant: Ing. RNDr. Barbora Bühnová, Ph.D. (kapacita momentálně naplněná)