Etikettarkiv: IoT

Skräddarsyr programmeringsspråk för Sakernas internet

Robert Krook, doktorand och Koen Claessen, professor vid Institutionen för data- och informationsteknik på Chalmers. Foto: Lisa Jabar  / AnnalisaFoto
Robert Krook, doktorand och Koen Claessen, professor vid Institutionen för data- och informationsteknik på Chalmers. Foto: Lisa Jabar / AnnalisaFoto

Utvecklingen på programmeringssidan börjar komma i fatt Internet of Things. Förr fick programmerarna försöka pussla ihop nätverken med de program som stod till buds. Nu arbetar forskare på Chalmers med att utveckla ett programmeringsspråk som är skräddarsytt för ändamålet.

Tv, dammsugare, kylskåp, babymonitor och hemlarm är bara några exempel på saker i hemmen som kan kopplas upp mot internet. Fördelarna är många, uppkopplade apparater kan både effektivisera och skapa nya möjligheter att förenkla människors vardag. Problemet är att de även skapar möjligheter att hacka nätverken – och det är här som Koen Claessen, professor vid Institutionen för data- och informationsteknik på Chalmers, kommer in i bilden. Tillsammans med sin forskargrupp är han i färd med att utveckla Scoria, ett programmeringsspråk som är skräddarsytt för sakernas internet och gör uppkopplade enheter säkrare.
– De flesta av dagens uppkopplade apparater är programmerade i C-språket som inte är designat för den här typen av enheter. Det är väldigt lätt att göra fel och felen kan användas för att hacka nätverken, med allt det kan innebära i form av att till exempel låsa upp dörrar, stänga av larm eller aktivera en säkerhetskamera, säger Koen Claessen.

Viktiga tidsaspekter
En stor utmaning i utvecklingen av Scoria är tid, i två olika avseenden: batteritid och ”mötestid”.
– Det finns många uppkopplade enheter i ett hus som ska prata med varandra via små radiosändare och -mottagare. Men de ska inte lyssna hela tiden eftersom lyssnandet slukar batteritid. Därför vilar enheterna i ganska stor utsträckning och kommer överens om att vakna och utbyta information till exempel var femte minut. För att de ska kunna kommunicera på det här sättet krävs programmering som tillåter utbyte av information i realtid vilket vi har tagit höjd för i Scoria.
Projektet har redan kommit en bra bit på väg.
– Vi har en prototyp som vi implementerat som ett inbäddat språk i ett annat språk, Haskell. Just nu testar vi olika features och studerar om vi genom Bluetooth kan skapa ett nätverk där uppkopplade enheter kan skicka meddelanden till andra enheter som vaknar, informerar vidare och sedan återgår i viloläge.
Koen Claessen påpekar att det finns standardprotokoll för detta ändamål men att forskargruppen vill se om de kan göra samma sak i Scoria eftersom programmet är skyddat från de typiska fel som lätt görs i C-språket.
– Programmering kan inte lösa alla luckor i Sakernas internet men några av de vanligaste felen kan vi undvika på detta vis.

Chalmers – Octopi

Utvecklingen av Scoria ingår i Octopi, ett femårigt forskningsprojekt som leds av Alejandro Russo, biträdande professor vid Institutionen för data- och informationsteknik på Chalmers tekniska högskola. Tyngdpunkten ligger på att skapa ett skräddarsytt programmeringsspråk för Sakernas internet där säkerheten garanteras genom hela utvecklingsprocessen, snarare än att läggas till i efterhand. Projektet finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning, SSF.

www.chalmers.se

Pionjärer för ett säkert Sakernas internet

: Alejandro Russo, biträdande professor vid Institutionen för data- och informationsteknik vid Chalmers tekniska högskola. Foto: Patrik Bergenstav
Alejandro Russo, biträdande professor vid Institutionen för data- och informationsteknik vid Chalmers tekniska högskola. Foto: Patrik Bergenstav

Vi står på tröskeln till en revolution, där allt fler saker är uppkopplade och sammankopplade – Sakernas internet, IoT. Men många apparater har allvarliga säkerhetsbrister, med potentiellt katastrofala följder. Octopi-projektet ligger i frontlinjen för forskning om ett säkert IoT.

Smarta elektroniska apparater och lösningar i våra hem, industrier och i hela samhället har stora fördelar, men de innebär också risker. Ofta har de programmeringsspråk som används när elektroniken tillverkas allvarliga säkerhetsbrister och når inte den höga säkerhetsstandard som interkonnektivitet kräver. Octopi-projektet vid Chalmers går i bräschen för att adressera detta.
– Osäkra elektroniska enheter gör det möjligt för fientliga hackers att få tillgång till information och orsaka stor skada, genom att stjäla, läcka eller sabotera data. Vi har redan sett många exempel på attacker och dessa kan få enormt svåra konsekvenser. Det är av största vikt att vi skyddar integriteten hos informationen och det görs bäst genom att stämma i bäcken och ha de korrekta programmeringsspråken och disciplinerna redan från start, säger Alejandro Russo, biträdande professor vid Institutionen för data- och informationsteknik vid Chalmers tekniska högskola.

Egna programmeringsspråk
Toppmoderna programmeringsspråk som används för IoT-enheter är inte tillräckligt detaljerade för att garantera ordentlig säkerhet. Octopi-teamet utvecklar nya programmeringsspråk med riklig abstraktion för sammankopplade enheter. Octopi har utvecklat två programmeringsspråk: HailStorm, som används direkt för IoT-enheter tillsammans med särskilt stöd för hårdvaran (som också har utvecklats av Octopi), samt Haskiot, som är ett programmeringsspråk skapat för att generera säker C-kod.

Att lära sig av datan
Octopi har också ett forskningsspår som arbetar med att programmera enheter för att samla information om användarbeteende, samtidigt som individens integritet bevaras (med hjälp av en teknik som kallas Differential Privacy).
– Det handlar om att kunna få värdefull kunskap om grupper av individer som interagerar med IoT-enheter, men utan att urskilja enskilda personer, förklarar Alejandro.
Octopis forskning har fått mycket uppmärksamhet, i Sverige och internationellt. Exempelvis har forskningens resultat presenterats vid flaggskeppskongressen 41st IEEE Symposium on Security & Privacy och tillika 46th ACM SIGPLAN Symposium on Principles of Programming Languages, där den fick en utmärkelse.

Chalmers – Octopi

Octopi är ett femårigt forskningsprojekt för att skapa en miljö där säker IoT kan utvecklas. Det innefattar aspekter hos såväl mjukvara som hårdvara. Projektet är en gemensam satsning mellan fem professorer och har fem doktorander för forskningens hela varaktighet. Tyngdpunkten ligger på att skapa programmeringsspråk på hög nivå och i synnerhet domänspecifika språk, för att skapa en miljö där säkerheten garanteras genom hela utvecklingsprocessen, snarare än att läggas till i efterhand. Projektet finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning, SSF.

E-post: russo@chalmers.se

Edge Computing möjliggör ny teknik

James Gross, professor på Skolan för elektroteknik och datavetenskap vid KTH. Foto: Joerg Frank
James Gross, professor på Skolan för elektroteknik och datavetenskap vid KTH. Foto: Joerg Frank

I takt med den snabba utvecklingen inom IoT och AI ökar behovet av mycket snabbare nätverkskommunikation för att möjliggöra nya applikationer som augmented reality. Syftet med Edge computing är att beräkningarna sker så nära applikationen som möjligt, ”i kanten på molnet”.

Ny teknik som augmented reality, AR och virtual reality, VR, kommer att förändra hur vi konsumerar och interagerar med information, både ur konsument- och industriellt perspektiv. Men den typen av teknik kräver stränga nätverkskrav som korta fördröjningstider, hög tillförlitlighet och stor bandbredd.
– Edge computing är en av de nya tekniker som kan möjliggöra beslut i realtid utan långa fördröjningar, förklarar James Gross, professor på Skolan för elektroteknik och datavetenskap vid KTH Royal Institute of Technology.
Han är involverad i många forskningsprojekt inom området Edge computing. Det ena är ett SSF-finansierat projekt ”Experimental Platform for Edge Computing Applications”, ett annat är Vinnovas kompetenscentrum TECoSA på KTH där han är co-director (www.tecosa.center.kth.se).
– Att bygga en experimentell plattform är nödvändig för att testa olika applikationer där teori omvandlas i praktik.
Edge computing är en teknik där data samlas in, analyseras och beräknas i ”molnliknande” datorer lokalt istället för i molnet. De två drivkrafterna för att utveckla Edge computing är att fördröjningen kan hållas låg samt kostnadsbesparingar.

Utmaningar
Det är dock inte bara att implementera teorierna om Edge computing, det måste också fungera i verkligheten.
– För att uppnå Edge computing i praktiken måste det finnas en effektiv interaktion mellan människor, beräkningar och kommunikation, en interaktion som fortfarande måste utvecklas ytterligare innan den kan genomföras i olika applikationer. Det är ett av målen för den experimentella plattformen vi bygger i SSF-projektet, förklarar James Gross.
Idag finns både hårdvara och standarder som kan användas, men innan hårdvaran kan utnyttjas måste det finnas affärsmodeller som använder dem.
– Jag tror det kommer dröja ett par år innan vi kan utnyttja Edge computing effektivt. Vi behöver fortfarande mer forskning för att interaktionen människa-datorer-kommunikation ska fungera i praktiken.

KTH – Edge computing

James Gross forskningsintressen ligger främst inom mobila system och nätverk, med fokus på kritisk maskin-till-maskin-kommunikation, mobilnät, resursallokering samt prestationsutvärdering.

För mer information se www.jamesgross.org

Snabb evolution för 5G

Magnus Frodigh, forskningschef på Ericsson. Foto: Daniel Roos
Magnus Frodigh, forskningschef på Ericsson. Foto: Daniel Roos
Sverige är väl rustat för att ta en ledande position inom 5G, automation och artificiell intelligens, AI. Men det gäller att satsa offensivt.
– Utvecklingen går oerhört snabbt och det går inte att komma ikapp om man tappar tempo.

Det säger Magnus Frodigh, forskningschef på Ericsson. I det strategiarbete som forskningsavdelningen gjort har man definierat några viktiga fokusområden för Ericsson de närmaste sex till åtta åren.
Ett är att fortsätta evolutionen av 5G, som är nyckeln till digitaliseringen av alla sektorer av samhället. Kopplat till detta är den explosionsartade utvecklingen av sakernas internet, IoT, där allt fler produkter, hem och städer blir uppkopplade och ”smarta”.
– Det är en utmaning för forskningen att skala upp nätkapaciteten så att miljontals enheter kan kopplas upp samtidigt, och att säkerställa att beräkningskraften täcker den stora mängd data som skapas. På sikt kommer också olika digitala färdigheter, ”Internet of Skills”, med funktioner som exempelvis känselfeedback i produkter. Systemen ska också kunna interagera med varandra, och näten ska anpassas efter mer decentraliserade molnplattformar i takt med att molnjättarna som Google och Amazon vill komma närmare slutanvändarna, säger Magnus Frodigh.

Realtidsegenskaper
AI-teknologi kan sedan appliceras för att automatisera näten och de olika applikationerna. Ericsson har som mål att bli ledande i att tillhandahålla nät med de realtidsegenskaper som krävs för AI.
Detta allt mer digitaliserade och automatiserade samhälle kräver forskning så att den digitala infrastrukturen alltid matchar de krav på tillförlitlighet som de olika användningsområdena ställer. Därför är säkerhet ett viktigt forskningsområde för Ericsson.
– Det är avgörande att infrastrukturen är robust och att näten verkligen fungerar för allt de kommer att användas till. Kritiska samhällsfunktioner riskerar annars att slås ut, säger han.

Bred samverkan
Magnus Frodigh framhåller att forskningssamverkan med såväl akademin som näringslivet är central. Ericsson samverkar med andra företag inom en rad områden där företagets teknologi används. Det kan gälla självkörande bilar eller smarta fabriker, som båda kräver uppkoppling till 5G. Akademin å sin sida behöver tillgång till relevant digital infrastruktur, som Ericsson kan tillhandahålla.
– Sverige har en fin tradition av samverkan och en stor kreativitet. Men nu sker utvecklingen exponentiellt. Det är avgörande för all svensk industri att vi håller oss i täten av den här utvecklingen. Annars kommer vi att snabbt tappa konkurrenskraft, som blir svår att ta igen.

FCAI – en kraftsamling för finsk och nordisk AI-forskning

Samuel Kaski, ansvarig för FCAI och Jouko Lampinen, dekan på Aalto-universitetet.
Samuel Kaski, ansvarig för FCAI och Jouko Lampinen, dekan på Aalto-universitetet.
För att ytterligare stärka Finlands position på den globala AI-arenan har Aalto universitetet gått samman med Helsingfors universitet för att bilda ett forskningscentrum för artificiell intelligens, Finnish Center för Artificial Intelligence (FCAI). FCAI utvecklar nästa generations interaktiva, pålitliga och dataeffektiva AI-lösningar. Finland har en lång tradition av och står globalt i främsta ledet när det gäller just AI-utveckling.

Både Sverige och Finland har kommit långt i samhällets digitala transformation. Båda länderna har också den infrastruktur som krävs. Dessutom har industriföretagen förmåga att ta till sig den digitala tekniken på ett mer effektivt sätt än i många andra länder. I Finland har Aalto-universitetet länge varit drivande på forskning kring samhällets digitala transformation, IoT, cybersäkerhet och mjukvaruutveckling.

Sammanför universitet, industri och offentlig sektor inom AI
– Vi är övertygade om att det finns mycket att vinna på en ökad forskningssamverkan med fokus på AI mellan de nordiska länderna inom såväl akademin som näringslivet. De nordiska länderna har likartade samhällsvärderingar och har även kommit långt i sin tekniska utveckling. En nordisk forskningsallians inom AI stärker Nordens position på den globala AI-arenan. Det är nödvändigt, inte minst eftersom konkurrensen från bland annat de asiatiska länderna blir allt tuffare, säger Samuel Kaski, ansvarig för FCAI.
FCAI stöttar och stärker AI-forskningen genom att sammanföra universitet, industriella aktörer och offentlig sektor. FCAI bedriver sin forskning i partnerskap med ett femtontal finska företag, däribland Tieto och Nordea. De är intresserade av att bredda sin samverkan till att även inkludera svenska företag, forskningsfinansiärer och akademin, inte minst för att tillsammans kunna påverka den europeiska AI-agendan.

Tacklar AI-utvecklingens tre största utmaningar
FCAI:s forskning fokuserar på tre utmaningar som i dagsläget utgör flaskhalsar för en bredare implementering av AI-system. En av dessa utmaningar är en bristande tillgång på data. Merparten av värdet med Big Data ligger i det enorma antalet små frågor som datamängderna kan besvara, men data blir ofta en knapphändig resurs. GDPR och andra datasäkerhetsförordningar gör att datamängderna är utspridda i ett stort ekosystem, vilket ofta leder till en konkret brist på data för företag som vill genomföra Big Data-analyser.
– Vår forskning gör AI tillämpbar på betydligt fler områden. Det gör vi genom att använda vår samlade kompetens i form av modeller och genom att möjliggöra integritetsskydd för att dela data, säger Jouko Lampinen, dekan på Aalto-universitetet.
Den andra utmaningen som FCAI:s forskning tacklar är AI-systemens pålitlighet. Många AI-system är känsliga för manipulation och datastölder. FCAI:s forskare utvecklar system som har integritetsbevarande och säker AI och metoder som kan beakta osäkerheter i data och beslutsfattande. Målsättningen är att utveckla AI-applikationer som lever upp till kraven på datasäkerhet och utveckla nya användningsområden för AI. Målsättningen är också att forskningen ska öka samhällets förtroende för säkra AI-applikationer, vilket gör att AI kan appliceras på bredare front i hela samhället.

Utvecklar AI-applikationer som förstår mänskligt beteende
– Vi forskar exempelvis om hur AI-applikationer kan användas för känslig patientdata i sjukvården. Området kallas privacy preserving machine learning. AI-system kan i framtiden prognostisera behandling och behandlingsresultat för enskilda patienter, men då krävs AI-lösningar som även tar hänsyn till alla känsliga sekretessfrågor kring just patientdata, säger Samuel Kaski.
FCAI:s tredje fokusområde är att utveckla AI-applikationer som förstår användarens drivkrafter och beteende. Resultatet är AI-applikationer som kan förstärka mänskliga förmågor i en mängd uppgifter. Framtidens AI-lösningar behöver vara tillräckligt intelligenta för att förstå hur människor skulle agera i olika situationer och därefter utföra handlingen på ett effektivt vis. En virtuell assistent på datorn som har en inbyggd förståelse för mänskligt beteende har exempelvis en förmåga att dyka upp precis när den efterfrågas och inte när användaren ägnar sig åt något helt annat.

Aalto University – FCAI
Aalto universitet och universitetet i Helsingfors har tillsammans bildat Finnish Center for Artificial Intelligence (FCAI). FCAI utvecklar nästa generations AI-lösningar som är interaktiva, pålitliga och dataeffektiva. FCAI sammanför akademin med näringslivet och offentliga aktörer.
fcai.fi

Octopi säkrar programmeringen kring IoT-enheter

Alejandro Russo, biträdande professor vid avdelningen för informationssäkerhet, Institutionen för data- och informationsteknik vid Chalmers tekniska högskola. Foto: Patrik Bergenstav
Alejandro Russo, biträdande professor vid avdelningen för informationssäkerhet, Institutionen för data- och informationsteknik vid Chalmers tekniska högskola. Foto: Patrik Bergenstav

Inom forskningsprojektet Octopi leder Alejandro Russo ett team som utvecklar teknologier för att öka säkerheten kring programmeringen av Sakernas internet, sammankopplade digitala enheter som är oumbärliga för ett modernt samhälle.

Enheter med inbyggd elektronik blir kontinuerligt vanligare och återfinns i allt från industriella processer till bilar och smartphones. Fenomenet kallas Sakernas internet (Internet of Things, eller IoT) och är fortfarande relativt nytt, men i takt med att det blir mer vedertaget ökar också förekomsten av säkerhetsrisker och andra utmaningar.
– IoT blir alltmer utbrett efterhand som fler och fler enheter kopplas upp. Därmed stegras också sårbarheten för nätverk som byggts upp med sådana enheter i fokus. IoT utgörs av en mängd olika teknologier, inklusive hårdvara, operativsystem, programvara och protokoll, vilket medför ett stort antal svaga punkter som är lätta att kompromettera. Det skulle kunna äventyra de framsteg vi hittills har sett inom det här området, säger Alejandro Russo.

Möter flera utmaningar
Russo är biträdande professor vid avdelningen för informationssäkerhet, Institutionen för data- och informationsteknik vid Chalmers tekniska högskola. Målet med hans forskning är att utveckla programmeringsspråk för att hjälpa programmerare att identifiera sårbarheter i kod, och han är en pionjär inom området.
– De största orsakerna till säkerhetsrisker i IoT är brist på kunskaper inom säkerhet, användandet av enkla programmeringsspråk samt på systemövergripande kontroll. Programmerare behöver ta hänsyn till en uppsjö olika aspekter, och alla verktyg som kan hjälpa dem att skapa säker kod och att identifiera potentiella säkerhetsrisker är därför väldigt viktiga. Därför undviker vi att använda tungrodda eller komplexa tekniker – våra metoder ska kunna användas av vanliga utvecklare.

En spännande period för projektet
Nyligen tilldelades Russo ett stort anslag från Stiftelsen för strategisk forskning (SSF), vilket har gett honom förutsättningar att fokusera på att utveckla teamet genom att rekrytera lämpliga doktorander och post-doc.
– Vi avslutade precis rekryteringsfasen och har anställt flera utmärkta medarbetare. Under hösten kommer vi att fördjupa oss i forskningen på allvar. Det är en spännande period, inte minst på grund av ett stort intresse från företag och andra aktörer, vilket skapar förutsättningar för oss att prova nya idéer. Vi har mycket att se fram emot, avslutar han.

Chalmers – Octopi
Octopi utvecklar teknologier för att säkert kunna programmera IoT-system. Octopi kommer att designa specifikt utformade programmeringsspråk för att enkelt uttrycka och genomdriva systemövergripande säkerhetspolicyer och inom detta område är projektet banbrytande. För att uppnå sina mål samlar Octopi experter inom säkerhet, programmeringsspråk och hårdvarudesign.

Kontakt: Alejandro Russo
E-post: russo@chalmers.se