Doctoral Thesis

Tailoring Neural Network Architectures for Industrial Protocol Recognition

Final Thesis 2.44 MB Summary of Thesis 2.44 MB

Author of thesis: Ing. Eva Holasová, Ph.D.

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Radek Fujdiak, Ph.D.

Reviewers: doc. Mgr. Josef Horálek, Ph.D., prof. RNDr. Tomáš Pitner, Ph.D.

Abstract:

This dissertation concentrates on designing a suitable neural network structure based on a selected input data set, with a particular focus on industrial protocols. The thesis presents the developed HEC-NAS-FDS method (Hybrid Expert Conditioned Exhaustive Neural Network Architecture Search over Finite Design Space). The method focuses on designing a suitable structure for neural networks with the possibility of using machine learning techniques to reduce time consumption. The developed method is then validated on a publicly available data set and also on its own data set containing OPC UA, MQTT, BACnet, and Modbus industrial protocols, including encrypted versions using TLS generated on the created testbed. Based on the validation and evaluation of the results achieved, the method is capable of performing a suitable design of the neural network structure based on the input data set and defined parameters.

Keywords:

Dataset, HEC-NAS-FDS, Neural network, Industrial protocols, Protocol recognition, Neural network architecture

Date of defence

19.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Předseda komise prof. Koton uvítal členy komise, oponenty práce a představil uchazečku Evu Holasovou, které předal slovo. Během prezentace Eva Holasová popsala své aktivity a výsledky své vědecko-výzkumné činnosti v oblasti využití neuronových sítí za účelem rozpoznávání průmyslových protokolů. V závěru prezentace Eva Holasová kriticky zhodnotila stávající limity navržené metodiky a způsoby dalšího vývoje v této oblasti. Oponenti práce prof. Pitner a doc. Horálek se vyjádřili ke kvalitě a přínosům práce. Oba hodnotí práci kladně. Následovala diskuze k práci, kdy Eva Holasová nejprve reagovala na otázky oponentů. Následně se do diskuze zapojili ostatní členové komise a hosté. Na otázky komise Eva Holasová reagovala velmi pohotově. Po veřejné části následovala neveřejná část, během které komise dále pokračovala v diskuzi a tajně hlasovala. Celková doba obhajoby trvala cca 1 hodinu.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Information Security (DKC-IBE)

Composition of Committee

prof. Ing. Jaroslav Koton, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Martinásek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Číka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Mlýnek, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Josef Horálek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Tomáš Pitner, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Radek Fujdiak, Ph.D.

Ing. Eva Holasová v průběhu doktorského studia jednoznačně prokázala předpoklady pro samostatnou vědeckou a tvůrčí činnost. Od počátku studia pracovala velmi aktivně, systematicky a s vysokou mírou vlastní iniciativy, přičemž individuální studijní plán plnila řádně a v řadě oblastí i nad jeho rámec. Oceňuji zejména její schopnost samostatně formulovat a řešit odborné problémy, dlouhodobě udržet vysoké pracovní nasazení a současně účelně spolupracovat v rámci širšího výzkumného týmu. Přestože byla ve své práci velmi samostatná, vždy se projevovala jako spolehlivá, vstřícná a konstruktivní týmová hráčka. Její přístup k vědecké, projektové i pedagogické činnosti byl po celou dobu odpovědný, korektní a na vysoké etické úrovni. Současně velmi dobře reprezentovala ústav, fakultu i univerzitu, a to nejen svými odbornými výsledky, ale i celkovým vystupováním a přístupem k pracovním povinnostem.

Předloženou disertační práci hodnotím jako velmi kvalitní po odborné i formální stránce. Autorka se v ní věnuje aktuálnímu a odborně náročnému tématu, které vyžaduje propojení znalostí z oblasti průmyslových komunikací, kybernetické bezpečnosti a metod umělé inteligence. Za zvlášť cenné považuji, že při řešení nepostupovala pouze aplikačně, ale dokázala navrhnout vlastní metodický přístup, vytvořit odpovídající datovou základnu a navržené řešení důsledně experimentálně ověřit. Práce tak obsahuje původní výsledky s jasným odborným i praktickým přínosem a současně potvrzuje, že autorka je schopna kriticky pracovat s literaturou, vhodně volit výzkumné postupy a dovést složitý odborný problém k ucelenému a přesvědčivému výsledku.

Velmi vysokou úroveň mělo také její působení v dalších oblastech doktorského studia. Publikační činnost Ing. Evy Holasové hodnotím jako mimořádně kvalitní a z hlediska doktorského studia výrazně nadstandardní, a to jak rozsahem, tak úrovní dosažených výstupů. Stejně pozitivně hodnotím její zapojení do grantů a dalších výzkumných i aplikačních projektů, kde opakovaně prokázala odbornou spolehlivost i schopnost nést odpovědnost za svěřené úkoly. Nad rámec běžných očekávání se věnovala rovněž výuce a byla v této oblasti pro pracoviště skutečným přínosem. Odbornou i osobní úroveň jejího působení navíc potvrzuje skutečnost, že v průběhu studia obdržela cenu rektora, cenu ministra vnitra a další významná ocenění.

Na základě všech uvedených skutečností hodnotím Ing. Evu Holasovou jako mimořádně kvalitní doktorandku, která v plné míře prokázala schopnost samostatné vědecké práce, a její disertační práci jednoznačně doporučuji k obhajobě.
viz pdf
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 1,47 MB

viz pdf
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 36,04 MB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová