Prezenční studium

4 roky

prof. Ing. Jaroslav Koton, Ph.D.

Předseda :
prof. Ing. Jaroslav Koton, Ph.D.
Člen interní :
doc. Ing. Ondřej Ryšavý, Ph.D.
doc. Dr. Ing. Petr Hanáček
doc. Ing. Karel Burda, CSc.
doc. Ing. Václav Zeman, Ph.D.
doc. Ing. Jan Hajný, Ph.D.
prof. Ing. Jiří Mišurec, CSc.
Člen externí :
doc. Ing. Otto Dostál, CSc.

Doktorand se naučí tvůrčím způsobem využívat nabyté teoretické znalosti při návrhu nových bezpečnostních zařízení a systémů. Orientuje se ve zpracování dat, v návrhu a použití kryptografických systémů a v problematice kybernetické bezpečnosti. Vyzná se v telekomunikačních systémech, v zabezpečení přenosu proti chybám, v synchronizaci sítí. Umí připravovat nové služby a technicky řešit problémy s tím spojené.

Studijní obor je zaměřen na vědeckou výchovu doktorandů s hlubokými znalostmi teorie sdělování, přenosu informací, jejich zabezpečení, principy kryptografie a systémové bezpečnosti. Hlavní části studia tvoří předměty aplikované matematiky, teorie sdělování, uchování dat, a telekomunikační techniky. Absolvent má široké znalosti komunikačních a informačních technologií, datových přenosů a jejich zabezpečení, včetně užití i návrhu software s tím spojeným. Je schopen se orientovat v moderních šifrách a kryptografických protokolech, ověřit jejich bezpečnost a navrhnout jejich konkrétní využití v komunikačních systémech. Na aplikační úrovni se velmi dobře orientuje v problematice operačních systémů, databázových systémů, metod statistické analýzy, distribuovaných aplikací apod. Na vysoké úrovni zvládá algoritmizaci úloh. Je schopen navrhovat nová technologická řešení komunikačních, informačních a podpůrných služeb s ohledem za zajištění vysoké míry bezpečnosti. Je schopen porozumět a sám navrhovat moderní komunikační systémy zajišťující kybernetickou bezpečnost.

Absolventi programu "Informační bezpečnost" se uplatňují zejména ve výzkumných, vývojových a projekčních týmech, v oblasti odborné činnosti ve výrobních nebo obchodních organizacích, v akademické sféře a v dalších institucích zabývajících se vědou, výzkumem, vývojem a inovacemi, ve všech oblastech společnosti, kde dochází k aplikaci a využití komunikačních systémů a přenosu informace datovými sítěmi s důrazem na bezpečnost.
Uplatnění naši absolventi nalézají zejména při analýze, návrhu, tvorbě nebo správě komplexních systémů pro bezpečný přenos a zpracování dat, a také při programování, integraci, podpoře, údržbě nebo prodeji těchto systémů.

Studium doktoranda probíhá podle individuálního studijního plánu, který zpracuje v úvodu studia školitel doktoranda ve spolupráci s doktorandem. V individuálním studijním plánu jsou specifikovány všechny povinnosti stanovené v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT, které musí doktorand k úspěšnému ukončení studia splnit. Tyto povinnosti jsou časově rozvrženy do celého období studia, jsou bodově ohodnoceny a v pevně daných termínech probíhá kontrola jejich plnění. Student si zapíše a vykoná zkoušky z povinných předmětů, povinně volitelných předmětů ohledem na zaměření jeho disertační práce, a dále volitelných předmětů (Angličtina pro doktorandy, Řešení inovačních zadání, Vědecké publikování od A do Z).
Ke státní doktorské zkoušce se může student přihlásit až po vykonání všech zkoušek předepsaných jeho individuálním studijním plánem. Před státní doktorskou zkouškou student vypracuje pojednání k disertační práci, v němž detailně popíše cíle práce, důkladné zhodnocení stavu poznání v oblasti řešené disertace, charakteristiku metod, které hodlá při řešení uplatňovat. Obhajoba pojednání, které je oponováno, je součástí státní doktorské zkoušky. V další části zkoušky musí student prokázat hluboké teoretické i praktické znalosti v oblasti kryptografie, systémové bezpečnosti, síťové bezpečnosti a elektrotechniky, elektroniky. Státní doktorská zkouška probíhá ústní formou a kromě diskuze nad pojednáním k disertační práci se také skládá z tematických okruhů týkajících se povinných a povinně volitelných předmětů.
K obhajobě disertační práce se student hlásí po vykonání státní doktorské zkoušky a po splnění podmínek pro ukončení, jakými jsou účast na výuce, vědecká a odborná činnost (tvůrčí činnost), a minimálně měsíční studijní nebo pracovní stáž na zahraniční instituci anebo účasti na mezinárodním tvůrčím projektu.

Studium doktoranda probíhá podle individuálního studijního plánu (dále jen ISP), který zpracuje v úvodu studia školitel doktoranda ve spolupráci s doktorandem. Individuální studijní plán je pro doktoranda závazný. Jsou v něm specifikovány všechny povinnosti stanovené v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT, které musí doktorand k úspěšnému ukončení studia splnit. Tyto povinnosti jsou časově rozvrženy do celého období studia, jsou bodově ohodnoceny a v pevně daných termínech probíhá kontrola jejich plnění. Průběžné bodové hodnocení všech aktivit doktoranda je vedeno v dokumentu „Celkové bodové hodnocení doktoranda“ a je součástí ISP. Při zahájení dalšího roku studia pak školitel do ISP zaznamená případné změny. Nejpozději do 15. 10. každého roku studia odevzdává doktorand vytištěný a podepsaný ISP na vědeckém oddělení fakulty ke kontrole a založení.
Během prvních čtyř semestrů skládá doktorand zkoušky z povinných, povinně volitelných anebo volitelných předmětů pro splnění bodových limitů ze Studijní oblasti, a současně se intenzivně zabývá vlastním studiem a analýzou poznatků v oboru stanoveném tématem disertační práce a průběžným publikováním takto získaných poznatků a vlastních výsledků. V dalších semestrech se doktorand již více soustřeďuje na výzkum a vývoj, který souvisí s tématem disertační práce, na publikování výsledků své tvůrčí práce a na vlastní zpracování disertační práce.
Do konce druhého roku studia skládá doktorand státní doktorskou zkoušku, kterou prokazuje široký rozhled a hluboké znalosti v oboru, souvisejícím s tématem disertační práce. K této zkoušce se musí přihlásit nejpozději do 30. dubna ve druhém roce svého studia. Státní doktorské zkoušce předchází zkouška z anglického jazyka.
Ve třetím a čtvrtém roce svého studia provádí doktorand potřebnou výzkumnou činnost, publikuje dosažené výsledky a zpracovává svoji disertační práci. Součástí studijních povinností v doktorském studijním programu je absolvování části studia na zahraniční instituci nebo účast na mezinárodním tvůrčím projektu s výsledky publikovanými nebo prezentovanými v zahraničí nebo jiná forma přímé účasti studenta na mezinárodní spolupráci, což je nutné doložit nejpozději při odevzdání disertační práce.
Doktorandi ve čtvrtém roce studia předkládají do konce zimního zkouškového období svému školiteli rozpracovanou disertační práci, který ji ohodnotí. Disertační práci doktorand odevzdává do konce 4. roku studia.
Student prezenční formy doktorského studia je v průběhu studia povinen absolvovat pedagogickou praxi, tj. působit v procesu výuky. Zapojení doktoranda do pedagogické činnosti je součástí jeho vědecké přípravy. Pedagogickou praxí doktorand získává zkušenosti v předávání poznatků a zdokonaluje prezentační dovednosti. Skladbu pedagogických aktivit (cvičení, laboratorní cvičení, vedení projektů apod.) určí doktorandovi vedoucí daného ústavu po dohodě se školitelem. Povinnost pedagogické praxe se nevztahuje na doktorandy-samoplátce a na doktorandy v kombinované formě studia. Zapojení do výuky v rámci pedagogické praxe potvrdí po jejím splnění školitel v IS VUT.

Studijní program přímo navazuje na bakalářský a magisterský studijní program "Informační bezpečnost" na FEKT, VUT v Brně.

1. Bezpečnost a ochrana soukromí v inteligentních infrastrukturách

   Téma se orientuje na výzkum aplikované moderní kryptografie (lehká kryptografie, schémata s ochranou soukromí, autentizace a klíčový management) a optimalizaci schémat v rámci inteligentních sítí typu Internet všeho, Internet vozidel a chytrých měst. Výzkum se zaměří na návrh zabezpečení decentralizovaných a heterogenních sítí a služeb a se zvýšenou ochranou soukromí uživatelů. Předpokládá se zapojení studenta do mezinárodních a národních výzkumných projektů.

   Školitel: Malina Lukáš, doc. Ing., Ph.D.

2. Bezpečnost optických vláknových infrastruktur

   Optické vláknové sítě se v posledních letech rapidně vyvíjely, aby uspokojily stále rostoucí poptávku po navyšující se kapacitě. Optická vlákna jsou dnes široce používána ve všech typech sítí z důvodu nejen přenosových rychlostí, maximálního dosahu, ale i bezpečnosti. Přestože jsou optické vláknové sítě považovány za naprosto bezpečné, existují možnosti, jak část datového signálu zachytit nebo zkopírovat. Využívány mohou být jak nedokonalosti pasivních optických komponent, tak například monitorovací výstupy aktivních zařízení. S nástupem kvantových počítačů by současné šifrování mohlo být prolomeno. Je nutné se tedy zabývat bezpečností optických vláknových sítí, analyzovat bezpečnostní rizika a navrhnout vhodná protiopatření.

   Školitel: Münster Petr, doc. Ing., Ph.D.

3. Hardwarově akcelerovaná kryptografie

   Téma je zaměřeno na výzkum a vývoj v oblasti hardwarové akcelerace kryptografických algoritmů na platformě FPGA. Student se zaměří zejména na metody bezpečné implementace s ochranou před útoky postranními kanály. Předpokládá se zapojení studenta do výzkumných projektů na UTKO, FEKT ve formě placené stáže.

   Školitel: Hajný Jan, doc. Ing., Ph.D.

4. Hybridní kryptografie

   Téma je zaměřeno na oblast návrhu hybridních kryptografických systémů kombinujících klasickou kryptografii (ECDSA, RSA, AES, apod.) s postkvantovou kryptografií (zejména rodinou CRYSTALS) a případně kvantovou kryptografií (QKD). Student bude zapojen do běžících projektů se zaměřením na návrh algoritmů a jejich praktické testování na různých platformách.

   Školitel: Hajný Jan, doc. Ing., Ph.D.

5. Inovativní přístupy k síťovému procesu a zjednodušení topologie pomocí bio-inspirovaných algoritmů umělé inteligence

   Zjednodušení síťového procesu a topologie je klíčové v mnoha oblastech, jako je návrh sítě, architektura systému a další. V rámci tohoto doktorského výzkumu se student ponoří do zkoumání a vývoje inovativních principů pro zjednodušení síťových procesů a topologie. Principy budou použity na komplexních systémech (jako jsou systémy 5G telekomunikačních sítí atd.) k autonomnímu zjednodušení a optimalizaci jejich struktur a procesů. Student bude čerpat inspiraci z přírody a využije bioinspirované algoritmy, jako jsou genetické algoritmy, optimalizace roje částic, optimalizace kolonií mravenců a další. Tyto algoritmy napodobují biologické jevy, jako je evoluce, chování roje a vzorce hledání potravy, a poskytují robustní řešení pro složité optimalizační problémy. Tyto vyvinuté algoritmy budou využity v různých oblastech, včetně návrhu sítí, zjednodušení systémové architektury a dalších. Účinnost těchto algoritmů bude ověřena pomocí numerických simulací a praktických implementací. Výzkumné nástroje budou primárně zahrnovat různé typy bio-inspirovaných algoritmů, jak zavedené, tak nově vznikající, s potenciálním průzkumem hybridních technik, které integrují bio-inspirované algoritmy s jinými metodologiemi strojového učení nebo optimalizace. Posláním tohoto doktorského výzkumu je rozšířit současné chápání a aplikaci bioinspirovaných algoritmů při zjednodušování síťových procesů a topologie, čímž se otevírá cesta pro efektivnější, zjednodušené a optimalizované systémy v různých odvětvích. Pro téma je možnost dodatečné finanční podpory ze strany společnosti ATT.

   Školitel: Burget Radim, doc. Ing., Ph.D.

6. Kyberbezpečnost v dopravních systémech

   Výzkum se zaměří na analýzu hrozeb, zranitelností a metod zabezpečení v inteligentních systémech dopravy (ITS), internetu vozidel, intervozidlové/intravozidlové komunikace a v přidružených digitálních systémech a služeb v dopravě. Práce se bude dále zabývat jak tyto systémy chytré dopravy agilně, robustně a udržitelně zabezpečit. Dílčím cílem práce je i výzkum ochrany soukromí uživatelů u služeb ITS. Předpokládá se zapojení studenta do mezinárodních a národních výzkumných projektů.

   Školitel: Malina Lukáš, doc. Ing., Ph.D.

7. Metody bezpečnostního testování počítačových sítí s protokolem IPv6

   Téma je zaměřeno na výzkum a návrh nových metod, které lze použít při bezpečnostním testování (včetně penetračního testování) v sítích v různé fázi přechodu na protokoly sady IPv6 (Internet Protocol verze 6). Výzkum je cílen na metody použitelné při testování síťové infrastruktury, koncových zařízení a také dalších specializovaných zařízení s důrazem na tzv. přechodové mechanizmy.

   Školitel: Jeřábek Jan, doc. Ing., Ph.D.

8. Moderní autentizace a řízení přístupu k elektronickým službám

   Téma je zaměřeno na výzkum a vývoj nových kryptografických mechanismů pro autentizaci uživatelů. Student se zaměří zejména na mechanismy silné autentizace k online službám využívající více autentizačních faktorů (čipové karty, tokeny, telefony, atp.) a poskytující formální důkazy bezpečnosti. Předpokládá se zapojení studenta do výzkumných projektů na UTKO, FEKT ve formě placené stáže.

   Školitel: Hajný Jan, doc. Ing., Ph.D.

9. Nástroje a metody pro vzdělávání v kyberbezpečnosti

   Téma je zaměřeno na výzkum nových metod a vývoj nástrojů pro návrh a realizaci tréninkových a vzdělávacích programů v kybernetické bezpečnosti. Cílem tématu je rozvoj metodiky pro návrh programů pomocí ENISA ECSF frameworku, návrh a verifikace metod hodnocení obsahu programů dle struktury dovedností a znalostí ECSF, rozšíření algoritmů pro kvantifikaci náplně dle jednotlivých profilů a vývoj softwarových nástrojů implementujících výše uvedené funkcionality včetně zajištění souladu s aktuální legislativou a doporučeními bezpečnostních autorit.

   Školitel: Hajný Jan, doc. Ing., Ph.D.

10. Nové metody využívající umělé inteligence pro penetrační testování

    Téma je zaměřeno na výzkum a návrh nových metod využívající umělé inteligence, které lze použít při bezpečnostním testování (penetrační testování). Výzkum je cílem na metody použitelné při penetračním testování webových aplikací, síťové infrastruktury, ale také penetračních testech specializovaných zařízení jako je například inteligentní elektroměr. Předpokládá se zapojení studenta do výzkumných projektů Ústavu.

    Školitel: Martinásek Zdeněk, doc. Ing., Ph.D.

11. Nové principy detekce anomálií pomocí strojového učení

    Detekce anomálií je koncept široce používaný v mnoha oblastech, jako jsou finanční podvody, kybernetické narušení a mnoho dalších. V rámci tohoto tématu se doktorand zaměří na výzkum a vývoj nových principů a algoritmů detekce anomálií pomocí strojového učení. Navržené principy budou aplikovány zejména na textová data (normální text, síťové syslogy atd.) pro automatickou identifikaci anomálií ve velkých souborech dat. Některá z oblastí, kde budou vyvinuté algoritmy detekce anomálií aplikovány, zahrnují e-maily, syslogy výkonu sítě, syslogy zabezpečení sítě a data symptomů pacientů. Jako preferované výzkumné nástroje bude student primárně zvažovat koncepty strojového učení pod dohledem a bez dohledu, stejně jako techniky hlubokého učení. Vyvinuté algoritmy budou ověřeny pomocí numerických simulací i implementací v experimentálních sítích. Tato témata budou v úzké spolupráci se společností ATT s možností další finanční podpory.

    Školitel: Hošek Jiří, doc. Ing., Ph.D.

12. Postkvantová kryptografie

    Téma je zaměřeno na výzkum a vývoj v oblasti systémů pro kvantově bezpečné ustanovení klíče a šifrování. Student se zaměří zejména na možnosti kombinace kvantových a postkvantových systémů a praktické aspekty implementace do reálných sítí v laboratoři VUT. Předpokládá se zapojení studenta do výzkumných projektů na UTKO, FEKT ve formě placené stáže.

    Školitel: Hajný Jan, doc. Ing., Ph.D.

13. Simulační a laboratorní model pro hodnocení kybernetické bezpečnosti v energetice

    Cílem práce je navrhnout komplexní model zvažovaných komunikačních variant pro chytré sítě v energetice, který umožní ověřit kybernetickou bezpečnost v simulačním a laboratorním prostředí. Pro provozovatele distribučních soustav je při budování komunikační infrastruktury nejtěžší volba a výběr vhodné technologie a její zabezpečení. Proto je dalším cílem práce navrhnout a experimentálně ověřit metodiku hodnocení komunikačních technologií a jejich bezpečnosti pro chytré sítě v energetice.

    Školitel: Mlýnek Petr, doc. Ing., Ph.D.

14. Strojové učení ve fotonice

    Fotonické systémy zahrnují celou řadu oblastí od datových přenosů, přes senzoriku až po kvantové sítě. Každý fotonický systém má vlastní požadavky na přenosovou infrastrukturu, ale i na vstupní a výstupní parametry. Manuální optimalizace rozsáhlých sítí založených na různých typech signálů je téměř nemožná. S pomocí strojového učení lze u fotonických sítí dosáhnout optimalizace jak samotných přenášených signálů, tak celé infrastruktury. V neposlední řadě, lze pomocí algoritmů strojového učení detekovat a klasifikovat nestandardní chování sítě a minimalizovat tak bezpečnostní rizika. Strojové učení ve fotonice tedy představuje aktuální a perspektivní téma.

    Školitel: Münster Petr, doc. Ing., Ph.D.

15. Výzkum interaktivních metod pro efektivní výuku a trénink kybernetické bezpečnosti

    Téma disertace je zaměřeno na výzkum a návrh nových metod pro vzdělávání v oblasti kybernetické bezpečnosti. Výzkum bude zaměřen na tvorbu vlastního matematického modelu a profilačního algoritmu, který na základě předpokladů učené nebo trénované osoby bude uživatele hodnotit v prostředí cyber range platformy s ohledem na obtížnost, čas plnění úkolů, použité nápovědy a další měřitelné parametry. Téma by se také mělo zaměřit na výzkum vhodných metod k detekci podvádění v prostředí cyber range. Výzkum a ověření metod bude realizováno v platformě BUTCA. Předpokládá se zapojení studenta do výzkumných projektů ústavu.

    Školitel: Martinásek Zdeněk, doc. Ing., Ph.D.

16. Zabezpečené optické sítě využívající kvantovou distribuci klíčů

    Dnešní digitální svět je závislý na bezpečnosti dat jak během komunikace, tak ale i při ukládání dat, například v elektronickém bankovnictví, elektronickém obchodování, elektronickém zdravotnictví nebo v elektronické veřejné správě. S nástupem kvantových počítačů hrozí riziko potenciálního narušení dnešních zabezpečení. Kvantová distribuce klíčů (QKD) poskytuje způsob distribuce a sdílení tajných klíčů, které jsou nezbytné pro kryptografické protokoly. Informace je zde kódována do jednotlivých fotonů. Integrace systémů QKD do stávající síťové infrastruktury využívané pro telekomunikace je aktuální výzvou. Mezi některé další hlavní výzvy patří zvýšení frekvence vysílání klíčů, zvětšení dosahu QKD, nebo snížení komplexnosti a robustnosti stávajících řešení.

    Školitel: Münster Petr, doc. Ing., Ph.D.