Ficha Unidade Curricular (FUC)
Informação Geral / General Information
Carga Horária / Course Load
Área científica / Scientific area
Telecomunicações
Departamento / Department
Departamento de Ciências e Tecnologias da Informação
Ano letivo / Execution Year
2023/2024
Pré-requisitos / Pre-Requisites
Sem pré-requisitos.
Objetivos Gerais / Objectives
A unidade curricular define o conceito de informação no sentido de Shannon e explica como comprimir a informação, como preservar a informação mesmo quando é adulterada por erros, e como pode ser ela protegida, quer por meios algorítmicos, quer por meios baseados nas características fo meio físico que a suporta. A unidade curricular abordará as técnicas de compressão de dados, códigos de correção de erros, e técnicas de criptografia algorítmicas para informação clássica, assim como introduzirá os estudantes à emergente utilização de informação quântica (proteção baseada em redes de chave quânticas, redes quânticas, e técnicas de correção de erros de informação quântica). Pelo facto da computação quântica quebrar os protocolos de criptografia clássica mais seguros, as técnicas para criptografia pós-quântica serão apresentadas: técnicas basadas em problemas clássicos em reticulados ("latices") que possuem complexidade "NP-hard" resistentes a ataques efecturados com computadores quânticos.
Objetivos de Aprendizagem e a sua compatibilidade com o método de ensino (conhecimentos, aptidões e competências a desenvolver pelos estudantes) / Learning outcomes
OA1 - O que é informação, como se mede, e a sua relação com teoria de probabilidades. OA2 - Algoritmos de compressão de informação com algoritmos centralizados e distribuídos de compressão de fonte. OA3 - Codificação para deteção e correção de erros de informação clássica. OA4 - Técnicas de criptografia clássica baseadas em teoria de números. OA5 - Técnicas de segurança de informação dependentes do meio físico. OA6 - Introdução à informação quântica: representação e métricas fundamentais. OA7 - Introdução a redes quânticas (internet quântica) e criptografia de chave quântica. OA8 - Códigos de correção de erros quânticos. OA9 - Criptografia pós-quântica.
Conteúdos Programáticos / Syllabus
CP1 - Entropia, informação mútua, fontes uniformes e não-uniformes. Revisão de teoria de probabilidades. CP2 - Codificações de Huffman, Lempel-Ziv, codificação aritmética, e codificação distribuída em reticulados inteiros. CP3- Capacidade de um canal discreto, códigos de blocos, códigos polares, códigos aleatórios lineares. Descodificação probabilistica com o algoritmo GRAND. CP4 - Introdução à criptografia clássica: sistemas de McEliece e de Hill, DES e AES, RSA. CP5 - Segurança em redes sem fios baseadas em desvanecimento e ruído. CP6 - Representação de estados quânticos, representação matricial da transição de estados. CP7 - Entrelaçamento quântico. Protocolo de Bennett e Brassard (BB84). CP8 - Tipos de erros quânticos (X, Y, e Z). Códigos de correcção de erros com estabilizadores. Descodificação probabilistica de códigos com estabilizadores baseada em GRAND. CP9 - Criptografia baseada em reticulados: vector mais curto e vector mais próximo. Técnica LWE ("Learning With Errors").
Demonstração da coerência das metodologias de ensino e avaliação com os objetivos de aprendizagem da UC / Evidence that the teaching and assessment methodologies are appropriate for the learning outcomes
A interligação entre os pontos do programa (P) e os objectivos de aprendizagem (OA) realiza-se da seguinte forma: OA1 - CP1 OA2 - CP2 OA3 - CP3 OA4 - CP4 OA5 - CP5 OA6 - CP6 OA7 - CP7 OA8 - CP8 OA9 - CP9
Avaliação / Assessment
O estudante poderá optar por uma das seguintes modalidades: A) Avaliação Periódica: 3 trabalhos (em grupos de 2 estudantes) pesando 50% (todos com igual peso); mais um teste escrito com peso de 50%. A opção A só é possível na 1ª época de avaliação, de acordo com a regulamentação geral da avaliação no Iscte. B) Avaliação por Exame: prova escrita com um peso de 100%.
Metodologias de Ensino / Teaching methodologies
As aulas dividem-se entre aulas de carácter teórico-prático, incluindo demonstrações computacionais em MATLAB. As aulas desenrolam-se de acordo com as seguintes metodologias de ensino-aprendizagem (MEA): ME1 Exposição e discussão. ME2 Resolução de exercícios . ME3 Trabalho autónomo do aluno. O aluno deve dedicar de 4 a 6 horas semanais em trabalho autónomo para (i) consulta da bibliografia indicada e revisão da matéria, (ii) resolução de exercícios/problemas e na realização de experiências computacionais com MATLAB.
Demonstração da coerência das metodologias de ensino e avaliação com os objetivos de aprendizagem da UC / Evidence that the teaching and assessment methodologies are appropriate for the learning outcomes
A interligação entre as metodologias de ensino-aprendizagem e os respetivos objetivos de aprendizagem (OA) realiza-se da seguinte forma: 1. Aulas Teórico-práticas: OA1 - OA9. 2. Aulas Laboratoriais: OA1 - OA9. 3. Trabalho Autónomo: OA1 - OA9. O alinhamento entre cada instrumento de avaliação e os objetivos de aprendizagem é realizado da seguinte forma: - Trabalhos experimentais: OA1, OA2, OA3, OA4, OA8, OA9. - Prova escrita: OA1 - OA9.
Observações / Observations
Bibliografia Principal / Main Bibliography
- Susan Loepp, William K. Wootters, Protecting Information: From Classical Error Correction to Quantum Cryptography, Cambridge University Press, 2006 - Stefan M. Moser, Po-Ning Chen, A Student's Guide to Coding and Information Theory, Cambridge University Press, 2012 - Daniele Micciancio, Shafi Goldwasser, Complexity of Lattice Problems: A Cryptographic Perspective, Springer, March 2002
Bibliografia Secundária / Secondary Bibliography
Adicionalmente, recomendam-se os seguintes 9 livros onde alguns dos pontos do programa para clarificar alguns pontos do programa: *Teoria da Informação Clássica: - Codificação Robert J. McEliece, The theory of Information and Coding, Cambridge University Press, 2002 - Norman L. Bigs, Codes: An Introduction to Information Communication and Cryptography, Springer 2008 - Stefan M. Moser, Po-Ning Chen, A Student's Guide to Coding and Information Theory, Cambridge University Press, 2012 - Matthieu Bloch, João Barros, Physical-Layer Security: From Information Theory to Security Engineering, Cambridge University Press, 2011 *Informação Quântica: - Gianfranco Cariolaro, Quantum Communications, Springer, 2015 - Michael A. Nielsen, Isaac L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, 2012 - Daniel A. Lidar, Todd A. Brun, Quantum Error Correction, Cambridge University Press, 2013 - Ivan B. Djordjevic, Quantum Information Processing, Quantum Computing, and Quantum Error Correction: An Engineering Approach, Academic Press 2021 *Criptografia pós-quântica: - D.J. Bernstein; J. Buchmann; E. Dahmen (editores), Post Quantum Cryptography, Springer, 2009. - Chris Peikert , A Decade of Lattice Cryptography, Now Publishers, 2016
Data da última atualização / Last Update Date
2024-02-16