Lär av naturen

Elena Dubrova blev utnämnd till professor i början av 2008. Hon är en av tre professorer i elektronisk systemdesign på KTH ICT. Hennes huvudsakliga forskningsområde är logisk syntes och verifiering, men hon är även intresserad av feltolerant datorberäkning, systembiologi och kryptografi. Nu studerar hon okonventionella datorberäkningsmodeller och hur det går att skapa robusta system genom att lära av naturen.

Hon kom till Kista för tio år sedan som forskarassistent i professor Hannu Tenhunens grupp.

- Forskningsvärlden är väldigt internationell. Du söker dig inte till ett visst land; du söker bara ett intressant jobb, helt enkelt. Jag sökte och fick en tjänst på KTH i Kista, vilket jag är glad för.

Hon började arbeta med logisk syntes, som då var ganska okänt i Sverige. Hannu fick sedan in henne på feltolerans, ett ämne som behövdes i den nya SoC-inriktningen på civilingenjörsutbildningen som startade 2000.

- Hannu är en mycket strategisk visionär - framförallt när det gäller utbildning. Han förbättrar ständigt våra inriktningar och kurser. Nu arbetar vi på att utöka vår inriktning till att bli ett Erasmus-program.

Feltolerant datorberäkning

Elena Dubrova har lagt ned stor möda i sin forskning på så kallad feltolerant datorberäkning. Feltoleranta system är system som fungerar även vid fel. Det är möjligt genom att lägga in redundanta mjukvarukomponenter.

- Behovet av konstruktionsmetoder och -tekniker för feltoleranta elektronikkretsar börjar bli akut, förklarar Elena. Kiselsubstratens tillförlitlighet avtar vid teknikskalning, vilket medför mer transienta och permanenta transistor- och kopplingsfel. Det kommer snart bli oförsvarbart dyrt att tillverka chips med 100%-igt fungerande komponenter.

Naturens eget sätt

Elena är övertygad om att lösningarna ligger utanför ramarna för traditionell elektronik. Hon citerar vad Donal Knuth (nu professor emeritus i datorprogrammering) sa i en intervju 1993: "Det kommer å ena sidan förmodligen inte ske lika många stora datortekniska upptäckter som i tidigare decennier. Men å andra sidan finns minst 500 års spännande problem att lösa inom biologin."

Elenas idé går ut på att få fram feltolerans med helt nya arktikturer och metoder inspirerade av ontogenesi - organismutveckling styrd av genkoden. Hon tror att levande celler är den perfekta modellen för feltolerant konstruktion. De kan bibehålla sin funktion under olika genförändringar och externa perturbationer samt har naturliga, självläkande, självunderhållande, självreproducerande och egensammansatta mekanismer.

Elena har redan utvecklat mjukvaruredskap för att simulera dynamiken i genstyrda nätverk. Med hjälp av redskapen hoppas hon få bättre kunskap om den underliggande mekanismen som robusta, genstyrda nätverk bygger på för att sedan applicera den vid konstruktion av elektronikkretsar. Hon samarbetar med biologer för att genomföra sina idéer och har redan varit i kontakt med forskare på Uppsala Bioinformatics Center samt Karolinska Institutet.

- De tvekar fortfarande något och tycker det är lite konstigt, säver Elena. Men det är väldigt spännande att använda sina specialkunskaper inom ett annat ämnesområde. Det kan gynna bägge parter.

Kryptografi

Nyligen har hon även fått ett intresse för kryptografi. Kryptografiska metoder skyddar känslig information mot obehöriga eller att den kommer ut av misstag. En vanlig metod är att använda flödeschiffer som kombinerar klartextbitar med pseudo-slumpmässiga bitsekvenser. Den slutliga krypterade informationen går bara att återställa till originalform av en behörig användare med krypteringsnyckel.

- Krypteringsbrister i de pseudo-slumpmässiga sekvenserna är en allmänt känd flaskhals i dagens flödeschiffer, förklarar Elena. Om chiffret vore baserat på en verklig slumpsekvens, så hade det varit omöjligt att knäcka. Men det kostar för mycket att generera verkliga slumpsekvenser och det tar för lång tid.

Elena undersöker om det går att generera kryptografiskt säkra pseudo-slumpmässiga sekvenser med icke-linjära, återkopplade skiftregister (NLSFR). Hon tror att NLSFR kan passa tillämpningar i begränsade miljöer som hårdvaruautentiserare, t.ex. RFID som kräver lösningar med extremt låg effekt, liten yta och låg kostnad.

Framtiden

Elena är precis tillbaka från mammaledigheten och tycker det är jobbigt att komma igång igen. Det är alltid svårt att få upp farten på nytt. Elena har ansökt om forskningsmedel hos Forskningsrådet och hoppas på positivt svar i november. Hon jobbar även med ett EU-utbildningsprojekt tillsammans med Hannu Tenhunen.

- Hannu har gett mig ett otroligt stöd i min forskning. Och prof. Mikael Östling har hjälpt till med mer praktiska ting. Han hjälpte mig att starta en ny forskargrupp. Det är jag väldigt tacksam för, avslutar Elena Dubrova.

Fakta

40 år
Familj: man och två barn
Från: Vitryssland
Universitetsexamen i Bulgarien 1991
Doktorerade i Kanada 1997
Docent 2002
Professor 2008
Utmärkelser: 2001 blev Elena tilldelad IBM Faculty Partnership Award. Det är oftast seniorforskare (fullvärdiga professorer) som får utmärkelsen för "enastående bidrag till IBM".