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Marius Drechsler f08f022856
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2025-06-24 16:34:41 +02:00

177 lines
4.2 KiB
Typst

#import "@preview/touying:0.6.1": *
#import "./template/conf.typ": *
#show: tum-slides.with(
aspect-ratio: "16-9",
language: "de",
config-info(
title: [Parameteroptimierung für Multi-Bit HO Alphabet PUF Quantisierung],
// Author to be shown in the title slide
author: [Marius Drechsler],
// Author to be shown in the footer
footer-author: [M. Drechsler],
date: [26. Juni 2025],
),
)
= Ausgangslage
== 1-Bit Quantisierung
#figure(
include("./graphics/background/sign-based-overlay.typ"),
// caption: []
)
- Stufe des Quantisiererfunktion nahe des Erwartungswertes der Wahrscheinlichkeitsverteilung
== Optimierung der 1-Bit Quantisierung
- Eingangswerte als Gewichtete Summen
#v(1em)
$ f(bold(x), bold(h)) = h_1 x_1 + h_2 x_2 + h_3 x_3 $
- $h_i$ als Helperdaten
#v(1em)
- Betragsmäßige Maximierung von $f(bold(x), bold(h))$ für möglichst wenige Werte nahe der $0$
#v(1em)
$ max_(h_1, h_2, h_3) |f(bold(x), bold(h))| $
== Optimierung der 1-Bit Quantisierung (2)
#align(horizon)[
#figure(
include("./graphics/background/z_distribution.typ"),
caption: [Optimierte Sign-Based Quantisierung]
)]
== Verallgemeinerung auf n-Bit
- Definition der Quantisierung höherer Ordnung als mehrstufige Funktion
#v(1em)
#figure(
include("./graphics/background/two-bit-enroll.typ")
)
- Problem: Optimale Position der Quantisierergrenzen $g_1$ und $g_2$
== Verallgemeinerung auf n-Bit --- Optimierungsbedingung
- Zwei Möglichkeiten zur optimalen Positionierung der Linearkombinationen:
1. Beste Approximation zur Mitte einer Quantisiererstufe
2. Maximierung des Abstandes zur nächstgelegenen Grenze der Linearkombination
== Verallgemeinerung auf n-Bit --- Algorithmus
1. Naives Raten der Grenzen $g_(1,2)$ und erste Optimierung
2. Über eCDF der resultierenden Verteilung neue Grenzen definieren, sodass jedes Symbol gleich wahrscheinlich ist
== Verallgemeinerung auf n-Bit --- Probleme
- Approximation zur Mitte konvergiert, allerdings keine Verbesserung der Fehlerrate
- Maximierung des Abstandes konvergiert nicht
#figure(
grid(
columns: (1fr, 1fr),
rows: (2),
[//#figure(
#image("./graphics/background/bach/instability/frame_1.png", width: 80%)
#v(-0.5em)
//)
Iteration 1],
[//#figure(
#image("./graphics/background/bach/instability/frame_18.png", width: 80%)
#v(-0.5em)
//)
Iteration 18],
),
)
= Implementierung
== Mögliche Lösungen
- Rekursiver Ansatz
- Vorgabe des Codeworts
- Brute-Force Ansatz
== Rekursiver Ansatz
1. Teile Verteilung am Erwartungswert auf
2. Addiere weitere Weights ($0.25, 0.125, ...$)
3. Maximiere Abstand zur nächstgelegenen Grenze
4. Teile neue Verteilungen wieder am Erwartungswert auf
== Rekursiver Ansatz
#align(horizon)[
#include("./graphics/execution/recursive.typ")
]
== Rekursiver Ansatz --- Resultierende Verteilung
#align(horizon)[
#figure(
image("./graphics/recursive_distribution.svg", width: 60%)
)]
== Rekursiver Ansatz --- Helperdaten
#align(horizon)[
#figure(
image("./graphics/recursive_helperdata_dist.svg", width: 60%)
)
]
== Vorgabe des Codeworts
- Generierung eines zufälligen Schlüssels
- Nutze Quantile der Normalverteilung als vorgegebene Grenzen
- Wähle jeweilige Linearkombination, die am besten das Quantil des Vorgegebenen Bits annähert
== Vorgabe des Codeworts --- Verteilung
#figure(
image("./graphics/given_codeword_dist.svg")
)
== Brute-Force Ansatz
- Großer Datensatz mit Grenzen
- Führe Optimierung und Quantisierung mit jedem Satz Grenzen durch
- Pearson's Chi-Square Test der Quantisierten Symbole auf Gleichverteilung
- Maximales Resultat des Chi-Square Tests gibt optimale Grenzen zurück
== Brute-Force Ansatz --- Verteilung
#figure(
image("./graphics/bruteforce_dist.svg")
)
== Brute-Force Ansatz --- Helperdaten
#figure(
image("./graphics/bruteforce_helperdata1.svg")
)
= Fazit
- Rekursiver Ansatz generiert gleichverteilte Ausgansverteilungen
- Helperdaten geben Informationen über das Codewort bekannt
- Vorgabe des Codeworts als Bedingung nicht stark genug
- Brute-Force Ansatz findet Gleichverteilungen
- Helperdaten geben keine Informationen bekannt
- Verbesserung der Bitfehlerrate um einen Faktor $10$
- Vorberechnete Grenzen können auf beliebige Normalverteilungen angewendet werden