Side-Channel Attack Protection Techniques in FPGA Systems using Enhanced Dual-Rail Solutions

Esta tesis doctoral se centra principalmente en técnicas de ataque y contramedidas relacionadas con ataques de canal lateral (SCA por sus siglas en inglés), que han sido propuestas dentro del campo de investigación académica desde hace 17 años. Las investigaciones relacionadas han experimentado un notable crecimiento en las últimas décadas, mientras que los diseños enfocados en la protección sólida y eficaz contra dichos ataques aún se mantienen como un tema de investigación abierto, en el que se necesitan iniciativas más confiables para la protección de la información persona de empresa y de datos nacionales. El primer uso documentado de codificación secreta se remonta a alrededor de 1700 B.C., cuando los jeroglíficos del antiguo Egipto eran descritos en las inscripciones. La seguridad de la información siempre ha supuesto un factor clave en la transmisión de datos relacionados con inteligencia diplomática o militar. Debido a la evolución rápida de las técnicas modernas de comunicación, soluciones de cifrado se incorporaron por primera vez para garantizar la seguridad, integridad y confidencialidad de los contextos de transmisión a través de cables sin seguridad o medios inalámbricos. Debido a las restricciones de potencia de cálculo antes de la era del ordenador, la técnica de cifrado simple era un método más que suficiente para ocultar la información. Sin embargo, algunas vulnerabilidades algorítmicas pueden ser explotadas para restaurar la regla de codificación sin mucho esfuerzo. Esto ha motivado nuevas investigaciones en el área de la criptografía, con el fin de proteger el sistema de información ante sofisticados algoritmos. Con la invención de los ordenadores se ha acelerado en gran medida la implementación de criptografía segura, que ofrece resistencia eficiente encaminada a obtener mayores capacidades de computación altamente reforzadas. Igualmente, sofisticados cripto-análisis han impulsado las tecnologías de computación. Hoy en día, el mundo de la información ha estado involucrado con el campo de la criptografía, enfocada a proteger cualquier campo a través de diversas soluciones de cifrado. Estos enfoques se han fortalecido debido a la unificación optimizada de teorías matemáticas modernas y prácticas eficaces de hardware, siendo posible su implementación en varias plataformas (microprocesador, ASIC, FPGA, etc.). Las necesidades y requisitos de seguridad en la industria son las principales métricas de conducción en el diseño electrónico, con el objetivo de promover la fabricación de productos de gran alcance sin sacrificar la seguridad de los clientes. Sin embargo, una vulnerabilidad en la implementación práctica encontrada por el Prof. Paul Kocher, et al en 1996 implica que un circuito digital es inherentemente vulnerable a un ataque no convencional, lo cual fue nombrado posteriormente como ataque de canal lateral, debido a su fuente de análisis. Sin embargo, algunas críticas sobre los algoritmos criptográficos teóricamente seguros surgieron casi inmediatamente después de este descubrimiento. En este sentido, los circuitos digitales consisten típicamente en un gran número de celdas lógicas fundamentales (como MOS - Metal Oxide Semiconductor), construido sobre un sustrato de silicio durante la fabricación. La lógica de los circuitos se realiza en función de las innumerables conmutaciones de estas células. Este mecanismo provoca inevitablemente cierta emanación física especial que puede ser medida y correlacionada con el comportamiento interno del circuito. SCA se puede utilizar para revelar datos confidenciales (por ejemplo, la criptografía de claves), analizar la arquitectura lógica, el tiempo e incluso inyectar fallos malintencionados a los circuitos que se implementan en sistemas embebidos, como FPGAs, ASICs, o tarjetas inteligentes. Mediante el uso de la comparación de correlación entre la cantidad de fuga estimada y las fugas medidas de forma real, información confidencial puede ser reconstruida en mucho menos tiempo y computación. Para ser precisos, SCA básicamente cubre una amplia gama de tipos de ataques, como los análisis de consumo de energía y radiación ElectroMagnética (EM). Ambos se basan en análisis estadístico y, por lo tanto, requieren numerosas muestras. Los algoritmos de cifrado no están intrínsecamente preparados para ser resistentes ante SCA. Es por ello que se hace necesario durante la implementación de circuitos integrar medidas que permitan camuflar las fugas a través de "canales laterales". Las medidas contra SCA están evolucionando junto con el desarrollo de nuevas técnicas de ataque, así como la continua mejora de los dispositivos electrónicos. Las características físicas requieren contramedidas sobre la capa física, que generalmente se pueden clasificar en soluciones intrínsecas y extrínsecas. Contramedidas extrínsecas se ejecutan para confundir la fuente de ataque mediante la integración de ruido o mala alineación de la actividad interna. Comparativamente, las contramedidas intrínsecas están integradas en el propio algoritmo, para modificar la aplicación con el fin de minimizar las fugas medibles, o incluso hacer que dichas fugas no puedan ser medibles. Ocultación y Enmascaramiento son dos técnicas típicas incluidas en esta categoría. Concretamente, el enmascaramiento se aplica a nivel algorítmico, para alterar los datos intermedios sensibles con una máscara de manera reversible. A diferencia del enmascaramiento lineal, las operaciones no lineales que ampliamente existen en criptografías modernas son difíciles de enmascarar. Dicho método de ocultación, que ha sido verificado como una solución efectiva, comprende principalmente la codificación en doble carril, que está ideado especialmente para aplanar o eliminar la fuga dependiente de dato en potencia o en EM. En esta tesis doctoral, además de la descripción de las metodologías de ataque, se han dedicado grandes esfuerzos sobre la estructura del prototipo de la lógica propuesta, con el fin de realizar investigaciones enfocadas a la seguridad sobre contramedidas de arquitectura a nivel lógico. Una característica de SCA reside en el formato de las fuentes de fugas. Un típico ataque de canal lateral se refiere al análisis basado en la potencia, donde la capacidad fundamental del transistor MOS y otras capacidades parásitas son las fuentes esenciales de fugas. Por lo tanto, una lógica robusta resistente a SCA debe eliminar o mitigar las fugas de estas micro-unidades, como las puertas lógicas básicas, los puertos I/O y las rutas. Las herramientas EDA proporcionadas por los vendedores manipulan la lógica desde un nivel más alto, en lugar de realizarlo desde el nivel de puerta, donde las fugas de canal lateral se manifiestan. Por lo tanto, las implementaciones clásicas apenas satisfacen estas necesidades e inevitablemente atrofian el prototipo. Por todo ello, la implementación de un esquema de diseño personalizado y flexible ha de ser tomado en cuenta. En esta tesis se presenta el diseño y la implementación de una lógica innovadora para contrarrestar SCA, en la que se abordan 3 aspectos fundamentales: I. Se basa en ocultar la estrategia sobre el circuito en doble carril a nivel de puerta para obtener dinámicamente el equilibrio de las fugas en las capas inferiores; II. Esta lógica explota las características de la arquitectura de las FPGAs, para reducir al mínimo el gasto de recursos en la implementación; III. Se apoya en un conjunto de herramientas asistentes personalizadas, incorporadas al flujo genérico de diseño sobre FPGAs, con el fin de manipular los circuitos de forma automática. El kit de herramientas de diseño automático es compatible con la lógica de doble carril propuesta, para facilitar la aplicación práctica sobre la familia de FPGA del fabricante Xilinx. En este sentido, la metodología y las herramientas son flexibles para ser extendido a una amplia gama de aplicaciones en las que se desean obtener restricciones mucho más rígidas y sofisticadas a nivel de puerta o rutado. En esta tesis se realiza un gran esfuerzo para facilitar el proceso de implementación y reparación de lógica de doble carril genérica. La viabilidad de las soluciones propuestas es validada mediante la selección de algoritmos criptográficos ampliamente utilizados, y su evaluación exhaustiva en comparación con soluciones anteriores. Todas las propuestas están respaldadas eficazmente a través de ataques experimentales con el fin de validar las ventajas de seguridad del sistema. El presente trabajo de investigación tiene la intención de cerrar la brecha entre las barreras de implementación y la aplicación efectiva de lógica de doble carril. En esencia, a lo largo de esta tesis se describirá un conjunto de herramientas de implementación para FPGAs que se han desarrollado para trabajar junto con el flujo de diseño genérico de las mismas, con el fin de lograr crear de forma innovadora la lógica de doble carril. Un nuevo enfoque en el ámbito de la seguridad en el cifrado se propone para obtener personalización, automatización y flexibilidad en el prototipo de circuito de bajo nivel con granularidad fina. Las principales contribuciones del presente trabajo de investigación se resumen brevemente a continuación: Lógica de Precharge Absorbed-DPL logic: El uso de la conversión de netlist para reservar LUTs libres para ejecutar la señal de precharge y Ex en una lógica DPL. Posicionamiento entrelazado Row-crossed con pares idénticos de rutado en redes de doble carril, lo que ayuda a aumentar la resistencia frente a la medición EM selectiva y mitigar los impactos de las variaciones de proceso. Ejecución personalizada y herramientas de conversión automática para la generación de redes idénticas para la lógica de doble carril propuesta. (a) Para detectar y reparar conflictos en las conexiones; (b) Detectar y reparar las rutas asimétricas. (c) Para ser utilizado en otras lógicas donde se requiere un control estricto de las interconexiones en aplicaciones basadas en Xilinx. Plataforma CPA de pruebas personalizadas para el análisis de EM y potencia, incluyendo la construcción de dicha plataforma, el método de medición y análisis de los ataques. Análisis de tiempos para cuantificar los niveles de seguridad. División de Seguridad en la conversión parcial de un sistema de cifrado complejo para reducir los costes de la protección. Prueba de concepto de un sistema de calefacción auto-adaptativo para mitigar los impactos eléctricos debido a la variación del proceso de silicio de manera dinámica. La presente tesis doctoral se encuentra organizada tal y como se detalla a continuación: En el capítulo 1 se abordan los fundamentos de los ataques de canal lateral, que abarca desde conceptos básicos de teoría de modelos de análisis, además de la implementación de la plataforma y la ejecución de los ataques. En el capítulo 2 se incluyen las estrategias de resistencia SCA contra los ataques de potencia diferencial y de EM. Además de ello, en este capítulo se propone una lógica en doble carril compacta y segura como contribución de gran relevancia, así como también se presentará la transformación lógica basada en un diseño a nivel de puerta. Por otra parte, en el Capítulo 3 se abordan los desafíos relacionados con la implementación de lógica en doble carril genérica. Así mismo, se describirá un flujo de diseño personalizado para resolver los problemas de aplicación junto con una herramienta de desarrollo automático de aplicaciones propuesta, para mitigar las barreras de diseño y facilitar los procesos. En el capítulo 4 se describe de forma detallada la elaboración e implementación de las herramientas propuestas. Por otra parte, la verificación y validaciones de seguridad de la lógica propuesta, así como un sofisticado experimento de verificación de la seguridad del rutado, se describen en el capítulo 5. Por último, un resumen de las conclusiones de la tesis y las perspectivas como líneas futuras se incluyen en el capítulo 6. Con el fin de profundizar en el contenido de la tesis doctoral, cada capítulo se describe de forma más detallada a continuación: En el capítulo 1 se introduce plataforma de implementación hardware además las teorías básicas de ataque de canal lateral, y contiene principalmente: (a) La arquitectura genérica y las características de la FPGA a utilizar, en particular la Xilinx Virtex-5; (b) El algoritmo de cifrado seleccionado (un módulo comercial Advanced Encryption Standard (AES)); (c) Los elementos esenciales de los métodos de canal lateral, que permiten revelar las fugas de disipación correlacionadas con los comportamientos internos; y el método para recuperar esta relación entre las fluctuaciones físicas en los rastros de canal lateral y los datos internos procesados; (d) Las configuraciones de las plataformas de pruebas de potencia / EM abarcadas dentro de la presente tesis. El contenido de esta tesis se amplia y profundiza a partir del capítulo 2, en el cual se abordan varios aspectos claves. En primer lugar, el principio de protección de la compensación dinámica de la lógica genérica de precarga de doble carril (Dual-rail Precharge Logic-DPL) se explica mediante la descripción de los elementos compensados a nivel de puerta. En segundo lugar, la lógica PA-DPL es propuesta como aportación original, detallando el protocolo de la lógica y un caso de aplicación. En tercer lugar, dos flujos de diseño personalizados se muestran para realizar la conversión de doble carril. Junto con ello, se aclaran las definiciones técnicas relacionadas con la manipulación por encima de la netlist a nivel de LUT. Finalmente, una breve discusión sobre el proceso global se aborda en la parte final del capítulo. El Capítulo 3 estudia los principales retos durante la implementación de DPLs en FPGAs. El nivel de seguridad de las soluciones de resistencia a SCA encontradas en el estado del arte se ha degenerado debido a las barreras de implantación a través de herramientas EDA convencionales. En el escenario de la arquitectura FPGA estudiada, se discuten los problemas de los formatos de doble carril, impactos parásitos, sesgo tecnológico y la viabilidad de implementación. De acuerdo con estas elaboraciones, se plantean dos problemas: Cómo implementar la lógica propuesta sin penalizar los niveles de seguridad, y cómo manipular un gran número de celdas y automatizar el proceso. El PA-DPL propuesto en el capítulo 2 se valida con una serie de iniciativas, desde características estructurales como doble carril entrelazado o redes de rutado clonadas, hasta los métodos de aplicación tales como las herramientas de personalización y automatización de EDA. Por otra parte, un sistema de calefacción auto-adaptativo es representado y aplicado a una lógica de doble núcleo, con el fin de ajustar alternativamente la temperatura local para equilibrar los impactos negativos de la variación del proceso durante la operación en tiempo real. El capítulo 4 se centra en los detalles de la implementación del kit de herramientas. Desarrollado sobre una API third-party, el kit de herramientas personalizado es capaz de manipular los elementos de la lógica de circuito post P&R ncd (una versión binaria ilegible del xdl) convertido al formato XDL Xilinx. El mecanismo y razón de ser del conjunto de instrumentos propuestos son cuidadosamente descritos, que cubre la detección de enrutamiento y los enfoques para la reparación. El conjunto de herramientas desarrollado tiene como objetivo lograr redes de enrutamiento estrictamente idénticos para la lógica de doble carril, tanto para posicionamiento separado como para el entrelazado. Este capítulo particularmente especifica las bases técnicas para apoyar las implementaciones en los dispositivos de Xilinx y su flexibilidad para ser utilizado sobre otras aplicaciones. El capítulo 5 se enfoca en la aplicación de los casos de estudio para la validación de los grados de seguridad de la lógica propuesta. Se discuten los problemas técnicos detallados durante la ejecución y algunas nuevas técnicas de implementación. (a) Se discute el impacto en el proceso de posicionamiento de la lógica utilizando el kit de herramientas propuesto. Diferentes esquemas de implementación, tomando en cuenta la optimización global en seguridad y coste, se verifican con los experimentos con el fin de encontrar los planes de posicionamiento y reparación optimizados; (b) las validaciones de seguridad se realizan con los métodos de correlación y análisis de tiempo; (c) Una táctica asintótica se aplica a un núcleo AES sobre BCDL estructurado para validar de forma sofisticada el impacto de enrutamiento sobre métricas de seguridad; (d) Los resultados preliminares utilizando el sistema de calefacción auto-adaptativa sobre la variación del proceso son mostrados; (e) Se introduce una aplicación práctica de las herramientas para un diseño de cifrado completa. Capítulo 6 incluye el resumen general del trabajo presentado dentro de esta tesis doctoral. Por último, una breve perspectiva del trabajo futuro se expone, lo que puede ampliar el potencial de utilización de las contribuciones de esta tesis a un alcance más allá de los dominios de la criptografía en FPGAs. ABSTRACT This PhD thesis mainly concentrates on countermeasure techniques related to the Side Channel Attack (SCA), which has been put forward to academic exploitations since 17 years ago. The related research has seen a remarkable growth in the past decades, while the design of solid and efficient protection still curiously remain as an open research topic where more reliable initiatives are required for personal information privacy, enterprise and national data protections. The earliest documented usage of secret code can be traced back to around 1700 B.C., when the hieroglyphs in ancient Egypt are scribed in inscriptions. Information security always gained serious attention from diplomatic or military intelligence transmission. Due to the rapid evolvement of modern communication technique, crypto solution was first incorporated by electronic signal to ensure the confidentiality, integrity, availability, authenticity and non-repudiation of the transmitted contexts over unsecure cable or wireless channels. Restricted to the computation power before computer era, simple encryption tricks were practically sufficient to conceal information. However, algorithmic vulnerabilities can be excavated to restore the encoding rules with affordable efforts. This fact motivated the development of modern cryptography, aiming at guarding information system by complex and advanced algorithms. The appearance of computers has greatly pushed forward the invention of robust cryptographies, which efficiently offers resistance relying on highly strengthened computing capabilities. Likewise, advanced cryptanalysis has greatly driven the computing technologies in turn. Nowadays, the information world has been involved into a crypto world, protecting any fields by pervasive crypto solutions. These approaches are strong because of the optimized mergence between modern mathematical theories and effective hardware practices, being capable of implement crypto theories into various platforms (microprocessor, ASIC, FPGA, etc). Security needs from industries are actually the major driving metrics in electronic design, aiming at promoting the construction of systems with high performance without sacrificing security. Yet a vulnerability in practical implementation found by Prof. Paul Kocher, et al in 1996 implies that modern digital circuits are inherently vulnerable to an unconventional attack approach, which was named as side-channel attack since then from its analysis source. Critical suspicions to theoretically sound modern crypto algorithms surfaced almost immediately after this discovery. To be specifically, digital circuits typically consist of a great number of essential logic elements (as MOS - Metal Oxide Semiconductor), built upon a silicon substrate during the fabrication. Circuit logic is realized relying on the countless switch actions of these cells. This mechanism inevitably results in featured physical emanation that can be properly measured and correlated with internal circuit behaviors. SCAs can be used to reveal the confidential data (e.g. crypto-key), analyze the logic architecture, timing and even inject malicious faults to the circuits that are implemented in hardware system, like FPGA, ASIC, smart Card. Using various comparison solutions between the predicted leakage quantity and the measured leakage, secrets can be reconstructed at much less expense of time and computation. To be precisely, SCA basically encloses a wide range of attack types, typically as the analyses of power consumption or electromagnetic (EM) radiation. Both of them rely on statistical analyses, and hence require a number of samples. The crypto algorithms are not intrinsically fortified with SCA-resistance. Because of the severity, much attention has to be taken into the implementation so as to assemble countermeasures to camouflage the leakages via "side channels". Countermeasures against SCA are evolving along with the development of attack techniques. The physical characteristics requires countermeasures over physical layer, which can be generally classified into intrinsic and extrinsic vectors. Extrinsic countermeasures are executed to confuse the attacker by integrating noise, misalignment to the intra activities. Comparatively, intrinsic countermeasures are built into the algorithm itself, to modify the implementation for minimizing the measurable leakage, or making them not sensitive any more. Hiding and Masking are two typical techniques in this category. Concretely, masking applies to the algorithmic level, to alter the sensitive intermediate values with a mask in reversible ways. Unlike the linear masking, non-linear operations that widely exist in modern cryptographies are difficult to be masked. Approved to be an effective counter solution, hiding method mainly mentions dual-rail logic, which is specially devised for flattening or removing the data-dependent leakage in power or EM signatures. In this thesis, apart from the context describing the attack methodologies, efforts have also been dedicated to logic prototype, to mount extensive security investigations to countermeasures on logic-level. A characteristic of SCA resides on the format of leak sources. Typical side-channel attack concerns the power based analysis, where the fundamental capacitance from MOS transistors and other parasitic capacitances are the essential leak sources. Hence, a robust SCA-resistant logic must eliminate or mitigate the leakages from these micro units, such as basic logic gates, I/O ports and routings. The vendor provided EDA tools manipulate the logic from a higher behavioral-level, rather than the lower gate-level where side-channel leakage is generated. So, the classical implementations barely satisfy these needs and inevitably stunt the prototype. In this case, a customized and flexible design scheme is appealing to be devised. This thesis profiles an innovative logic style to counter SCA, which mainly addresses three major aspects: I. The proposed logic is based on the hiding strategy over gate-level dual-rail style to dynamically overbalance side-channel leakage from lower circuit layer; II. This logic exploits architectural features of modern FPGAs, to minimize the implementation expenses; III. It is supported by a set of assistant custom tools, incorporated by the generic FPGA design flow, to have circuit manipulations in an automatic manner. The automatic design toolkit supports the proposed dual-rail logic, facilitating the practical implementation on Xilinx FPGA families. While the methodologies and the tools are flexible to be expanded to a wide range of applications where rigid and sophisticated gate- or routing- constraints are desired. In this thesis a great effort is done to streamline the implementation workflow of generic dual-rail logic. The feasibility of the proposed solutions is validated by selected and widely used crypto algorithm, for thorough and fair evaluation w.r.t. prior solutions. All the proposals are effectively verified by security experiments. The presented research work attempts to solve the implementation troubles. The essence that will be formalized along this thesis is that a customized execution toolkit for modern FPGA systems is developed to work together with the generic FPGA design flow for creating innovative dual-rail logic. A method in crypto security area is constructed to obtain customization, automation and flexibility in low-level circuit prototype with fine-granularity in intractable routings. Main contributions of the presented work are summarized next: Precharge Absorbed-DPL logic: Using the netlist conversion to reserve free LUT inputs to execute the Precharge and Ex signal in a dual-rail logic style. A row-crossed interleaved placement method with identical routing pairs in dual-rail networks, which helps to increase the resistance against selective EM measurement and mitigate the impacts from process variations. Customized execution and automatic transformation tools for producing identical networks for the proposed dual-rail logic. (a) To detect and repair the conflict nets; (b) To detect and repair the asymmetric nets. (c) To be used in other logics where strict network control is required in Xilinx scenario. Customized correlation analysis testbed for EM and power attacks, including the platform construction, measurement method and attack analysis. A timing analysis based method for quantifying the security grades. A methodology of security partitions of complex crypto systems for reducing the protection cost. A proof-of-concept self-adaptive heating system to mitigate electrical impacts over process variations in dynamic dual-rail compensation manner. The thesis chapters are organized as follows: Chapter 1 discusses the side-channel attack fundamentals, which covers from theoretic basics to analysis models, and further to platform setup and attack execution. Chapter 2 centers to SCA-resistant strategies against generic power and EM attacks. In this chapter, a major contribution, a compact and secure dual-rail logic style, will be originally proposed. The logic transformation based on bottom-layer design will be presented. Chapter 3 is scheduled to elaborate the implementation challenges of generic dual-rail styles. A customized design flow to solve the implementation problems will be described along with a self-developed automatic implementation toolkit, for mitigating the design barriers and facilitating the processes. Chapter 4 will originally elaborate the tool specifics and construction details. The implementation case studies and security validations for the proposed logic style, as well as a sophisticated routing verification experiment, will be described in Chapter 5. Finally, a summary of thesis conclusions and perspectives for future work are included in Chapter 5. To better exhibit the thesis contents, each chapter is further described next: Chapter 1 provides the introduction of hardware implementation testbed and side-channel attack fundamentals, and mainly contains: (a) The FPGA generic architecture and device features, particularly of Virtex-5 FPGA; (b) The selected crypto algorithm - a commercially and extensively used Advanced Encryption Standard (AES) module - is detailed; (c) The essentials of Side-Channel methods are profiled. It reveals the correlated dissipation leakage to the internal behaviors, and the method to recover this relationship between the physical fluctuations in side-channel traces and the intra processed data; (d) The setups of the power/EM testing platforms enclosed inside the thesis work are given. The content of this thesis is expanded and deepened from chapter 2, which is divided into several aspects. First, the protection principle of dynamic compensation of the generic dual-rail precharge logic is explained by describing the compensated gate-level elements. Second, the novel DPL is originally proposed by detailing the logic protocol and an implementation case study. Third, a couple of custom workflows are shown next for realizing the rail conversion. Meanwhile, the technical definitions that are about to be manipulated above LUT-level netlist are clarified. A brief discussion about the batched process is given in the final part. Chapter 3 studies the implementation challenges of DPLs in FPGAs. The security level of state-of-the-art SCA-resistant solutions are decreased due to the implementation barriers using conventional EDA tools. In the studied FPGA scenario, problems are discussed from dual-rail format, parasitic impact, technological bias and implementation feasibility. According to these elaborations, two problems arise: How to implement the proposed logic without crippling the security level; and How to manipulate a large number of cells and automate the transformation. The proposed PA-DPL in chapter 2 is legalized with a series of initiatives, from structures to implementation methods. Furthermore, a self-adaptive heating system is depicted and implemented to a dual-core logic, assumed to alternatively adjust local temperature for balancing the negative impacts from silicon technological biases on real-time. Chapter 4 centers to the toolkit system. Built upon a third-party Application Program Interface (API) library, the customized toolkit is able to manipulate the logic elements from post P&R circuit (an unreadable binary version of the xdl one) converted to Xilinx xdl format. The mechanism and rationale of the proposed toolkit are carefully convoyed, covering the routing detection and repairing approaches. The developed toolkit aims to achieve very strictly identical routing networks for dual-rail logic both for separate and interleaved placement. This chapter particularly specifies the technical essentials to support the implementations in Xilinx devices and the flexibility to be expanded to other applications. Chapter 5 focuses on the implementation of the case studies for validating the security grades of the proposed logic style from the proposed toolkit. Comprehensive implementation techniques are discussed. (a) The placement impacts using the proposed toolkit are discussed. Different execution schemes, considering the global optimization in security and cost, are verified with experiments so as to find the optimized placement and repair schemes; (b) Security validations are realized with correlation, timing methods; (c) A systematic method is applied to a BCDL structured module to validate the routing impact over security metric; (d) The preliminary results using the self-adaptive heating system over process variation is given; (e) A practical implementation of the proposed toolkit to a large design is introduced. Chapter 6 includes the general summary of the complete work presented inside this thesis. Finally, a brief perspective for the future work is drawn which might expand the potential utilization of the thesis contributions to a wider range of implementation domains beyond cryptography on FPGAs.

A technological framework based on automatic messaging for improving adherence of diabetic patients

En todo el mundo se ha observado un crecimiento exponencial en la incidencia de enfermedades crónicas como la hipertensión y enfermedades cardiovasculares y respiratorias, así como la diabetes mellitus, que causa un número de muertes cada vez mayor en todo el mundo (Beaglehole et al., 2008). En concreto, la prevalencia de diabetes mellitus (DM) está aumentando de manera considerable en todas las edades y representa un serio problema de salud mundial. La diabetes fue la responsable directa de 1,5 millones de muertes en 2012 y 89 millones de años de vida ajustados por discapacidad (AVAD) (OMS, 2014). Uno de los principales dilemas que suelen asociarse a la gestión de EC es la adherencia de los pacientes a los tratamientos, que representa un aspecto multifactorial que necesita asistencia en lo relativo a: educación, autogestión, interacción entre los pacientes y cuidadores y compromiso de los pacientes. Medir la adherencia del tratamiento es complicado y, aunque se ha hablado ampliamente de ello, aún no hay soluciones “de oro” (Reviews, 2002). El compromiso de los pacientes, a través de la participación, colaboración, negociación y a veces del compromiso firme, aumentan las oportunidades para una terapia óptima en la que los pacientes se responsabilizan de su parte en la ecuación de adherencia. Comprometer e involucrar a los pacientes diabéticos en las decisiones de su tratamiento, junto con expertos profesionales, puede ayudar a favorecer un enfoque centrado en el paciente hacia la atención a la diabetes (Martin et al., 2005). La motivación y atribución de poder de los pacientes son quizás los dos factores interventores más relevantes que afectan directamente a la autogestión de la atención a la diabetes. Se ha demostrado que estos dos factores desempeñan un papel fundamental en la adherencia a la prescripción, así como en el fomento exitoso de un estilo de vida sana y otros cambios de conducta (Heneghan et al., 2013). Un plan de educación personalizada es indispensable para proporcionarle al paciente las herramientas adecuadas que necesita para la autogestión efectiva de la enfermedad (El-Gayar et al. 2013). La comunicación efectiva es fundamental para proporcionar una atención centrada en el paciente puesto que influye en las conductas y actitudes hacia un problema de salud ((Frampton et al. 2008). En este sentido, la interactividad, la frecuencia, la temporalización y la adaptación de los mensajes de texto pueden promover la adherencia a un régimen de medicación. Como consecuencia, adaptar los mensajes de texto a los pacientes puede resultar ser una manera de hacer que las sugerencias y la información sean más relevantes y efectivas (Nundy et al. 2013). En este contexto, las tecnologías móviles en el ámbito de la salud (mHealth) están desempeñando un papel importante al conectar con pacientes para mejorar la adherencia a medicamentos recetados (Krishna et al., 2009). La adaptación de los mensajes de texto específicos de diabetes sigue siendo un área de oportunidad para mejorar la adherencia a la medicación y ofrecer motivación a adultos con diabetes. Sin embargo, se necesita más investigación para entender totalmente su eficacia. Los consejos de texto personalizados han demostrado causar un impacto positivo en la atribución de poder a los pacientes, su autogestión y su adherencia a la prescripción (Gatwood et al., 2014). mHealth se puede utilizar para ofrecer programas de asistencia de autogestión a los pacientes con diabetes y, al mismo tiempo, superar las dificultades técnicas y financieras que supone el tratamiento de la diabetes (Free at al., 2013). El objetivo principal de este trabajo de investigación es demostrar que un marco tecnológico basado en las teorías de cambios de conducta, aplicado al campo de la mHealth, permite una mejora de la adherencia al tratamiento en pacientes diabéticos. Como método de definición de una solución tecnológica, se han adoptado un conjunto de diferentes técnicas de conducta validadas denominado marco de compromiso de retroacción conductual (EBF, por sus siglas en inglés) para formular los mensajes, guiar el contenido y evaluar los resultados. Los estudios incorporan elementos del modelo transteórico (TTM, por sus siglas en inglés), la teoría de la fijación de objetivos (GST, por sus siglas en inglés) y los principios de comunicación sanitaria persuasiva y eficaz. Como concepto general, el modelo TTM ayuda a los pacientes a progresar a su próxima fase de conducta a través de mensajes de texto motivados específicos y permite que el médico identifique la fase actual y adapte sus estrategias individualmente. Además, se adoptan las directrices del TTM para fijar objetivos personalizados a un nivel apropiado a la fase de cambio del paciente. La GST encierra normas que van a ponerse en práctica para promover la intervención educativa y objetivos de pérdida de peso. Finalmente, los principios de comunicación sanitaria persuasiva y eficaz aplicados a la aparición de los mensajes se han puesto en marcha para aumentar la efectividad. El EBF tiene como objetivo ayudar a los pacientes a mejorar su adherencia a la prescripción y encaminarlos a una mejora general en la autogestión de la diabetes mediante mensajes de texto personalizados denominados mensajes de retroacción automáticos (AFM, por sus siglas en inglés). Después de una primera revisión del perfil, consistente en identificar características significativas del paciente basadas en las necesidades de tratamiento, actitudes y conductas de atención sanitaria, el sistema elige los AFM personalizados, los aprueba el médico y al final se transfieren a la interfaz del paciente. Durante el tratamiento, el usuario recopila los datos en dispositivos de monitorización de pacientes (PMD, por sus siglas en inglés) de una serie de dispositivos médicos y registros manuales. Los registros consisten en la toma de medicación, dieta y actividad física y tareas de aprendizaje y control de la medida del metabolismo. El compromiso general del paciente se comprueba al estimar el uso del sistema y la adherencia del tratamiento y el estado de los objetivos del paciente a corto y largo plazo. El módulo de análisis conductual, que consiste en una serie de reglas y ecuaciones, calcula la conducta del paciente. Tras lograr el análisis conductual, el módulo de gestión de AFM actualiza la lista de AFM y la configuración de los envíos. Las actualizaciones incluyen el número, el tipo y la frecuencia de mensajes. Los AFM los revisa periódicamente el médico que también participa en el perfeccionamiento del tratamiento, adaptado a la fase transteórica actual. Los AFM se segmentan en distintas categorías y niveles y los pacientes pueden ajustar la entrega del mensaje de acuerdo con sus necesidades personales. El EBF se ha puesto en marcha integrado dentro del sistema METABO, diseñado para facilitar al paciente diabético que controle sus condiciones relevantes de una manera menos intrusiva. El dispositivo del paciente se vincula en una plataforma móvil, mientras que una interfaz de panel médico permite que los profesionales controlen la evolución del tratamiento. Herramientas específicas posibilitan que los profesionales comprueben la adherencia del paciente y actualicen la gestión de envíos de AFM. El EBF fue probado en un proyecto piloto controlado de manera aleatoria. El principal objetivo era examinar la viabilidad y aceptación del sistema. Los objetivos secundarios eran también la evaluación de la eficacia del sistema en lo referente a la mejora de la adherencia, el control glucémico y la calidad de vida. Se reclutaron participantes de cuatro centros clínicos distintos en Europa. La evaluación del punto de referencia incluía datos demográficos, estado de la diabetes, información del perfil, conocimiento de la diabetes en general, uso de las plataformas TIC, opinión y experiencia con dispositivos electrónicos y adopción de buenas prácticas con la diabetes. La aceptación y eficacia de los criterios de evaluación se aplicaron para valorar el funcionamiento del marco tecnológico. El principal objetivo era la valoración de la eficacia del sistema en lo referente a la mejora de la adherencia. En las pruebas participaron 54 pacientes. 26 fueron asignados al grupo de intervención y equipados con tecnología móvil donde estaba instalado el EBF: 14 pacientes tenían T1DM y 12 tenían T2DM. El grupo de control estaba compuesto por 25 pa cientes que fueron tratados con atención estándar, sin el empleo del EBF. La intervención profesional tanto de los grupos de control como de intervención corrió a cargo de 24 cuidadores, entre los que incluían diabetólogos, nutricionistas y enfermeras. Para evaluar la aceptabilidad del sistema y analizar la satisfacción de los usuarios, a través de LimeSurvey, se creó una encuesta multilingüe tanto para los pacientes como para los profesionales. Los resultados también se recopilaron de los archivos de registro generados en los PMD, el panel médico profesional y las entradas de la base de datos. Los mensajes enviados hacia y desde el EBF y los archivos de registro del sistema y los servicios de comunicación se grabaron durante las cinco semanas del estudio. Se entregaron un total de 2795 mensajes, lo que supuso una media de 107,50 mensajes por paciente. Como se muestra, los mensajes disminuyen con el tiempo, indicando una mejora global de la adherencia al plan de tratamiento. Como se esperaba, los pacientes con T1DM recibieron más consejos a corto plazo, en relación a su estado. Del mismo modo, al ser el centro de T2DM en cambios de estilo de vida sostenible a largo plazo, los pacientes con T2DM recibieron más consejos de recomendación, en cuanto a dietas y actividad física. También se ha llevado a cabo una comparación de la adherencia e índices de uso para pacientes con T1DM y T2DM, entre la primera y la segunda mitad de la prueba. Se han observado resultados favorables para el uso. En lo relativo a la adherencia, los resultados denotaron una mejora general en cada dimensión del plan de tratamiento, como la nutrición y las mediciones de inserción de glucosa en la sangre. Se han llevado a cabo más estudios acerca del cambio a nivel educativo antes y después de la prueba, medidos tanto para grupos de control como de intervención. Los resultados indicaron que el grupo de intervención había mejorado su nivel de conocimientos mientras que el grupo de control mostró una leve disminución. El análisis de correlación entre el nivel de adherencia y las AFM ha mostrado una mejora en la adherencia de uso para los pacientes que recibieron los mensajes de tipo alertas, y unos resultados no significativos aunque positivos relacionados con la adherencia tanto al tratamiento que al uso correlacionado con los recordatorios. Por otra parte, los AFM parecían ayudar a los pacientes que no tomaban suficientemente en serio su tratamiento en el principio y que sí estaban dispuestos a responder a los mensajes recibidos. Aun así, los pacientes que recibieron demasiadas advertencias, comenzaron a considerar el envío de mensajes un poco estresante. El trabajo de investigación llevado a cabo al desarrollar este proyecto ofrece respuestas a las cuatro hipótesis de investigación que fueron la motivación para el trabajo. • Hipótesis 1 : es posible definir una serie de criterios para medir la adherencia en pacientes diabéticos. • Hipótesis 2: es posible diseñar un marco tecnológico basado en los criterios y teorías de cambio de conducta mencionados con anterioridad para hacer que los pacientes diabéticos se comprometan a controlar su enfermedad y adherirse a planes de atención. • Hipótesis 3: es posible poner en marcha el marco tecnológico en el sector de la salud móvil. • Hipótesis 4: es posible utilizar el marco tecnológico como solución de salud móvil en un contexto real y tener efectos positivos en lo referente a indicadores de control de diabetes. La verificación de cada hipótesis permite ofrecer respuesta a la hipótesis principal: La hipótesis principal es: es posible mejorar la adherencia diabética a través de un marco tecnológico mHealth basado en teorías de cambio de conducta. El trabajo llevado a cabo para responder estas preguntas se explica en este trabajo de investigación. El marco fue desarrollado y puesto en práctica en el Proyecto METABO. METABO es un Proyecto I+D, cofinanciado por la Comisión Europea (METABO 2008) que integra infraestructura móvil para ayudar al control, gestión y tratamiento de los pacientes con diabetes mellitus de tipo 1 (T1DM) y los que padecen diabetes mellitus de tipo 2 (T2DM). ABSTRACT Worldwide there is an exponential growth in the incidence of Chronic Diseases (CDs), such as: hypertension, cardiovascular and respiratory diseases, as well as diabetes mellitus, leading to rising numbers of deaths worldwide (Beaglehole et al. 2008). In particular, the prevalence of diabetes mellitus (DM) is largely increasing among all ages and constitutes a major worldwide health problem. Diabetes was directly responsible for 1,5 million deaths in 2012 and 89 million Disability-adjusted life year (DALYs) (WHO 2014). One of the key dilemmas often associated to CD management is the patients’ adherence to treatments, representing a multi-factorial aspect that requires support in terms of: education, self-management, interaction between patients and caregivers, and patients’ engagement. Measuring adherence is complex and, even if widely discussed, there are still no “gold” standards ((Giardini et al. 2015), (Costa et al. 2015). Patient’s engagement, through participation, collaboration, negotiation, and sometimes compromise, enhance opportunities for optimal therapy in which patients take responsibility for their part of the adherence equation. Engaging and involving diabetic patients in treatment decisions, along with professional expertise, can help foster a patient-centered approach to diabetes care (Martin et al. 2005). Patients’ motivation and empowerment are perhaps the two most relevant intervening factors that directly affect self-management of diabetes care. It has been demonstrated that these two factors play an essential role in prescription adherence, as well as for the successful encouragement of a healthy life-style and other behavioural changes (Heneghan et al. 2013). A personalised education plan is indispensable in order to provide the patient with the appropriate tools needed for the effective self-management of the disease (El-Gayar et al. 2013). Effective communication is at the core of providing patient-centred care since it influences behaviours and attitudes towards a health problem (Frampton et al. 2008). In this regard, interactivity, frequency, timing, and tailoring of text messages may promote adherence to a medication regimen. As a consequence, tailoring text messages to patients can constitute a way of making suggestions and information more relevant and effective (Nundy et al. 2013). In this context, mobile health technologies (mHealth) are playing significant roles in improving adherence to prescribed medications (Krishna et al. 2009). The tailoring of diabetes-specific text messages remains an area of opportunity to improve medication adherence and provide motivation to adults with diabetes but further research is needed to fully understand their effectiveness. Personalized text advices have proven to produce a positive impact on patients’ empowerment, self-management, and adherence to prescriptions (Gatwood et al. 2014). mHealth can be used for offering self-management support programs to diabetes patients and at the same time surmounting the technical and financial difficulties involved in diabetes treatment (Free et al. 2013). The main objective of this research work is to demonstrate that a technological framework, based on behavioural change theories, applied to mHealth domain, allows improving adherence treatment in diabetic patients. The framework, named Engagement Behavioural Feedback Framework (EBF), is built on top of validated behavioural techniques to frame messages, guide the definition of contents and assess outcomes: elements from the Transtheoretical Model (TTM), the Goal-Setting Theory (GST), Effective Health Communication (EHC) guidelines and Principles of Persuasive Technology (PPT) were incorporated. The TTM helps patients to progress to a next behavioural stage, through specific motivated text messages, and allow clinician’s identifying the current stage and tailor its strategies individually. Moreover, TTM guidelines are adopted to set customised goals at a level appropriate to the patient’s stage of change. The GST was used to build rules to be applied for enhancing educational intervention and weight loss objectives. Finally, the EHC guidelines and the PPT were applied to increase the effectiveness of messages. The EBF aims to support patients on improving their prescription adherence and persuade them towards a general improvement in diabetes self-management, by means of personalised text messages, named Automatic Feedback Messages (AFM). After a first profile screening, consisting in identifying meaningful patient characteristics based on treatment needs, attitudes and health care behaviours, customised AFMs are selected by the system, approved by the professional, and finally transferred into the patient interface. During the treatment, the user collects the data into a Patient Monitoring Device (PMD) from a set of medical devices and from manual inputs. Inputs consist in medication intake, diet and physical activity, metabolic measurement monitoring and learning tasks. Patient general engagement is checked by estimating the usage of the system and the adherence of treatment and patient goals status in the short and the long term period. The Behavioural Analysis Module, consisting in a set of rules and equations, calculates the patient’s behaviour. After behavioural analysis is accomplished, the AFM library and the dispatch setting are updated by the AFM Manager module. Updates include the number, the type and the frequency of messages. The AFMs are periodically supervised by the professional who also participates to the refinement of the treatment, adapted to the current transtheoretical stage. The AFMs are segmented in different categories and levels and patients can adjust message delivery in accordance with their personal needs. The EBF was integrated to the METABO system, designed to facilitate diabetic patients in managing their disease in a less intrusive approach. Patient device corresponds in a mobile platform, while a medical panel interface allows professionals to monitoring the treatment evolution. Specific tools allow professional to check patient adherence and to update the AFMs dispatch management. The EBF was tested in a randomised controlled pilot. The main objective was to examine the feasibility and acceptance of the system. Secondary objectives were also the assessment of the effectiveness of system in terms of adherence improvement, glycaemic control, and quality of life. Participants were recruited from four different clinical centres in Europe. The baseline assessment included demographics, diabetes status, profile information, knowledge about diabetes in general, usage of ICT platforms, opinion and experience about electronic devices and adoption of good practices with diabetes. Acceptance and the effectiveness evaluation criteria were applied to evaluate the performance of the technological framework. The main objective was the assessment of the effectiveness of system in terms of adherence improvement. Fifty-four patients participated on the trials. Twenty-six patients were assigned in the intervention group and equipped with mobile where the EBF was installed: 14 patients were T1DM and 12 were T2DM. The control group was composed of 25 patients that were treated through a standard care, without the usage of the EBF. Professional’s intervention for both intervention and control groups was carried out by 24 care providers, including endocrinologists, nutritionists, and nurses. In order to evaluate the system acceptability and analyse the users’ satisfaction, an online multi-language survey, using LimeSurvey, was produced for both patients and professionals. Results were also collected from the log-files generated in the PMDs, the professional medical panel and the entries of the data base. The messages sent to and from the EBF and the log-files of the system and communication services were recorded over 5 weeks of the study. A total of 2795 messages were submitted, representing an average of 107,50 messages per patient. As demonstrated, messages decrease over time indicating an overall improvement of the care plan’s adherence. As expected, T1DM patients were more loaded with short-term advices, in accordance with their condition. Similarly, being the focus of T2DM on long-term sustainable lifestyle changes, T2DM received more reminders advices, as for diet and physical activity. Favourable outcomes were observed for treatment and usage adherences of the intervention group: for both the adherence indices, results denoted a general improvement on each care plan’s dimension, such as on nutrition and blood glucose input measurements. Further studies were conducted on the change on educational level before and after the trial, measured for both control and intervention groups. The outcomes indicated the intervention group has improved its level of knowledge, while the control group denoted a low decrease. The correlation analysis between the level of adherences and the AFMs showed an improvement in usage adherence for patients who received warnings message, while non-significantly yet even positive indicators related to both treatment and usage adherence correlated with the Reminders. Moreover, the AFMs seemed to help those patients who did not take their treatment seriously enough in the beginning and who were willing to respond to the messages they received. Even though, patients who received too many Warnings, started to consider the message dispatch to be a bit stressful. The research work carried out in developing this research work provides responses to the four research hypothesis that were the motivation for the work: •Hypothesis 1: It is possible to define a set of criteria to measure adherence in diabetic patients. •Hypothesis 2: It is possible to design a technological framework, based on the aforementioned criteria and behavioural change theories, to engage diabetic patients in managing their disease and adhere to care plans. •Hypothesis 3: It is possible to implement the technological framework in the mobile health domain. •Hypothesis 4: It is possible to use the technological framework as a mobile health solution in a real context and have positive effects in terms of diabetes management indicators. The verification of each hypothesis allowed us to provide a response to the main hypothesis: The Main Hypothesis is: It is possible to improve diabetic adherence through a mHealth technological framework based on behavioural change theories. The work carried out to answer these questions is explained in this research work. The framework was developed and applied in the METABO project. METABO is an R&D project, co-funded by the European Commission (METABO 2008) that integrates mobile infrastructure for supporting the monitoring, management, and treatment of type 1 diabetes mellitus (T1DM) and type 2 diabetes mellitus (T2DM) patients.

The 65-kDa carrot microtubule-associated protein forms regularly arranged filamentous cross-bridges between microtubules

In plants, cortical microtubules (MTs) occur in characteristically parallel groups maintained up to one microtubule diameter apart by fine filamentous cross-bridges. However, none of the plant microtubule-associated proteins (MAPs) so far purified accounts for the observed separation between MTs in cells. We previously isolated from carrot cytoskeletons a MAP fraction including 120- and 65-kDa MAPs and have now separated the 65-kDa carrot MAP by sucrose density centrifugation. MAP65 does not induce tubulin polymerization but induces the formation of bundles of parallel MTs in a nucleotide-insensitive manner. The bundling effect is inhibited by porcine MAP2, but, unlike MAP2, MAP65 is heat-labile. In the electron microscope, MAP65 appears as filamentous cross-bridges, maintaining an intermicrotubule spacing of 25–30 nm. Microdensitometer-computer correlation analysis reveals that the cross-bridges are regularly spaced, showing a regular axial spacing that is compatible with a symmetrical helical superlattice for 13 protofilament MTs. Because MAP65 maintains in vitro the inter-MT spacing observed in plants and is shown to decorate cortical MTs, it is proposed that this MAP is important for the organization of the cortical array in vivo.

Memory landscapes of single-enzyme molecules

Immobilized single horseradish peroxidase enzymes were observed by confocal fluorescence spectroscopy during catalysis of the oxidation reaction of the nonfluorescent dihydrorhodamine 6G substrate into the highly fluorescent product rhodamine 6G. By extracting only the non-Markovian behavior of the spectroscopic two-state process of enzyme-product complex formation and release, memory landscapes were generated for single-enzyme molecules. The memory landscapes can be used to discriminate between different origins of stretched exponential kinetics that are found in the first-order correlation analysis. Memory landscapes of single-enzyme data shows oscillations that are expected in a single-enzyme system that possesses a set of transient states. Alternative origins of the oscillations may not, however, be ruled out. The data and analysis indicate that substrate interaction with the enzyme selects a set of conformational substates for which the enzyme is active.

Qualidade de vida relacionada à saude em mulheres com reações adversas após tratamento com quimioterapia para câncer de mama

Trata-se de estudo descritivo, exploratório, transversal, quantitativo, realizado com mulheres em tratamento quimioterápico para neoplasias de mama, em Aracaju-Sergipe-Brasil. O objetivo foi avaliar a qualidade de vida relacionada à saúde (QVRS) destas mulheres que apresentaram reações adversas pós quimioterapia. Foram utilizados instrumentos contendo dados sócio demográficos, clínicos e terapêuticos, European Organization for Research and Treatment of Cancer Quality of Life Questionnaire-Core30 e formulário de registro de toxicidades dos antineoplásicos. Na análise dos dados, foram utilizados análise descritiva, cálculos de percentual, teste de Shapiro-Wilk, coeficiente de correlação de Pearson ou de Spearman, teste de ANOVA ou Kruskal-Wallis. Os resultados mostraram dados de 206 mulheres, a partir da segunda sessão de quimioterapia, com média de idade de 53,1 anos, maioria procedente de Sergipe, com Carcinoma Ductal Infiltrante, estadiamento III. A maioria realizou cirurgia oncológica, não realizaram radioterapia devido à grande fila de espera, o protocolo de quimioterapia mais comum foi TAC (docetaxel, doxorrubicina e ciclofosfamida). Quanto às reações adversas, a maioria não apresentou alterações hematológicas e metabólicas no momento da coleta das informações, nas alterações funcionais, a fadiga foi presente em 80,8% dos casos, de forma moderada. Nas alterações gastrintestinais, diarreia, constipação, mucosite, náusea, vômito e dor abdominal foram citadas pela maioria. Nas alterações dermatológicas, a alopecia, hiperpigmentação na pele, alterações nas unhas, prurido na pele, descamação e eritema multiforme foram citadas pelas entrevistadas. Nas alterações cardiovasculares, hipotensão e HAS sobressaíram-se. Nas alterações neurológicas, neuropatia periférica, perda da audição e zumbido foram comuns. Os resultados da avaliação da QVRS foram analisadas à luz do referencial teórico de Ferrel et al. (1995) com os seguintes resultados: média do escore 76,01; escalas funcionais apresentaram escore baixo, com aspectos físico, emocional, cognitivo, funcional e social bastante afetados após o tratamento, o desempenho de papéis e função emocional foram os mais prejudicados; na escala de sintomas, os domínios mais prejudicados foram: dificuldades financeiras, fadiga e insônia. Na análise de correlação, o escore geral da QVRS apresentou correlação estatisticamente significante com a quantidade de reações adversas na medula óssea. Em todos os casos estatisticamente significantes o domínio emocional apresentou correlações positivas e o domínio dor, correlações negativas. A idade apresentou correlação estatisticamente significante e negativa com os domínios físico e dificuldades financeiras e positiva com perda de apetite. Pelo procedimento de comparações múltiplas, as diferenças ocorreram entre os estados civis casado e separado e também casado e solteiro, entre as religiões católica e evangélica, entre os ensinos fundamental e médio e entre médio e superior; para a extensão da doença os domínios dor e insônia apresentaram diferenças estatisticamente significantes entre as categorias de extensão. Para renda mensal, os domínios fisico, desempenho de papel, emocional, constipação e dificuldades financeiras apresentaram diferenças estatisticamente significantes entre as categorias de renda. Nos domínios fisico, desempenho de papel e emocional as diferenças ocorreram entre as faixas de 1 a 3 e mais de 6 salários. Concluiu-se que as reações adversas causadas pelo tratamento antineoplásico com quimioterapia afetaram de algum modo as pacientes, causando déficits em vários domínios, prejudicando assim sua QVRS

Indicadores para avaliação de efeitos de intervenções de saneamento básico: a questão da sustentabilidade

As intervenções de saneamento básico, ou seja, as obras para implantação ou ampliação de sistemas de abastecimento de água e de esgotamento sanitário têm sido relacionadas à redução das taxas de mortalidade infantil ocorrida no estado de São Paulo nas últimas décadas. De fato, a relação entre saneamento básico e saúde pública é antiga, principalmente no que se refere ao controle das doenças de veiculação hídrica. Entretanto, ela se mostra muito fraca, ou até nula, para regiões onde os índices de cobertura por redes de água e esgotos já se encontram em patamares acima da média nacional, como é o caso de grande parte dos municípios do estado de São Paulo. Uma abordagem do saneamento básico, sob o ponto de vista da complexidade de suas relações, considerando aspectos multidimensionais, faz-se necessária como forma de repensar o setor de forma mais ampla, fugindo do senso comum. O objetivo desta pesquisa foi identificar, analisar e descrever indicadores de sustentabilidade que pudessem estabelecer uma nova base para avaliação de efeitos de intervenções de saneamento básico, melhorando a determinação e acompanhamento dos impactos decorrentes, constituindo, então, uma matriz de indicadores específicos para a área, a partir da investigação dos conceitos de sustentabilidade e seus desdobramentos para o setor saneamento básico e o ambiente empresarial. Pesquisas em bases de dados públicas permitiram a identificação e seleção de indicadores multidimensionais para o saneamento, assim como a análise de correlação entre os indicadores selecionados possibilitou identificar possíveis benefícios de curto, médio e longo prazos, oriundos das intervenções de saneamento para os municípios do Vale do Ribeira. Utilizando modelos de organização de indicadores, como o Triple Bottom Line (TBL) e a matriz de indicadores FPSEEA, da Organização Mundial da Saúde (OMS), com algumas adaptações, foi possível agrupar os indicadores de forma a permitir uma visão integrada das dimensões da sustentabilidade e, dessa maneira, determinar que as intervenções de saneamento básico possuem relações sistêmicas com indicadores sociais, ambientais e econômicos, que possibilitem, a partir de sua execução, o estabelecimento de um círculo virtuoso para os municípios

Contribuições ao processo de inserção das PMES no mercado de capitais brasileiro

O crescimento de uma empresa pode ser apoiado com recursos de terceiros provenientes do mercado de crédito ou do mercado de capitais. Credores ou potenciais investidores disponibilizam recursos a partir de um processo de avaliação de indicadores de performance. Para as PMEs que consideram o crescimento, conhecer como os indicadores relevantes se comportam ao longo de um ciclo de crescimento é uma questão estratégica. Fatores como tamanho, lucratividade, oportunidades de crescimento, composição de ativos das empresas, risco inerente aos resultados, têm sido vinculados a determinantes de uma estrutura de capital. Assim sendo, este trabalho busca verificar quais indicadores podem nortear o desempenho empresarial de PMEs ao longo de um ciclo de crescimento. Como contribuição original, este trabalho apresenta um painel com indicadores em diferentes estágios de crescimento que resultam na geração de valor para os proprietários e potenciais investidores do mercado de capitais. A amostra inicial é composta por 1.610 empresas para o período de 2010 a 2014. Entretanto, considerando a disponibilidade de informações, a amostra final é composta por 28 empresas de porte médio/grande, 387 empresas grandes e 138 empresas listadas na BM&FBOVESPA, totalizando 553 empresas. A metodologia adotada envolve a classificação de porte de empresa do BNDES como critério para definir ciclo de crescimento, e testes de estatística descritiva, análise fatorial, análise de correlação, regressão múltipla linear e montagem de painel. Como resultado, verificou-se que as variáveis tamanho, composição de ativos e lucratividade são fatores que explicam o endividamento de curto prazo para o estágio médias/grandes empresas. Ainda, que esses fatores explicam o endividamento de longo prazo para os estágios grandes e empresas listadas na BM&FBOVESPA. Tais resultados estão de acordo com estudos prévios, mas as variáveis relacionadas a volatilidade e crescimento não foram significantes nos modelos para os estágios de empresas. O painel montado a partir das variáveis de composição de ativos e lucratividade indicou que endividamento de curto prazo, endividamento de longo prazo, receita líquida, retorno sobre o patrimônio líquido e lucros antes de juros, impostos, depreciação e amortização (EBITDA) sinalizam empresas, em cada estágio de ciclo de crescimento do estudo, que buscam o crescimento com rentabilidade acima da média e atendem a critérios valorizados pelo investidor do mercado de capitais. Estes indicadores podem sinalizar o desempenho empresarial de PMEs ao longo de um ciclo de crescimento

Inteligencia emocional y empatía: su influencia en la competencia social en Educación Secundaria Obligatoria

La finalidad del presente trabajo es analizar las relaciones existentes entre la competencia social y la inteligencia emocional en estudiantes de Educación Secundaria Obligatoria. Así mismo, también nos proponemos analizar el papel de la empatía y sus relaciones con la competencia social y la inteligencia emocional, ya que en la mayoría de los estudios existentes aparece relacionada de un modo u otro con estos constructos. Los participantes en nuestro estudio fueron 110 estudiantes de primer ciclo de ESO. Los instrumentos empleados fueron: el test EQ-i:YV de BarOn (1997), el Cuestionario Matson de habilidades sociales para adolescentes (Matson, Rotatori, y Helsel, 1983) y el Interpersonal Reactivity Index, IRI (Davis, 1983). Las técnicas de análisis de datos incluyen: análisis de correlación, análisis de regresión múltiple paso a paso y análisis de regresión múltiple de tipo jerárquico. Los resultados obtenidos nos permiten identificar un conjunto de variables que están directamente implicadas en la Competencia social.

Web-based OERs in Computer Networks

Learning and teaching processes are continually changing. Therefore, design of learning technologies has gained interest in educators and educational institutions from secondary school to higher education. This paper describes the successfully use in education of social learning technologies and virtual laboratories designed by the authors, as well as videos developed by the students. These tools, combined with other open educational resources based on a blended-learning methodology, have been employed to teach the subject of Computer Networks. We have verified not only that the application of OERs into the learning process leads to a significantly improvement of the assessments, but also that the combination of several OERs enhances their effectiveness. These results are supported by, firstly, a study of both students’ opinion and students’ behaviour over five academic years, and, secondly, a correlation analysis between the use of OERs and the grades obtained by students.

A quasi-elastic aquifer deformational behavior: Madrid aquifer case study

The purpose of this paper is to analyze the quasi-elastic deformational behavior that has been induced by groundwater withdrawal of the Tertiary detrital aquifer of Madrid (Spain). The spatial and temporal evolution of ground surface displacement was estimated by processing two datasets of radar satellite images (SAR) using Persistent Scatterer Interferometry (PSI). The first SAR dataset was acquired between April 1992 and November 2000 by ERS-1 and ERS-2 satellites, and the second one by the ENVISAT satellite between August 2002 and September 2010. The spatial distribution of PSI measurements reveals that the magnitude of the displacement increases gradually towards the center of the well field area, where approximately 80 mm of maximum cumulated displacement is registered. The correlation analysis made between displacement and piezometric time series provides a correlation coefficient greater than 85% for all the wells. The elastic and inelastic components of measured displacements were separated, observing that the elastic component is, on average, more than 4 times the inelastic component for the studied period. Moreover, the hysteresis loops on the stress–strain plots indicate that the response is in the elastic range. These results demonstrate the quasi-elastic behavior of the aquifer. During the aquifer recovery phase ground surface uplift almost recovers from the subsidence experienced during the preceding extraction phase. Taking into account this unique aquifer system, a one dimensional elastic model was calibrated in the period 1997–2000. Subsequently, the model was used to predict the ground surface movements during the period 1992–2010. Modeled displacements were validated with PSI displacement measurements, exhibiting an error of 13% on average, related with the inelastic component of deformation occurring as a long-term trend in low permeability fine-grained units. This result further demonstrates the quasi-elastic deformational behavior of this unique aquifer system.

Multifaceted Role of Heme during Severe Plasmodium falciparum Infections in India

Several immunomodulatory factors are involved in malaria pathogenesis. Among them, heme has been shown to play a role in the pathophysiology of severe malaria in rodents, but its role in human severe malaria remains unclear. Circulating levels of total heme and its main scavenger, hemopexin, along with cytokine/chemokine levels and biological parameters, including hemoglobin and creatinine levels, as well as transaminase activities, were measured in the plasma of 237 Plasmodium falciparum-infected patients living in the state of Odisha, India, where malaria is endemic. All patients were categorized into well-defined groups of mild malaria, cerebral malaria (CM), or severe noncerebral malaria, which included acute renal failure (ARF) and hepatopathy. Our results show a significant increase in total plasma heme levels with malaria severity, especially for CM and malarial ARF. Spearman rank correlation and canonical correlation analyses have shown a correlation between total heme, hemopexin, interleukin-10, tumor necrosis factor alpha, gamma interferon-induced protein 10 (IP-10), and monocyte chemotactic protein 1 (MCP-1) levels. In addition, canonical correlations revealed that heme, along with IP-10, was associated with the CM pathophysiology, whereas both IP-10 and MCP-1 together with heme discriminated ARF. Altogether, our data indicate that heme, in association with cytokines and chemokines, is involved in the pathophysiology of both CM and ARF but through different mechanisms.

A intervenção do exercício físico funcional em idosos hipertensos do sexo feminino

Introdução - A abordagem da intervenção promotora da atividade física funcional em um grupo de idosas hipertensas consiste em considerar a pessoa na sua integridade física, psíquica e social. Objetivo – Avaliar o efeito da implementação de um programa de treinamento funcional sobre a pressão arterial em repouso em mulheres idosas hipertensas, submetidas ao treinamento de exercício físico durante um período de 24 meses. Métodos - Pesquisa de caráter exploratório, com orientação analítico-descritiva com a finalidade de analisar a ação da atividade física direcionada e implementada três vezes por semana no prognóstico da hipertensão arterial. Esta pesquisa foi suportada na recolha de dados da pressão arterial em repouso numa amostra de idosas brasileiras na faixa etária de 60 a 90 anos, em condições de excelente motivação por parte do grupo. Para as análises estatísticas foi utilizado o programa IBM SPSS 20, onde os dados foram tratados de forma descritiva e inferencial. Verificou-se o pressuposto de parametria quanto à normalidade dos resíduos para PAS e PAD ao longo das avaliações pressóricas na amostra pelo teste K-S, onde o mesmo não foi detectado (p<0,05). Assim, foram utilizados o teste de X2 e de Comparações Múltiplas para observações acerca de quais diferenças estatísticas eram significativas (p<0,05), além da Análise de Correlação de Pearson (rho) para apontar as devidas associações entre os níveis de PAS e PAD durante o estudo. Resultados – A maioria (100%) das idosas estavam hipertensas, constatando-se que durante o período de treino apresentaram pressão arterial sistólica e diastólica muito abaixo do padrão da normalidade para essa faixa etária. Tal decréscimo foi altamente significativo (p<00,1) e foi detectado tanto nas estatísticas comparativas quanto nas de associação. Conclusões - Após a intervenção do Projeto Prevenção de Saúde Estádio Vivo, as idosas apresentaram redução e maior controle dos valores da sua pressão arterial. Considera-se assim, que o treinamento físico ao exercer um efeito fisiológico especifica ao nível muscular e cardiocirculatório é protetor do estado de saúde global pelo que deve ser incentivado ao longo de todo o ciclo vital. Infere-se também que o Programa implementado pode ser replicado como medida de educação terapêutica, de avaliação e de auditoria de boas práticas em saúde. Palavra-chave: Idosos. Atividade Física. Hipertensão.

(Table T2) Remanent anomaly and Koenigsberger ratio of ODP holes

Magnetic field strength and magnetic susceptibility were logged with the geological high-resolution magnetic tool (GHMT) at three of the holes drilled during Ocean Drilling Program Leg 178 to the west of the Antarctic Peninsula. Polarity stratigraphies derived from the GHMT logs bear close resemblance to the polarities determined from core paleomagnetism at two of the holes and were used for magnetostratigraphic dating, especially in intervals where no core was recovered. Polarity is determined in the following way. First, the susceptibility log is used to determine the induced magnetization of the sediment. Then the background field, the field of the metal drill pipe, and the field anomaly of the sediment's induced magnetization are removed from the measured total field to leave the downhole anomaly of the sediment's remanent magnetization. The sign (positive or negative) of this anomaly gave a good polarity stratigraphy for Holes 1095B and 1096C, which are located in sediment drifts. A further step, correlation analysis, is based on the fact that in an interval of normal polarity sediment the remanent anomaly will correlate with the induced anomaly, whereas in reversed polarity sediment they will anticorrelate. The magnetite-rich, fine-grained sediments found in the two holes drilled into the sediment drift have a ratio of remanent to induced magnetization (the Koenigsberger ratio) of ~1. In contrast, the coarser-grained diamict sediments on the shelf have a Koenigsberger ratio of ~0.2, and extracting the remanent part of the downhole anomaly is much more difficult. By the comparison of core and log results, we can assess the viability of the GHMT polarities in detail, what proportion of the overprint in the cores is imparted by the coring process, and whether any paleointensity information is extractable from the GHMT logs.

Geographic distribution of dinoflagellate cysts in surface sediments

Dinoflagellate cysts are useful for reconstructing upper water conditions. For adequate reconstructions detailed information is required about the relationship between modern day environmental conditions and the geographic distribution of cysts in sediments. This Atlas summarises the modern global distribution of 71 organicwalled dinoflagellate cyst species. The synthesis is based on the integration of literature sources together with data of 2405 globally distributed surface sediment samples that have been preparedwith a comparable methodology and taxonomy. The distribution patterns of individual cyst species are being comparedwith environmental factors that are knownto influence dinoflagellate growth, gamete production, encystment, excystment and preservation of their organic-walled cysts: surface water temperature, salinity, nitrate, phosphate, chlorophyll-a concentrations and bottom water oxygen concentrations. Graphs are provided for every species depicting the relationship between seasonal and annual variations of these parameters and the relative abundance of the species. Results have been compared with previously published records; an overview of the ecological significance as well as information about the seasonal production of each individual species is presented. The relationship between the cyst distribution and variation in the aforementioned environmental parameters was analysed by performing a canonical correspondence analysis. All tested variables showed a positive relationship on the 99% confidence level. Sea-surface temperature represents the parameter corresponding to the largest amount of variance within the dataset (40%) followed by nitrate, salinity, phosphate and bottom-water oxygen concentration, which correspond to 34%, 33%, 25% and 24% of the variance, respectively. Characterisations of selected environments as well as a discussion about how these factors could have influenced the final cyst yield in sediments are included.

(Table 2) Dinoflagellate cysts in surface sediment samples of METEOR cruises M20/2, M23/1, M34/2 and M34/2

The organic walled cyst content of 41 surface sediment samples from the south-eastern South Atlantic Ocean have been studied to create a dataset that can be used for palaeoceanographic reconstructions. In order to obtain insight into which environmental factors influence the distribution of individual cyst species, the cyst associations have been compared with oceanographic characteristics of the overlying water masses, i.e. temperature, salinity, density and stratification gradients. The associations and relationships have been established by visual examination of the dataset and the multivariate ordination techniques, Detrended Correspondence Analysis and Canonical Correspondence Analysis. Special attention has been given to the factors of transport and preservation of the cysts. Five associations have been recognised as being characteristic of (1) areas influenced by coastal upwelling and/or river outflow, (2) open ocean, (3) Agulhas Current and southern Benguela Current, (4) Benguela Current and (5) Walvis Bay, shelf break area. The factors dominant in influencing either directly or indirectly the cyst distributions appear to be the stratification in the upper 50 m of the water column, nutrient concentration and seasonality. Variations in sea surface temperatures and salinities have only minor effect on cyst distribution.