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联邦学习中的攻击手段与防御机制研究综述

计算机工程与应用 2024年第5期60卷 1-16页

作者：张世文陈双梁伟李仁发湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南湘潭411201 湖南大学信息科学与工程学院长沙410082

联邦学习的攻防技术是联邦学习系统安全的核心问题。联邦学习的攻防技术能大幅降低联邦学习系统被攻击的风险,明显提升联邦学习系统的安全性。深入了解联邦学习的攻防技术,可以推进联邦学习领域的研究,实现联邦学习的广泛应用。因此,对... 详细信息

联邦学习的攻防技术是联邦学习系统安全的核心问题。联邦学习的攻防技术能大幅降低联邦学习系统被攻击的风险,明显提升联邦学习系统的安全性。深入了解联邦学习的攻防技术,可以推进联邦学习领域的研究,实现联邦学习的广泛应用。因此,对联邦学习的攻防技术进行研究具有十分重要的意义。简要地介绍了联邦学习的概念、基本工作流程、类型及可能存在的安全问题;介绍联邦学习系统可能遭受到的攻击,梳理了相关研究;从联邦学习系统有无目标性的防御措施出发,将防御措施分为通用性防御措施及针对性防御措施两类,并对其进行了针对性的总结;对联邦学习安全性未来的研究方向进行了梳理与分析,为相关研究者在联邦学习安全性方面的研究工作提供了参考。

关键词：联邦学习攻击手段防御措施隐私保护

CONSTRUCTION OF THE ENCRYPTION MATRIX BASED ON CHEBYSHEV CHAOTIC NEURAL NETWORKS

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Journal of Electronics(China) 2012年第3期29卷 248-253页

作者： Zou Ajin Wu Wei li renfa li Yongjiang Information College Guangdong Ocean University Zhanjiang 524088 China Biomedical Engineering Department Wenzhou Medical University Wenzhou 325000 China Department of Computer and Communication Hunan University Changsha 410012 China

The paper proposes a novel algorithm to get the encryption matrix. Firstly, a chaotic sequence generated by Chebyshev chaotic neural networks is converted into a series of low-order integer matrices from which available encryption matrices are selected. Then, a higher order encryption matrix relating real world application is constructed by means of tensor production method based on selected encryption matrices. The results show that the proposed algorithm can produce a "one-time pad cipher" encryption matrix with high security; and the encryption results have good chaos and auto-correlation with the natural frequency of the plaintext being hidden and homogenized.

关键词： Chebyshev 混沌神经网络整数矩阵加密构造方法应用程序现实世界固有频率

FPGA based unified architecture for public key and private key cryptosystems

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Frontiers of Computer Science 2013年第3期7卷 307-316页

作者： Yi WANG renfa li Embedded Systems and Networking Laboratory Hunan Province Key Laboratory of Network and Information Security Hunan University Changsha 410082 China Department of Electrical and Computer Engineering National University of Singapore Singapore 117576 Singapore

Recently, security in embedded system arises attentions because of modern electronic devices need cau- tiously either exchange or communicate with the sensitive data. Although security is classical research topic in world- wide communication, the researchers still face the problems of how to deal with these resource constraint devices and en- hance the features of assurance and certification. Therefore, some computations of cryptographic algorithms are built on hardware platforms, such as field program gate arrays （FPGAs）. The commonly used cryptographic algorithms for digital signature algorithm （DSA） are rivest-shamir-adleman （RSA） and elliptic curve cryptosystems （ECC） which based on the presumed difficulty of factoring large integers and the algebraic structure of elliptic curves over finite fields. Usu- ally, RSA is computed over GF（p）, and ECC is computed over GF（p） or GF（2P）. Moreover, embedded applications need advance encryption standard （AES） algorithms to pro- cess encryption and decryption procedures. In order to reuse the hardware resources and meet the trade-off between area and performance, we proposed a new triple functional arith- metic unit for computing high radix RSA and ECC operations over GF（p） and GF（2P）, which also can be extended to support AES operations. A new high radix signed digital （SD） adder has been proposed to eliminate the carry propagations over GF（p）. The proposed unified design took up 28.7% less hardware resources than implementing RSA, ECC, and AES individually, and the experimental results show that our proposed architecture can achieve 141.8 MHz using approxi- mately 5.5k CLBs on Virtex-5 FPGA.

关键词： AES RSA ECC signed-digit number FPGA cryptographic algorithms high radix arithmetic unit

Security-aware Signal Packing Algorithm for CAN-based Automotive Cyber-physical Systems

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IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica 2015年第4期2卷 422-430页

作者： Yong Xie liangjiao liu renfa li Jianqiang Hu Yong Han Xin Peng Key Laboratory for Application Technology of Internet of Things of Fujian Educational Bureau Xiamen University of Technology Key Laboratory of Embedded and Networking Computing of Hunan Province Hunan University Key Laboratory on Complex Systems Optimization & Controlling of Hunan High Education Institutions Hunan Institute of Science and Technology

Network and software integration pose severe challenges in cyber-security for controller area network(CAN)-based automotive cyber-physical system(ACPS), therefore we employ message authentication code(MAC) to defend CAN against masquerade attack, but the consequent bandwidth overhead makes it a necessity to find the tradeoff among security, real-time and bandwidth utilization for signal packing problem(SPP) of CAN.A mixed-security signal model is firstly proposed to formally describe the properties and requirements on security and real-time for signals, and then a mixed-integer linear programming(MILP)formulation of SPP security-aware signal packing(SASP) is implemented to solve the tradeoff problem, where the bandwidth utilization is improved and the requirements in both security and real-time are met. Experiments based on both society of automotive engineers(SAE) standard signal set and simulated signal set showed the effectiveness of SASP by comparing with the state-of-the-art algorithm.

关键词： Signal packing security automotive cyberphysical systems(ACPS) integer linear programming

一种车载控制器局域网络入侵检测算法及硬件加速

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计算机研究与发展 2023年第12期60卷 2783-2796页

作者：许鹤吴迪卢继武李仁发湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 湖南大学信息科学与工程学院长沙410082 嵌入式与网络计算湖南省重点实验室(湖南大学) 长沙410082

控制器局域网(controller area network,CAN)总线协议广泛应用于车辆系统,是一种高效的标准总线,可实现所有电子控制单元(electronic control units,ECUs)之间的通信.然而,CAN总线由于缺乏安全防御功能,很容易受到攻击.针对车载入侵检... 详细信息

控制器局域网(controller area network,CAN)总线协议广泛应用于车辆系统,是一种高效的标准总线,可实现所有电子控制单元(electronic control units,ECUs)之间的通信.然而,CAN总线由于缺乏安全防御功能,很容易受到攻击.针对车载入侵检测提出一种自注意力机制(self-attention mechanism,SAM)增强的网格型长短时记忆(grid long short-term memory,Grid LSTM)网络,称为SALVID.SAM可以增强针对CAN总线的攻击行为特征,Grid LSTM可以有效提取时序数据的深度特征.通过从实际汽车中提取的正常CAN数据生成5个攻击数据集,包括拒绝服务(denial of service,DoS)攻击、模糊攻击、欺骗攻击、重放攻击和删除攻击,比较了具有不同模型深度的各种模型的性能,结果表明,在检测CAN总线攻击方面,SALVID具有最佳性能.该模型可以识别带有小批量特征的攻击,整体检测准确率为98.98%,这在以往的研究中是很难做到的.还设计并实现了基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)嵌入式平台的SALVID模型,并基于训练好的模型使用并行优化和量化来加速计算.实验结果表明,即使有一定程度的量化,SALVID仍然表现出98.81%的高检测准确率和1.88 ms的低时延.该研究为设计高性能实时车载入侵检测系统提供了一种新思路.

关键词：控制器局域网时序数据入侵检测网格型长短时记忆网络自注意力机制现场可编程门阵列

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上下文感知计算及系统框架综述

计算机研究与发展 2007年第2期44卷 269-276页

作者：李蕊李仁发湖南大学计算机与通信学院长沙410082

当人们在与其他人或周围的环境交互时,常常会无意识地利用到诸如手势、眼神、情境、环境状况等上下文信息.与之相反,计算机系统却很少能有效地利用这些信息.但自MarkWeiser提出普适计算以来,如何有效利用上下文信息开始得到充分重视并... 详细信息

当人们在与其他人或周围的环境交互时,常常会无意识地利用到诸如手势、眼神、情境、环境状况等上下文信息.与之相反,计算机系统却很少能有效地利用这些信息.但自MarkWeiser提出普适计算以来,如何有效利用上下文信息开始得到充分重视并发展成为一种新的计算模式——上下文感知计算.通过对近10年来上下文感知计算尤其是系统框架的发展进行综述和分析,提出了一个新的上下文感知计算系统框架概念模型,同时对该概念模型所涉及的关键技术问题进行了深入探讨,这可为感知计算的进一步研究提供指导.

关键词：感知计算上下文系统框架普适计算

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光敏剂的转化与创新

中国激光 2024年第9期51卷 114-130页

作者：刘开宁李睿刘仁发戴志飞北京大学未来技术学院生物医学工程系北京100871 南开大学生命科学学院天津300071

以光敏剂为基础的光动力疗法已被确定为许多肿瘤、皮肤性疾病、血管性疾病等适应证的安全治疗方式。在近些年的研究中,卟啉类光敏剂、二氢卟吩类光敏剂等均投入临床使用,酞菁类光敏剂、稠环醌类光敏剂等均已开展临床研究。但是,光动力... 详细信息

以光敏剂为基础的光动力疗法已被确定为许多肿瘤、皮肤性疾病、血管性疾病等适应证的安全治疗方式。在近些年的研究中,卟啉类光敏剂、二氢卟吩类光敏剂等均投入临床使用,酞菁类光敏剂、稠环醌类光敏剂等均已开展临床研究。但是,光动力疗法在临床转化中还面临着诸多问题,如有限的穿透深度、较低的溶解度、暗毒性、对氧气浓度的高度依赖等,新型的安全高效的光敏剂亟待被进一步开发,以实现高度特异性微创治疗。目前,新型光敏剂的研发主要聚焦于靶向修饰和智能纳米药物递送体系以及可激活/响应型光敏剂、耐乏氧肿瘤微环境的Ⅰ型光敏剂、适应深层实体瘤治疗的光敏剂等。此外,超声激发的声动力治疗也为光敏剂的临床应用开辟了新思路。随着新型光敏剂的开发与转化,将会有更多的光敏剂药物被应用于临床实践,为癌症和其他疾病患者带来福音。

关键词：医用光学光敏剂光动力疗法临床应用

UWB-Based Localization in Wireless Sensor Networks

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International Journal of Communications, Network and System Sciences 2009年第5期2卷 407-421页

作者： Di WU lichun BAO renfa li Donald Bren School of ICS University of California Irvine USA School of Computer and Communication Hunan University Changsha China

Localization has many important applications in wireless sensor networks, such as object searching and tracking, remote navigation, location based routing etc. The distance measurements have been based on a variety of technologies, such as acoustic, infrared, and UWB (ultra-wide band) media for localization pur-poses. In this paper, we propose UWB-based communication protocols for distance estimation and location calculation, namely a new UWB coding method, called U-BOTH (UWB based on Orthogonal Variable Spreading Factor and Time Hopping), an ALOHA-type channel access method and a message exchange protocol to collect location information. U-BOTH is based on IEEE 802.15.4a that was designed for WPANs (wireless personal area networks) using the UWB technology. We place our system in coal mine environ-ments, and derive the corresponding UWB path loss model in order to apply the maximum likelihood esti-mation (MLE) method to compute the distances to the reference sensors using the RSSI information, and to estimate the coordinate of the moving sensor using least squares (LS) method. The performance of the sys-tem is validated using theoretic analysis and simulations. Results show that U-BOTH transmission technique can effectively reduce the bit error rate under the path loss model, and the corresponding ranging and local-ization algorithms can accurately compute moving object locations in coal mine environments.

关键词： Orthogonal Variable Spreading Factor (Ovsf) Time Hopping (Th) Ultra-Wide Band (Uwb)

面向汽车Zonal架构的TSN轻量级认证与授权通信框架

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汽车工程 2023年第6期45卷 944-953页

作者：鲁睿其谢国琪刘新忠李仁发湖南大学信息科学与工程学院嵌入式与网络计算湖南省重点实验室长沙410082 上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心控制与软件部柳州545000 湖南理工学院信息科学与工程学院岳阳414000 湖南大学重庆研究院重庆401135

汽车智能化需求推动了汽车电子电气(electrical/electronic,E/E)架构向基于时间敏感网络(time-sensitive networking,TSN)的区域(Zonal)架构演进,但网联化发展给数据传输带来了严重的信息安全问题。TSN标准所提供的流过滤器、流控门和... 详细信息

汽车智能化需求推动了汽车电子电气(electrical/electronic,E/E)架构向基于时间敏感网络(time-sensitive networking,TSN)的区域(Zonal)架构演进,但网联化发展给数据传输带来了严重的信息安全问题。TSN标准所提供的流过滤器、流控门和流计量器3层信息防护模块本质上是一种边界防火墙技术,一旦边界被攻破,整个架构将暴露并因此瘫痪;此外,这种防护技术因存在多层处理而产生过多的计算和通信开销。本文提出一种面向汽车Zonal架构的TSN轻量级认证与授权通信框架,以去边界的方式实现了防劫持、防篡改及防监听的一体化防护方案。基于NXP车规级TSN交换芯片SJA1105Q(作为中央控制器)与NXP车规级SoC LS1028A(作为区域控制器)构建了Zonal架构原型平台,并将所开发的框架部署该原型平台,通过ProVerif工具验证了框架的安全性;基于原型平台的评估结果表明,所提框架在计算和通信开销方面均优于现有汽车信息安全通信框架。

关键词：汽车Zonal架构 TSN 信息安全认证与授权