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核科学与工程 2024年第3期44卷 660-666页

作者：何小锁王圣凯窦小敏路凯凯何庆华南京航空航天大学材料科学与技术学院江苏南京211106 空间核技术应用与辐射防护工业和信息化部重点实验室江苏南京211106

现阶段军控核查技术所面临的困难在于:核查人员需要在不探测敏感信息的前提下,对被检核武器的真实性给出准确结论。本工作结合物理掩模加密技术与K近邻算法,提出一种可自主加密识别核武器身份信息的核查系统。利用Geant4搭建基于中子裂... 详细信息

现阶段军控核查技术所面临的困难在于:核查人员需要在不探测敏感信息的前提下,对被检核武器的真实性给出准确结论。本工作结合物理掩模加密技术与K近邻算法,提出一种可自主加密识别核武器身份信息的核查系统。利用Geant4搭建基于中子裂变反应的物理加密辐射指纹采集装置,并通过构造多种作弊情景下的样本建立数据库,同时本研究选择KNN算法建立机器学习模型应用于未知项目的身份认证,并从鲁棒性和安全性两方面量化了该核查系统的可行性。结果表明,当样本同位素丰度由武器级铀变为较低级浓缩铀(235U的丰度由96%变为70%及以下)或者样本几何形状发生细微改变时,该系统对这两种典型的作弊情景具有优良的鉴别能力。该核查方法利用智能算法实现了核武器的自主认证,提高效率的同时有效规避了人工篡改和窥探敏感信息的风险,此外,结合物理掩模加密技术,使得敏感信息从始至终没被测量,在一定程度上降低了通过软件后门等手段作弊的风险。基于物理加密及K近邻算法的核军控核查技术能够在保护被测项目敏感信息的基础上,以较高的准确率和效率鉴定其真实性。

关键词：核军控核查物理加密 KNN算法随机掩模

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基于物理与算法加密的核军控核查系统研究

基于物理与算法加密的核军控核查系统研究

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作者：路凯凯南京航空航天大学

学位级别：硕士

新时期核军备控制协议可能需要对单个核弹头进行核查认证,以防止被核查方假意销毁非真实核弹头,而安全可靠的核军控核查技术是协议正常实施的基础,但其面临着一个复杂的问题,即如何以高置信度证明待测项目真实性的同时而不泄露被核查物... 详细信息

新时期核军备控制协议可能需要对单个核弹头进行核查认证,以防止被核查方假意销毁非真实核弹头,而安全可靠的核军控核查技术是协议正常实施的基础,但其面临着一个复杂的问题,即如何以高置信度证明待测项目真实性的同时而不泄露被核查物品任何敏感信息。针对上述需求,本文提出一种基于(n,f)反应的核查方法,采用随机掩模物理加密技术在物理端(即信息未被电子仪器记录前)对能获取物品内部空间信息的束流通量进行加密,并加入图像无序置乱等后端算法进行二次加密和智能识别,具体研究工作如下:(1)物理加密核查方法。该方法利用随机掩模对入射中子通量进行加密,通过(n,f)反应将待测项目内部结构信息进行部分采样。采用不同随机掩模与中子照射时间组合,来记录生成的裂变中子计数序列信号,然后采用模板对比法进行二元判别,对待测项目进行认证,整个过程杜绝了对敏感信息的泄露。同时研究了不同噪声下系统的鲁棒性,并采用穷举攻击量化系统的安全性,数值模拟结果证明,系统在20 d B强噪声干扰下,AUC值为0.95,仍具有较好的分辨性能。(2)算法加密核查方法。该方法通过对裂变中子二维图像进行缩放、无序置乱、像素变换等过程,生成加密图像,用作二元甄别,并讨论了在不同参数(缩放值、噪声、图像尺寸)扰动下系统的鲁棒性与暴力攻击、统计攻击下原图像的重建可能性,结果证明系统性能稳定,安全性高,在待测物品尺寸相差0.01 cm时,AUC值仍处于0.9以上。(3)物理加密与算法加密相结合的核查方法。该方法综合了上述物理、算法加密的优点,先利用物理掩模编码扭曲裂变中子信号,后进行算法加密。系统在0.5%噪声干扰下仍能保持优异的二元分辨率,且安全性进一步提高。上述研究均通过蒙特卡洛软件Geant4搭建模型,利用数值模拟的方法验证了实验可行性,解决了当前核查存在的问题,为核军控核查、安检、加密辐射成像等领域提供了新思路,具有重要的理论价值与实用价值。

关键词：核军控核查加密辐射成像蒙特卡洛模拟模板对比法图像加密

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基于物理加密的核军控核查系统的研究

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作者：何小锁南京航空航天大学

学位级别：硕士

自核武器的出现以来,核扩散的潜在威胁急剧上升,核军控与裁军的研究一直是个重点领域。新时期的核军控核查矛盾在于:核查人员必须对抽检样品的真实性给出准确结论的同时,又对核武器的敏感信息一无所知。为了进一步提高认证结果的准确性... 详细信息

自核武器的出现以来,核扩散的潜在威胁急剧上升,核军控与裁军的研究一直是个重点领域。新时期的核军控核查矛盾在于:核查人员必须对抽检样品的真实性给出准确结论的同时,又对核武器的敏感信息一无所知。为了进一步提高认证结果的准确性和安全性,解决新时期核军控核查的需求,本工作提出通过物理方式进行加密信息的辐射测量技术,并提出可靠的核查系统以及相关核查协议。基于物理领域加密的辐射测量技术对出射粒子能谱及位置信息采用“物理屏蔽”加密措施,从源头上避免了敏感信息被泄露的风险。通过利用蒙卡模拟工具Geant4的数值模拟对提出核查系统的可靠性和安全性进行评估。在基于(n,γ)反应的核查系统中设定了三种且不同精度的作弊样本,经Geant4数值模拟分析测量数据,并用ROC曲线(一种坐标图式的分析工具,用于在同一模型中设定最佳阈值)以及AUC值(曲线下面积值,模型优劣的评价指标,AUC值越大的分类器,正确率越高)量化表征其可靠性;在基于互补掩模的核查系统中设定了三种有意义的作弊样本,并经Geant4数值模拟量化表征了该核查系统的可靠性;同时通过图像重建演示了两核查系统中掩模板保护机密信息的安全性。演示结果表明两核查系统都具有优越的稳定性和安全性。本研究工作的意义如下:(1)为解决核军控领域中存在的矛盾提供更加丰富的技术方法;(2)为新时期核军控核查提供新的技术方向;(3)基于此系统的核查技术可应用于多种情景下的机密数据的比较和计算,在安全检查中为保护安检过程的隐私信息提出新的解决思路。

关键词：核裁军核军控核查加密辐射测量模板对比法蒙特卡洛模拟

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