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AI for Science:智能化科学设施变革基础研究

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中国科学院院刊 2024年第1期39卷 59-69页

作者：杨小康许岩岩陈露王韫博高岳田济东俞凯金耀辉梅宏上海交通大学人工智能研究院上海200240 上海交通大学计算机科学与工程系上海200240 北京大学信息科学技术学院北京100871

近年来,人工智能(AI)在前沿科技领域取得了诸如AlphaFold2、核聚变智能控制、新冠药物设计等诸多令人瞩目成果,表明AI for Science正在成为一种新的研究范式。实现智能时代的基础科学源头创新及其下游重大技术创新,需破解2个方面的核心... 详细信息

近年来,人工智能(AI)在前沿科技领域取得了诸如AlphaFold2、核聚变智能控制、新冠药物设计等诸多令人瞩目成果,表明AI for Science正在成为一种新的研究范式。实现智能时代的基础科学源头创新及其下游重大技术创新,需破解2个方面的核心问题:(1)如何利用新一代AI(特别是生成式AI及大模型)的通用性和创造性推动新范式的形成;(2)如何利用AI实现对传统科学设施的赋能与改造。文章提出一种智能化科学设施的建设构想,兼顾“高度智能化的科学新设施”和“AI赋能已有科学大设施”2个层面的需求,构筑AI for Science的科学设施体系,形成科学领域大模型、生成式模拟与反演、自主智能无人实验及大规模可信科研协作等创新功能,加速重大科学发现、变革性物质合成,以及重大工程技术应用。

关键词：人工智能驱动科学研究生成式人工智能语言大模型科学设施

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PRIDE轻量级密码的不可能统计故障分析

通信学报 2024年第1期45卷 141-151页

作者：李玮孙文倩谷大武张爱琳温云华东华大学计算机科学与技术学院上海201620 上海交通大学计算机科学与工程系上海200240 上海市可扩展计算与系统重点实验室上海200240 上海市信息安全综合管理技术研究重点实验室上海200240

针对2014年美密会上提出的PRIDE轻量级密码的实现安全,提出了面向唯密文攻击假设的新型不可能统计故障分析方法,设计了卡方拟合优度-汉明重量区分器、卡方拟合优度-极大似然估计区分器等新型区分器。所提方法基于随机半字节故障模型,结... 详细信息

针对2014年美密会上提出的PRIDE轻量级密码的实现安全,提出了面向唯密文攻击假设的新型不可能统计故障分析方法,设计了卡方拟合优度-汉明重量区分器、卡方拟合优度-极大似然估计区分器等新型区分器。所提方法基于随机半字节故障模型,结合统计分布状态和不可能关系分析,围绕导入故障前后中间状态的变化,最少仅需432个故障即可恢复出PRIDE算法的128 bit原始密钥,且成功率达99%及以上。实验分析表明,所提方法不仅能减少故障数和耗时,而且进一步提升了准确率。该结果对轻量级密码的实现安全性提供了重要参考。

关键词：侧信道分析不可能统计故障分析轻量级密码 PRIDE 智能无人系统

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基于格的伪随机函数研究综述

密码学报（中英文） 2024年第1期11卷 174-190页

作者：李一鸣刘胜利上海交通大学计算机科学与工程系上海200240 密码科学技术全国重点实验室北京100878

伪随机函数是密码学领域最基本的原语之一,其自提出以来便备受关注.近几十年间发展起来的格理论在密码领域取得了很多重要的应用成果,特别是格上很多困难问题被普遍认为具备抵抗量子攻击的特性,在后量子密码方案设计中处于核心地位.对... 详细信息

伪随机函数是密码学领域最基本的原语之一,其自提出以来便备受关注.近几十年间发展起来的格理论在密码领域取得了很多重要的应用成果,特别是格上很多困难问题被普遍认为具备抵抗量子攻击的特性,在后量子密码方案设计中处于核心地位.对于格上伪随机函数的研究正式起始于Banerjee、Peikert和Rosen在2012年欧密会上发表的工作.此后,密码学家们围绕如何基于格困难问题设计伪随机函数方案开展了大量研究,特别是在提升伪随机函数方案的安全性、效率和并行性,以及扩展伪随机函数的功能方面取得了诸多成果.本文对格上伪随机函数的研究现状进行综述:总结了伪随机函数的通用构造方法以及格上伪随机函数依赖的底层困难问题;整理了现有基于格困难问题设计的伪随机函数方案,重点关注这些方案在提升安全性、效率或并行性方面采用的技术以及取得的成果;整理了格上具备扩展功能的伪随机函数的研究进展,包括具有密钥同态性质的伪随机函数、约束伪随机函数、水印伪随机函数以及可验证伪随机函数.

关键词：伪随机函数格密码格困难问题

基于代数关系的轻量级密码DEFAULT统计故障分析

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软件学报 2024年

作者：李玮秦梦洋谷大武连晟温云华东华大学计算机科学与技术学院上海交通大学计算机科学与工程系上海交通大学上海市可扩展计算与系统重点实验室上海交通大学上海市信息安全综合管理技术研究重点实验室

DEFAULT是于2021年亚洲密码学年会中提出的一种新型轻量级密码算法,适用于保护物联网中的微型芯片、微控制器和传感器等设备的信息安全.本文基于唯密文的基本假设,针对DEFAULT密码提出了一种基于代数关系的统计故障分析方法.该方法使用... 详细信息

DEFAULT是于2021年亚洲密码学年会中提出的一种新型轻量级密码算法,适用于保护物联网中的微型芯片、微控制器和传感器等设备的信息安全.本文基于唯密文的基本假设,针对DEFAULT密码提出了一种基于代数关系的统计故障分析方法.该方法使用随机半字节故障模型,通过对代数关系的构造分析并结合故障注入前后中间状态的统计分布变化来破译密码.此外,本文采用AD检验—平方欧氏距离、AD检验—极大似然估计和AD检验—汉明重量等新型区分器,最少仅需1 344个故障即可以99%及以上的成功率破解该算法的128比特原始密钥.理论分析和实验结果表明, DEFAULT密码不能抵抗基于代数关系的统计故障分析的攻击.该研究为其它轻量级分组密码算法的安全性分析提供了有价值的参考.

关键词： DEFAULT 轻量级密码密码分析统计故障分析代数关系

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视觉提示学习综述

计算机学报 2024年第4期47卷 790-820页

作者：廖宁曹敏严骏驰上海交通大学人工智能教育部重点实验室上海200240 苏州大学计算机科学与技术学院江苏苏州215021

近年来,随着提示学习方法在自然语言处理领域被提出,其日益受到研究人员广泛关注,它通过将各类下游任务重构成预训练任务的形式,以参数高效和数据高效的方式将大规模预训练模型应用在各类自然语言相关下游任务中.其中以GPT系列为代表的... 详细信息

近年来,随着提示学习方法在自然语言处理领域被提出,其日益受到研究人员广泛关注,它通过将各类下游任务重构成预训练任务的形式,以参数高效和数据高效的方式将大规模预训练模型应用在各类自然语言相关下游任务中.其中以GPT系列为代表的模型通过提示学习在对话生成和多模态图文理解等任务上取得了巨大的成功.然而,这类模型及方法还不能解决视觉中的稠密任务.受此启发,一些研究人员逐渐将提示学习广泛应用到视觉相关的各类任务当中,如图像识别、目标检测、图像分割、领域适应、持续学习等.由于目前还没有提示学习应用在视觉相关领域中的综述,本文将对视觉单模态领域以及视觉语言多模态领域的提示学习方法展开全面论述和分析.作为回顾,我们首先简要介绍自然语言处理领域的预训练模型,并对提示学习的基本概念、下游应用形式以及提示模板类型进行阐述和分类.其次,我们分别介绍视觉单模态领域以及视觉语言多模态领域里提示学习方法适配的预训练模型和任务.再次,我们分别介绍视觉单模态领域以及视觉语言多模态领域的提示学习方法.在自然语言处理领域,提示学习方法以继承预训练形式实现多任务统一为主要目的;与此不同,在视觉相关领域,提示学习方法侧重于面向特定下游任务进行设计.为此,我们将从方法设计上进行简单分类,然后从应用任务角度详细介绍视觉单模态提示学习和视觉语言多模态提示学习方法.最后,我们对比分析了自然语言处理领域和视觉相关领域提示学习研究的进展,并对未来研究路线给出了展望。

关键词：大规模预训练模型自然语言处理视觉单模态提示学习视觉语言多模态提示学习

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正线性约束组合优化问题的非自回归学习求解

中国科学:信息科学 2024年第10期54卷 2368-2384页

作者：汪润中郦洋严骏驰杨小康上海交通大学计算机科学与工程系上海交通大学人工智能教育部重点实验室上海交通大学人工智能学院

组合优化问题的求解是计算机科学、应用数学等学科共同研究的基础性问题.其固有的计算复杂性为精确求解带来了挑战.而采用深度神经网络进行求解已经成为一个前沿的研究方向.本文设计了一种能够求解正线性约束组合优化问题的非自回归式... 详细信息

组合优化问题的求解是计算机科学、应用数学等学科共同研究的基础性问题.其固有的计算复杂性为精确求解带来了挑战.而采用深度神经网络进行求解已经成为一个前沿的研究方向.本文设计了一种能够求解正线性约束组合优化问题的非自回归式神经网络.本文方法的优势在于,正线性约束代表了一大类组合优化问题,突破了现有非自回归网络的通用性瓶颈;与目前常用的自回归网络相比,非自回归网络具有高效性、排列不变性等优势;在神经网络框架中,本文采用的离线无监督学习对标注的需求低,无需求解最优解进行监督训练;本文提出的在线可微分搜索方法显著提升了神经网络求解器的泛化能力.本文在设施布局、最大集合覆盖、旅行商问题等代表性的组合优化问题中验证了非自回归求解器的有效性.特别是在综合考虑求解效率和求解效果时,非自回归网络求解器持平甚至超越了SCIP, Gurobi等开源或者商用的主流传统求解软件.

关键词：组合优化深度学习非自回归网络图神经网络梯度优化

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面向业务过程的概念漂移检测技术综述

计算机集成制造系统 2024年第10期 3431-3446页

作者：赵海燕戎小玉曹健陈庆奎上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海交通大学计算机科学与技术系

针对业务过程随时间发生变化的概念漂移现象，研究有效的漂移检测方法，以实现变更的早期检测与管理，系统分析了业务过程概念漂移检测的现有研究，总结了目前研究实验中常用的评估指标、数据集合成方法和真实数据集，讨论了不同方法的... 详细信息

针对业务过程随时间发生变化的概念漂移现象，研究有效的漂移检测方法，以实现变更的早期检测与管理，系统分析了业务过程概念漂移检测的现有研究，总结了目前研究实验中常用的评估指标、数据集合成方法和真实数据集，讨论了不同方法的优缺点及其适用场景，并通过实验对不同方法进行了比较。最后，对业务过程概念漂移未来的研究方向进行了展望。

关键词：业务过程概念漂移业务过程视角业务过程模型

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处理器性能波动检测的计时方法及评价指标

计算机学报 2024年第2期47卷 456-472页

作者：廖秋承左思成王一超林新华上海交通大学高性能计算中心上海200240

超级计算机中的性能波动通常表现为软件在同一硬件上运行得忽快忽慢,或在配置相同的硬件上运行得快慢不一.在多种性能波动来源中,处理器性能波动隐蔽性强且危害巨大,可导致超级计算机整机性能急剧下降.然而,当前处理器性能波动研究面临... 详细信息

超级计算机中的性能波动通常表现为软件在同一硬件上运行得忽快忽慢,或在配置相同的硬件上运行得快慢不一.在多种性能波动来源中,处理器性能波动隐蔽性强且危害巨大,可导致超级计算机整机性能急剧下降.然而,当前处理器性能波动研究面临两大难题.首先,现有工具难以检测微小的性能波动.为了准确检测纳秒级的处理器性能波动,计时方法需要具有很高的精度和灵敏度.然而,现有工具在真实应用中用于计时测量时,计时结果波动可达数万拍,难以检测处理器性能波动.其次,现有方法难以客观评价不同工具的性能波动检测能力,缺乏量化评价指标.一次性能波动检测包含大量计时结果,其分布可能受性能波动和计时波动的共同影响.然而,现有方法无法评价这些测量结果是否真实反映了性能波动的特征.为解决第一个问题,本文对PAPI在不同缓存状态下的计时波动进行了测量和原因分析.随后,基于x86和Armv8指令集的内存屏障和序列化指令,设计了序列化屏障计时方法,用以抑制计时波动.为解决第二个问题,本研究对计时波动进行建模,首次提出了跨平台的计时方法精度和灵敏度指标及评价方法,定量评估了计时方法对微小时间波动的测量能力,为性能波动的检测和判定提供了依据.实验表明,在英特尔Xeon 6248和华为鲲鹏920-6426处理器上,与PAPI相比,序列化屏障计时方法的精度提高了2.2~30.2倍,灵敏度提高了1.9~44.8倍,并且能够检测到纳秒级别的性能波动.

关键词：高性能计算处理器微架构性能波动性能分析性能评测

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基于自适应特征校准的区域感知图像和谐化

计算机辅助设计与图形学学报 2024年

作者：谢志峰梁佳佳夏世宇李梦甜马利庄上海交通大学计算机科学与工程系上海大学影视工程系上海电影特效工程技术研究中心

为了进一步提升图像和谐化质量，提出基于自适应特征校准的区域感知图像和谐化方法. 首先，采用多层次的编码器提取多尺度特征; 然后，在跳跃连接处设计自适应特征校准模块，降低局部含偏特征对解码器重构过程的干扰; 其次，构建... 详细信息

为了进一步提升图像和谐化质量，提出基于自适应特征校准的区域感知图像和谐化方法. 首先，采用多层次的编码器提取多尺度特征; 然后，在跳跃连接处设计自适应特征校准模块，降低局部含偏特征对解码器重构过程的干扰; 其次，构建区域感知Transformer增强上下文信息交互，并且在不同尺度上利用背景特征的统计信息调制前景特征; 最后，通过解码器逐层重构出和谐化结果. 在公开的图像和谐化iHarmony4数据集上的实验结果表明，所提方法在PSNR， MSE和fMSE指标上分别达到了39.83 dB， 19.25和206.40，均优于目前的主流方法.

关键词：图像和谐化 Swin Transformer 特征校准