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基于2KNTT的多项式乘法单元设计

电子学报 2024年第2期52卷 455-467页

作者：陈韬李慧琴吴艾青李伟南龙梅中国人民解放军战略支援部队信息工程大学河南郑州450000

在格基抗量子公钥密码算法的基础运算中,多项式乘法在硬件实现上消耗大量的时间.为提高实际运算性能,本文通过分析多项式乘法运算中数论变换的快速实现算法,提出一种面向CRYSTALS-Kyber算法、适应硬件实现的2n次单位根预处理型快速数论... 详细信息

在格基抗量子公钥密码算法的基础运算中,多项式乘法在硬件实现上消耗大量的时间.为提高实际运算性能,本文通过分析多项式乘法运算中数论变换的快速实现算法,提出一种面向CRYSTALS-Kyber算法、适应硬件实现的2n次单位根预处理型快速数论变换算法架构,利用小位宽数论变换的并行处理与复杂度低的计算形式来减少运算时间.整体运算架构在结合算法特殊性质后,确定了32路并行的设计模型.在此基础上,设计了一种与该架构匹配的统一化运算单元和数据读写不冲突、地址分配最优的存储单元.实验结果表明,在65 nm的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺下,97 ns完成一组项数为256、模数为3329的多项式乘法运算,花费108个周期,最高工作频率可达到1.1 GHz,面积时间积为20.7(kGE·μs).

关键词：格基抗量子公钥密码算法 CRYSTALS-Kyber 多项式乘法 2KNTT 硬件实现

结合自适应步长策略和数据增强机制提升对抗攻击迁移性

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电子学报 2024年第1期52卷 157-169页

作者：鲍蕾陶蔚陶卿中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院信息工程系安徽合肥230031 中国人民解放军军事科学院北京100091

深度神经网络具有脆弱性,容易被精心设计的对抗样本攻击.梯度攻击方法在白盒模型上攻击成功率较高,但在黑盒模型上的迁移性较弱.基于Heavy-ball型动量和Nesterov型动量的梯度攻击方法由于在更新方向上考虑了历史梯度信息,提升了对抗样... 详细信息

深度神经网络具有脆弱性,容易被精心设计的对抗样本攻击.梯度攻击方法在白盒模型上攻击成功率较高,但在黑盒模型上的迁移性较弱.基于Heavy-ball型动量和Nesterov型动量的梯度攻击方法由于在更新方向上考虑了历史梯度信息,提升了对抗样本的迁移性.为了进一步使用历史梯度信息,本文针对收敛性更好的Nesterov型动量方法,使用自适应步长策略代替目前广泛使用的固定步长,提出了一种方向和步长均使用历史梯度信息的迭代快速梯度方法(Nesterov and Adaptive-learning-rate based Iterative Fast Gradient Method,NAI-FGM).此外,本文还提出了一种线性变换不变性(Linear-transformation Invariant Method,LIM)的数据增强方法 .实验结果证实了NAI-FGM攻击方法和LIM数据增强策略相对于同类型方法均具有更高的黑盒攻击成功率.组合NAI-FGM方法和LIM策略生成对抗样本,在常规训练模型上的平均黑盒攻击成功率达到87.8%,在对抗训练模型上的平均黑盒攻击成功率达到57.5%,在防御模型上的平均黑盒攻击成功率达到67.2%,均超过现有最高水平.

关键词：对抗样本迁移性 Nesterov型动量自适应步长线性变换不变性

基于混合卷积网络的高光谱图像自监督特征学习方法

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光学学报 2024年第18期44卷 424-435页

作者：冯凡张永生张津刘冰于英中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院中国人民解放军战略支援部队信息工程大学数据与目标工程学院

针对高光谱图像小样本条件下特征学习不充分的问题，提出了一种基于混合卷积网络的自监督特征学习方法。该方法能够充分利用高光谱图像的空谱信息，以对比学习的形式自动提取适合分类任务的特征。首先，用因子分析算法降维高光谱图像，... 详细信息

针对高光谱图像小样本条件下特征学习不充分的问题，提出了一种基于混合卷积网络的自监督特征学习方法。该方法能够充分利用高光谱图像的空谱信息，以对比学习的形式自动提取适合分类任务的特征。首先，用因子分析算法降维高光谱图像，并通过空间增强和光谱增强产生正负样本对。然后，利用混合三维卷积和二维卷积的级联模型提取样本对的多尺度空谱特征，并用二阶池化层提升细粒度表征能力。通过计算对比损失，以自监督的方式充分训练编码器。最后，利用极少量的标记样本微调编码器完成分类。在四个空谱特征差异较大的高光谱数据集Indian Pines、Houston、Longkou和Hanchuan进行了分类实验。每类地物仅用5个样本微调编码器，本文提出方法的精度分别为79.46%、84.32%、92.97%和82.31%，验证了所提方法的有效性。

关键词：高光谱图像分类自监督学习对比学习混合卷积网络二阶池化

基于动量迭代快速梯度符号的SAR-ATR深度神经网络黑盒攻击算法

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雷达学报（中英文） 2024年第3期13卷 714-729页

作者：万烜申刘伟牛朝阳卢万杰中国人民解放军战略支援部队信息工程大学数据与目标工程学院郑州450000

合成孔径雷达自动目标识别(SAR-ATR)领域缺乏有效的黑盒攻击算法,为此,该文结合动量迭代快速梯度符号(MI-FGSM)思想提出了一种基于迁移的黑盒攻击算法。首先结合SAR图像特性进行随机斑点噪声变换,缓解模型对斑点噪声的过拟合,提高算法... 详细信息

合成孔径雷达自动目标识别(SAR-ATR)领域缺乏有效的黑盒攻击算法,为此,该文结合动量迭代快速梯度符号(MI-FGSM)思想提出了一种基于迁移的黑盒攻击算法。首先结合SAR图像特性进行随机斑点噪声变换,缓解模型对斑点噪声的过拟合,提高算法的泛化性能;然后设计了能够快速寻找最优梯度下降方向的ABN寻优器,通过模型梯度快速收敛提升算法攻击有效性;最后引入拟双曲动量算子获得稳定的模型梯度下降方向,使梯度在快速收敛过程中避免陷入局部最优,进一步增强对抗样本的黑盒攻击成功率。通过仿真实验表明,与现有的对抗攻击算法相比,该文算法在MSTAR和FUSAR-Ship数据集上对主流的SAR-ATR深度神经网络的集成模型黑盒攻击成功率分别提高了3%~55%和6.0%~57.5%,而且生成的对抗样本具有高度的隐蔽性。

关键词：合成孔径雷达目标识别黑盒攻击拟双曲动量算子斑点噪声变换

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基于空间拓扑条件控制的等高线化简方法

地球信息科学学报 2024年第7期26卷 1659-1671页

作者：李元復孙群温伯威周炤朱蕊中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院郑州450052

等高线是地形图上的重要要素之一,其化简过程需要兼顾主要地形结构特征的保持、数据精度的控制以及相交和视觉混淆的避免等问题,现有研究大多没有同时兼顾这3个方面。针对上述问题,本文在现有方法使用的误差带的基础上,进一步引入隔离... 详细信息

等高线是地形图上的重要要素之一,其化简过程需要兼顾主要地形结构特征的保持、数据精度的控制以及相交和视觉混淆的避免等问题,现有研究大多没有同时兼顾这3个方面。针对上述问题,本文在现有方法使用的误差带的基础上,进一步引入隔离带的概念,并对它们在几何中的定义进行数学描述,提出将空间拓扑条件应用于等高线化简的策略。根据这一策略,对谷地弯曲选取(Valley Bend Selection,VBS)算法和Douglas-Peucker(DP)算法进行改进,从而得到空间拓扑条件控制下的VBS(Spatial-Topologic-Condition-Controlled VBS,STCC-VBS)算法和空间拓扑条件控制下的DP(Spatial-Topologic-Condition-Controlled DP,STCC-DP)算法。最后,将这2种方法应用于1:5万比例尺地形图等高线化简生成1:10万比例尺地形图等高线的任务中,并与现有的2种单纯以误差带控制的等高线化简方法进行对比。实验结果表明,STCC-VBS算法和STCC-DP算法都有效避免了相交问题,同时以改进前的方法为参考,在算法参数相同的情况下,分别在节点约减率降低8.33%和2.06%同时,使等高线偏移率降低了22.97%和12.65%,化简效果得到显著改善。其中,STCC-VBS算法在约减54.58%的节点的同时,仍能使地形特征线保持率达到94.73%,在有效约减数据量的前提下,较好地保持了主要地形特征。2种算法在效率方面均优于2种单纯以误差带控制的等高线化简方法。

关键词：地形等高线数字高程模型制图综合线化简误差带隔离带空间拓扑条件

高可靠信息系统非相似冗余架构中的执行体同步技术

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2122-2136页

作者：于洪刘勤让魏帅兰巨龙中国人民解放军战略支援部队信息工程大学信息技术研究所郑州450000

非相似冗余架构被广泛使用到信息系统中,提高系统的安全性和可靠性。非相似冗余架构中的执行体之间存在差异,当系统正常工作时,执行体表现一致,但在面对恶意攻击行为时,执行体会表现出不一致。架构通过比较执行体的表现监控系统、感知威... 详细信息

非相似冗余架构被广泛使用到信息系统中,提高系统的安全性和可靠性。非相似冗余架构中的执行体之间存在差异,当系统正常工作时,执行体表现一致,但在面对恶意攻击行为时,执行体会表现出不一致。架构通过比较执行体的表现监控系统、感知威胁,从而提升系统安全可靠性。执行体的同步监控,是所有非相似冗余架构都需要解决的难题。目前没有针对同步技术比较系统性的描述和总结。该文首先对执行体同步问题进行了抽象建模,然后提出基于同步点的同步技术分类方法,并分别对每种技术的基本方式、流行度、优缺点进行了总结。该文还提出了影响同步效果的3个重要指标:同步点、误报率和性能,同时给出了同步技术的数学模型,可用于同步技术的设计评估。最后,结合网络弹性工程领域和软件定义晶上系统领域的发展,指出了同步技术未来的发展潜力和可能的发展方向。

关键词：非相似冗余多变体异构冗余执行体同步

室内可见光通信亮度可控混合多层OFDM调制方法

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中国激光 2024年第2期51卷 97-105页

作者：任嘉伟汪涛徐志坚曲晶中国人民解放军战略支援部队信息工程大学信息系统工程学院河南郑州450001

针对室内可见光通信的通照一体需求,为实现高效数据通信和调光控制相结合,在多层非对称裁剪光正交频分复用(LACO-OFDM)信号分时正负叠加调光方法的基础上,通过在LACO-OFDM信号上叠加一个经过设计的周期信号来产生叠加的LACO-OFDM(SLACO-... 详细信息

针对室内可见光通信的通照一体需求,为实现高效数据通信和调光控制相结合,在多层非对称裁剪光正交频分复用(LACO-OFDM)信号分时正负叠加调光方法的基础上,通过在LACO-OFDM信号上叠加一个经过设计的周期信号来产生叠加的LACO-OFDM(SLACO-OFDM)信号,可以在不引入额外干扰的情况下,降低多层信号的峰均功率比。再利用正负SLACO-OFDM信号按比例结合的方式来实现混合调光。分析了通信和调光约束条件下,层间功率比例因子和混合比例因子的设置方法。提出的混合SLACO-OFDM具有更小的峰均功率比,充分利用了发光二极管(LED)整个动态范围。仿真结果表明,提出的调制方法相对于传统的多层传输方式可以获得更好的误码率性能,相对于常见调光调制方式可以获得更高的频谱效率。

关键词：光通信可见光通信调光控制峰均功率比混合多层调制

面向光学遥感卫星星上定位精度优化的轻量化矢量控制库技术

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光学学报 2024年第6期44卷 341-352页

作者：李明董杨范大昭纪松宋佳璇高定中国人民解放军战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001

针对当前光学智能遥感卫星有限存储能力对全球控制信息的轻量化需求,提出一种面向光学遥感卫星星上定位精度优化的轻量化矢量控制库技术。首先,在地面提取完整道路网,通过道路细化、节点提取以及拓扑关系构建等处理,生成星上轻量化矢量... 详细信息

针对当前光学智能遥感卫星有限存储能力对全球控制信息的轻量化需求,提出一种面向光学遥感卫星星上定位精度优化的轻量化矢量控制库技术。首先,在地面提取完整道路网,通过道路细化、节点提取以及拓扑关系构建等处理,生成星上轻量化矢量控制库并上注卫星;其次,星上在轨提取道路结构,并利用随机游走避免道路缺失的影响,生成随机游走矢量结构;然后,引入隐马尔科夫模型,搜索对应矢量,并设计分层匹配策略以精化匹配结果,实现星上轻量化矢量控制库与随机游走矢量结构的匹配;最后,利用不同类型卫星影像进行随机游走矢量结构提取、星上矢量匹配以及定位性能分析。结果表明,所提光学遥感卫星的星上轻量化矢量控制库能够有效改善非量测光学遥感卫星定位精度,验证了其在光学智能遥感卫星中的可行性。

关键词：轻量化处理矢量控制库星上智能处理矢量匹配高分辨率光学遥感卫星

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支持增量式编程的多模态网络环境

电子学报 2024年第4期52卷 1230-1238页

作者：崔子熙田乐崔鹏帅胡宇翔伊鹏邬江兴中国人民解放军战略支援部队信息工程大学信息技术研究所河南郑州450001

当前,多模态网络编程模型与底层硬件紧耦合、强相关,导致网络程序呈现扁平化和单片化特征.因此,持续开发模态程序效率低下且极易出错,制约了网元设备的可用性和可靠性.为此,本文提出面向多模态网络的编程环境(PINet’s Programming Envi... 详细信息

当前,多模态网络编程模型与底层硬件紧耦合、强相关,导致网络程序呈现扁平化和单片化特征.因此,持续开发模态程序效率低下且极易出错,制约了网元设备的可用性和可靠性.为此,本文提出面向多模态网络的编程环境(PINet’s Programming Environment,PPE),支持增量式开发网络协议与功能.基于“巨型交换机”思想,PPE提出了一种平台无关的编程模型及语言,支持模块化编程和跨平台移植,通过模块单元的灵活组合提高网络程序的开发效率.同时,针对上述模型设计了前后端分离的编译系统框架.该系统自动化解析并组合分布式的模态程序,通过优化报文处理逻辑自动适配硬件资源约束.实验结果表明,在不影响硬件性能的基础上,PPE能够降低20%的程序开发量,同时引入编译时延和资源开销在合理范围内.

关键词：编程模型多模态网络可编程数据平面模块化增量式编程网络模态