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基于Cortex-M4的CNTR/CTRU密钥封装高效实现

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计算机学报 2024年第3期47卷 589-607页

作者：魏汉玉郑婕妤赵运磊复旦大学计算机科学技术学院上海200433 密码科学技术国家重点实验室北京100036

量子计算技术的迅猛发展对现有的公钥密码体制造成了极大的威胁,为了抵抗量子计算的攻击,后量子密码成为当前密码学界的研究热点.目前,物联网的安全问题备受关注,ARM Cortex-M4作为低功耗嵌入式处理器,被广泛应用于物联网设备中,在其上... 详细信息

量子计算技术的迅猛发展对现有的公钥密码体制造成了极大的威胁,为了抵抗量子计算的攻击,后量子密码成为当前密码学界的研究热点.目前,物联网的安全问题备受关注,ARM Cortex-M4作为低功耗嵌入式处理器,被广泛应用于物联网设备中,在其上部署后量子密码算法将为物联网设备的安全提供更加可靠的保障.CNTR和CTRU是我国学者提出的NTRU格基密钥封装方案,相比于基于LWE技术路线的格基密钥封装方案在安全性和其他性能上具有综合优势,并在我国密标委得到立项.本文工作首次在ARM Cortex-M4平台上高效紧凑地实现了CNTR和CTRU方案,充分利用单指令多数据(Single Instruction Multiple Data,SIMD)指令,调整运算结构和指令安排,优化核心的多项式运算,从而在算法实现速度和堆栈空间上进行全面优化升级.本文主要工作如下:本文首次在ARM Cortex-M4上实现耗时模块多项式中心二项分布采样,采样速度提升32.49%;使用混合基数论变换(Number Theoretic Transform,NTT)加速非NTT友好多项式乘法运算,充分利用浮点单元(Floating-Point Unit,FPU)寄存器,在NTT实现中采用层融合技术,最大化减少加载和存储等耗时指令使用,使得正向NTT和逆向NTT的速度分别提升84.24%、81.15%;通过NTT过程系数范围分析进行延迟约减,进而减少约减次数,并使用改进的Barrett约减和Montgomery约减技术实现降低约减汇编指令条数;使用循环展开技术实现多项式求逆,优化多项式求逆这一耗时过程,速度优化率为68.85%;针对解密过程中的非NTT友好素数模数多项式环乘法,采用多模数NTT和中国剩余定理(Chinese Remainder Theorem,CRT)结合的方法进行加速,完成解密过程96.26%的速度提升;使用空间复用的方法优化堆栈空间,CNTR和CTRU的堆栈空间分别减少了29.86%、28.17%.实验结果表明:提出的优化技术大幅提升了算法实现效率,与C参考实现相比,CNTR和CTRU的整体速度优化率分别为85.54%、85.56%.与其他格基密钥封装方案最新ARM Cortex-M4实现相比,本文的优化实现在速度、空间和安全性上具有综合性的优势.

关键词：后量子密码密钥封装方案数论变换多项式运算 ARM Cortex-M4实现

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炸鸡和油炸薯条中甲基硅氧烷低聚物的残留分析及其暴露评估

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食品工业科技 2024年第1期45卷 216-223页

作者：都艳群张京伟郭一凡张喜荣兰社益封棣北京工商大学轻工科学技术学院北京100048

快餐中的油炸食品深受广大消费者喜爱,但随着对挥发性甲基硅氧烷的安全性的日益关注,消泡剂聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxanes,PDMS)中甲基硅氧烷的低聚物单体在油炸食品中的残留亟需研究。本研究采用QuEChERS-气相色谱-串联质谱(GC... 详细信息

快餐中的油炸食品深受广大消费者喜爱,但随着对挥发性甲基硅氧烷的安全性的日益关注,消泡剂聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxanes,PDMS)中甲基硅氧烷的低聚物单体在油炸食品中的残留亟需研究。本研究采用QuEChERS-气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS)建立了炸鸡和油炸薯条中甲基硅氧烷低聚物的高效灵敏的检测方法。利用该法对从快餐店购买的33种炸鸡和30种炸薯条进行了分析并采用点评估方法进行了初步的暴露评估。结果检出八甲基环四硅氧烷(Octamethyl cyclotetrasiloxane,D4)~六甲基二硅氧烷(Hexamethyldisiloxane,D18)和十甲基四硅氧烷(Decamethyl tetrasiloxane,L4)~三十甲基十四硅氧烷(Triaconta methyltetradecasiloxane,L14),并且甲基硅氧烷低聚物在炸鸡中的总含量中位数(514.61 ng·g-1)高于炸薯条(83.4 ng·g-1)。炸鸡和炸薯条中甲基硅氧烷(分子量科学依据。

关键词：炸制食品甲基硅氧烷检测暴露评估

我国科技智库的基本特征、重要问题及价值取向

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中国科学院院刊 2024年第8期39卷 1424-1433页

作者：任晓刚高逸超高方北京市科学技术研究院北京100089

实施创新驱动发展战略不仅是实现国家治理体系和治理能力现代化的重要举措,也是实现中国式现代化的重要内容。聚焦科技领域、具有知识和技术密集特点的科技智库高质量发展的重要性日益凸显。我国科技智库始终坚持党的领导和人民至上的... 详细信息

实施创新驱动发展战略不仅是实现国家治理体系和治理能力现代化的重要举措,也是实现中国式现代化的重要内容。聚焦科技领域、具有知识和技术密集特点的科技智库高质量发展的重要性日益凸显。我国科技智库始终坚持党的领导和人民至上的价值理念,坚持多元化、“综合集成”的智库体系发展模式,拥有多学科融合交叉的产品种类和专业化复合化的科技人才;但是,也面临着创新人才支撑力有待提升,科技产出不足与转化率不高,体制机制改革创新有待加强,以及研究经费投入强度不足等一系列重要问题。为进一步推动科技智库高质量发展,新时代新型科技智库建设应当遵循7个方面的价值取向:优化我国科技智库的顶层设计,全面提升科技智库参与决策咨询的广度和深度;创新科技智库的研究方法与模式,不断提升科技智库科技生命力;大力发展壮大科技智库人才战略力量,不断夯实科技智库科技研究基石;构建科技智库公正且权威的评价体系,不断完善信息资源共享体制机制;推动科技智库管理数字化转型发展,不断完善科技智库运行机制;完善多元化经费投入机制,提升科技智库成果转化率;加强科技智库国际交流协作,不断提升科技智库的全球影响力。

关键词：科技智库基本特征重要问题价值取向

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检测铁离子和肼的双功能荧光探针的合成与应用

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分析化学 2024年第6期52卷 809-827页

作者：端宁丁乐媛邓兵杨绍祥北京工商大学轻工科学技术学院

以6-甲氧基-2-乙酰萘为原料，通过两步反应方法合成了一种新的席夫碱荧光探针DFFH，采用核磁共振氢谱（1H NMR）、碳谱(13C NMR)和高分辨质谱（HRMS）表征其结构，并考察了其光谱性质。在乙醇-水（EtOH-H2O,1:4,V/V）体系中，探针DFFH中... 详细信息

以6-甲氧基-2-乙酰萘为原料，通过两步反应方法合成了一种新的席夫碱荧光探针DFFH，采用核磁共振氢谱（1H NMR）、碳谱(13C NMR)和高分辨质谱（HRMS）表征其结构，并考察了其光谱性质。在乙醇-水（EtOH-H2O,1:4,V/V）体系中，探针DFFH中的4-羟基苯胺部分与Fe3+按摩尔比1:1络合后，在386 nm处的荧光强度明显下降；在二甲基亚砜-水（DMSO-H2O,9:1,V/V,pH=5）体系中，少量肼（N2H4）可诱导探针DFFH酚对氨基苯酚部分的肼解，同时N2H4和探针DFFH中的α,β-不饱和羰基发生环化加成反应，具有比率型荧光识别特性。基于上述原理，实现了对Fe3+和N2H4的灵敏检测。加入Fe3+后，探针DFFH溶液的发光强度略有降低；同时，随着N2H4浓度增大，探针DFFH溶液由无色变为黄棕色，两者检测互不干扰。探针对Fe3+和N2H4具有较好的灵敏度和选择性，检出限（LOD,3σ）分别为34.0 nmol/L和30.0 nmol/L。采用此探针检测不同水样中Fe3+和N2H4的含量，回收率分别在96.5%～102.3%和98.1%～103.0%之间，表明探针DFFH可用于实际水样中Fe3+和N2H4含量的检测。

关键词：双功能荧光探针铁离子肼水样

来源：博看期刊

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液态金属催化裂解甲烷制氢动力学研究

高等学校化学学报 2024年第2期45卷 97-103页

作者：廖加术刘建星王思蜀陈波陈建军韦建军叶宗标芶富均四川大学原子核科学技术研究所成都610064 四川大学原子与分子物理研究所成都610064

液态金属催化甲烷热解是一种高效生产氢气且无二氧化碳排放的新兴技术.本文开发了一个液态金属裂解反应器催化甲烷热解的数值模型,在实验室自主搭建的液态金属制氢平台上得到的实验数据与模型预测结果吻合良好.该模型是基于甲烷在气液... 详细信息

液态金属催化甲烷热解是一种高效生产氢气且无二氧化碳排放的新兴技术.本文开发了一个液态金属裂解反应器催化甲烷热解的数值模型,在实验室自主搭建的液态金属制氢平台上得到的实验数据与模型预测结果吻合良好.该模型是基于甲烷在气液界面发生的催化热解、气泡内部发生的非催化热解过程和气泡上升过程中的流动行为,耦合了催化和非催化反应动力学和流体力学所建立的.使用气体体积流速、压力、气体成分、温度和液态金属性质(密度、黏度和表面张力)预测气泡尺寸和熔体中的气含率.该模型较好地预测了液态铜铋合金(Cu_(0.45)Bi_(0.55))催化甲烷热解实验中不同温度、不同甲烷进气流量和液态金属高度下的甲烷转化率,得到了催化甲烷热解过程中的气含率、表观气体速率和压力沿液态金属高度的分布.实验数据与模型预测结果的高度吻合证明了模型的可靠性,该模型未来将有助于反应器优化和氢产率提高.

关键词：液态金属反应动力学流体力学催化甲烷热解

基于超级电容储能的HL-3装置中性束逆变型高压电源模块设计

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核技术 2024年第5期47卷 151-158页

作者：张锦涛王英翘汤贤夏于洋李青南华大学核科学技术学院衡阳421001 核工业西南物理研究院成都610225

高压电源是中性束注入加热系统的重要组成部分,决定着束能量和引出束流的品质。随着电压等级的逐步提高,脉冲阶梯调制(Pulse Step Modulation,PSM)高压电源无法满足实验要求。为了实现中性束调制注入功率的快速切换,提出一种基于超级电... 详细信息

高压电源是中性束注入加热系统的重要组成部分,决定着束能量和引出束流的品质。随着电压等级的逐步提高,脉冲阶梯调制(Pulse Step Modulation,PSM)高压电源无法满足实验要求。为了实现中性束调制注入功率的快速切换,提出一种基于超级电容储能的逆变型高压电源。采用超级电容储能方式,降低所需电网容量,减小对电网的冲击。采用软开关技术的直流(DC)-直流(DC)谐振变换器结构,提高电源的响应速度,减小开关器件的开关损耗。设计电源模块电路拓扑,根据电源性能指标要求完成系统建模计算。建立充电电路和主回路的电力仿真软件PSIM(Power SIMulation)仿真模型,对电源性能指标进行仿真验证。最后搭建了逆变电源模块测试样机,进行了阶跃响应、电压纹波和软开关性能指标测试。仿真及实验验证结果表明:设计的电源模块能够实现1 600 V/50 A的稳定输出,满足6 MW/120 kV设计要求。

关键词： HL-3装置超级电容中性束注入逆变型高压电源 DC-DC谐振变换器

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WiFense:从衍射模型到边界监控

软件学报 2024年第3期35卷 1515-1533页

作者：刘兆鹏李晟洁张越曾有为张大庆北京大学信息科学技术学院北京100871 高可信软件技术教育部重点实验室(北京大学) 北京100871

近年来,随着普适计算概念的深入人心,智能感知技术已成为研究者们关注的焦点,且基于WiFi的非接触式感知因其优秀的普适性、低廉的部署成本以及良好的用户体验越来越受到学术界和工业界的青睐.典型的WiFi非接触式感知工作有手势识别、呼... 详细信息

近年来,随着普适计算概念的深入人心,智能感知技术已成为研究者们关注的焦点,且基于WiFi的非接触式感知因其优秀的普适性、低廉的部署成本以及良好的用户体验越来越受到学术界和工业界的青睐.典型的WiFi非接触式感知工作有手势识别、呼吸检测、入侵检测、行为识别等,这些工作若实际部署,需首先避免其他无关区域中无关行为的干扰,因此需要判断目标是否进入到特定的感知区域中.这意味着系统应具备精准判断目标在界线哪一侧的能力,然而现有工作未能找到一个可以对某个自由设定的边界进行精确监控的方法,这阻碍了WiFi感知应用的实际落地.基于这一关键问题,从电磁波衍射的物理本质出发,结合菲涅尔衍射模型(Fresnel diffraction model),找到一种目标穿越link(收发设备天线的连线)时的信号特征(Rayleigh distribution in Fresnel diffraction model,RFD),并揭示该信号特征与人体活动之间的数学关系;之后以link作为边界,结合天线间距带来的波形时延以及AGC(automatic gain control)在link被遮挡时的特征,通过越线检测实现对边界的监控.在此基础上,还实现了两个实际应用,即入侵检测系统和居家状态监测系统,前者的精确率超过89%、召回率超过91%,后者的准确率超过89%.在验证所提边界监控算法的可用性和鲁棒性的同时,也展示了所提方法与其他WiFi感知技术相结合的巨大潜力,为WiFi感知技术的实际部署提供了思考方向.

关键词：非接触式感知 WiFi 信道状态信息(CSI) link穿越检测边界监控

科技伦理治理要准确把握新科技革命及其伦理问题的新特点

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科学通报 2024年第13期69卷 1677-1680页

作者：李正风刘瑶瑶清华大学社会科学学院北京100084 清华大学科学技术与社会研究中心北京100084

科学技术发展的每一次重大突破都伴随着不同程度、不同类型的伦理挑战.当前,以数字科技、人工智能、生命科学为中心的新一轮科技革命加速演化,给人类自身和社会经济发展带来了前所未有的根本性变革,也带来了更深刻、更广泛、更多样的社... 详细信息

科学技术发展的每一次重大突破都伴随着不同程度、不同类型的伦理挑战.当前,以数字科技、人工智能、生命科学为中心的新一轮科技革命加速演化,给人类自身和社会经济发展带来了前所未有的根本性变革,也带来了更深刻、更广泛、更多样的社会伦理问题,如何应对新兴科技伦理挑战已成为全球各国共同面对的重大议题.要在当代新科技革命条件下完善科技伦理体系、提升科技伦理治理能力,必须准确把握当代新科技革命及其引发的科技伦理问题的新特点,探索新的治理思路和治理体系,这样才能切实提高当代科技伦理治理的水平与效能.

关键词：社会经济发展新科技革命伦理治理伦理挑战社会伦理问题新兴科技人工智能生命科学

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褐藻寡糖对低初生重断奶仔猪抗氧化能力、免疫功能和肠道上皮屏障的影响

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动物营养学报 2024年第7期36卷 4271-4280页

作者：邓雄熊燕飞伍树松夏冰刘明北京农学院动物科学技术学院北京102206 湖南农业大学动物科学技术学院长沙410128

本试验旨在研究褐藻寡糖(AOS)对低出生重(LBW)断奶仔猪抗氧化能力、免疫功能以及肠道上皮屏障的影响。试验共选取108头28日龄断奶仔猪,其中36头为正常初生重(NBW)仔猪,作为NBW组,72头为LBW仔猪,将这72头LBW仔猪随机分为LBW组、AOS组。... 详细信息

本试验旨在研究褐藻寡糖(AOS)对低出生重(LBW)断奶仔猪抗氧化能力、免疫功能以及肠道上皮屏障的影响。试验共选取108头28日龄断奶仔猪,其中36头为正常初生重(NBW)仔猪,作为NBW组,72头为LBW仔猪,将这72头LBW仔猪随机分为LBW组、AOS组。每组设6个重复,每个重复6头猪。NBW组、LBW组饲喂基础饲粮,AOS组在基础饲粮中添加500 mg/kg AOS。试验期28 d。结果显示:1)LBW组和AOS组的平均日增重和平均日采食量显著低于NBW组(P<0.05)。2)与LBW组相比,AOS组血清中低密度脂蛋白胆固醇含量显著降低(P<0.05)。3)与LBW组相比,AOS组血清中过氧化氢酶、超氧化物歧化酶活性和总抗氧化能力显著提高(P<0.05)。4)LBW组血清中白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α含量显著高于NBW组和AOS组(P<0.05);AOS组猪血清中免疫球蛋白M含量显著高于LBW组和NBW组(P<0.05)。5)与LBW组相比,AOS组空肠和回肠绒毛高度、绒毛高度/隐窝深度比值显著增加(P<0.05),回肠黏膜中紧密连接相关基因闭锁小带蛋白-1(ZO-1)、封闭蛋白-1(Claudin-1)和闭合蛋白(Occludin)的mRNA相对表达量显著提高(P<0.05)。以上结果表明,AOS能通过调节LBW断奶仔猪的抗氧化能力、免疫功能和肠道上皮屏障完整性改善机体健康。

关键词：低出生重仔猪褐藻寡糖抗氧化能力免疫功能肠道上皮屏障

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