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全轮Shadow算法的差分和线性特征分析

计算机应用 2024年

作者：项勇李艳俊黄丁韫陈愚谢惠琴中国电子科技集团公司第十五研究所信息产业信息安全测评中心北京电子科技学院密码科学与技术系

随着射频识别技术（RFID）、无线传感器的应用越来越广泛，为了保护这类资源受限设备存储和传输的数据，轻量级密码应运而生。轻量级密码密钥长度和轮数相对少，因此在正式投入使用前，有必要对其进行精确的安全性分析。针对轻量级密码... 详细信息

随着射频识别技术（RFID）、无线传感器的应用越来越广泛，为了保护这类资源受限设备存储和传输的数据，轻量级密码应运而生。轻量级密码密钥长度和轮数相对少，因此在正式投入使用前，有必要对其进行精确的安全性分析。针对轻量级密码安全需求，分析了全轮Shadow算法的差分和线性特征。首先提出了一种二次差分的概念，更清楚地刻画了差分特征，证明了该算法存在概率为1的全轮差分特征，并且通过实验验证了差分特征的正确性。其次，给出了全轮线性特征，证明了给定一组Shadow-32(Shadow-64)的明密文，可以获取8(16)比特的密钥信息，并且通过实验验证其正确性。再次，基于明文、密文和轮密钥之间的线性等式关系估计了2次布尔函数方程个数和自变量个数，得到求解初始密钥的计算复杂度为263.4。最后，总结了Shadow算法的结构特点，提出了下一步研究重点。全轮Shadow算法的差分和线性特征的分析工作对其他轻量级密码的差分分析和线性分析具有一定的借鉴作用。

关键词： Shadow算法轻量级分组密码差分特征线性特征密钥恢复

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相干光通信消相位模糊载波同步算法

光学学报 2024年第5期44卷 77-85页

作者：李华贵李少波刘旭超马树泉中国电子科技集团公司第五十四研究所光通信研发中心河北石家庄050081 河北省光子信息技术与应用重点实验室河北石家庄050081

相针对基于相位增量的M次方载波同步算法存在的相位模糊问题,分析了相位模糊与系统调制参数之间的关系,并通过对帧同步过程进行改进,实现了载波同步相位模糊的消除。分别基于OptiSystem和集成相干光通信收发机搭建了空间相干光通信仿真... 详细信息

相针对基于相位增量的M次方载波同步算法存在的相位模糊问题,分析了相位模糊与系统调制参数之间的关系,并通过对帧同步过程进行改进,实现了载波同步相位模糊的消除。分别基于OptiSystem和集成相干光通信收发机搭建了空间相干光通信仿真系统和实验系统,并利用所提的消相位模糊载波同步算法对接收信号进行了处理。仿真和实验结果表明,所提出的消相位模糊载波同步算法频偏补偿和相差补偿范围不受系统调制速率、调制阶数的约束,具有更好的应用前景。

关键词：光通信相干光通信相干探测载波同步消相位模糊帧同步

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改进的KLEIN算法及其量子分析

计算机应用 2024年第9期44卷 2810-2817页

作者：李艳俊葛耀东王琦张伟国刘琛中国电子科技集团公司第十五研究所信息产业信息安全测评中心北京100083 北京电子科技学院密码科学与技术系北京100070

KLEIN自提出之后经历了截断差分分析、积分分析等攻击,加密结构具有实际安全性,但是由于密钥扩展算法的脆弱性导致了全轮密钥恢复攻击。首先,修改密钥扩展算法,提出一种改进后的算法N-KLEIN;其次,采用in-place方法对S盒进行高效量子电... 详细信息

KLEIN自提出之后经历了截断差分分析、积分分析等攻击,加密结构具有实际安全性,但是由于密钥扩展算法的脆弱性导致了全轮密钥恢复攻击。首先,修改密钥扩展算法,提出一种改进后的算法N-KLEIN;其次,采用in-place方法对S盒进行高效量子电路实现,减小了电路的宽度和深度,提高了量子电路的实现效率;再次,使用LUP分解技术实现混淆操作的量子化;继次,对N-KLEIN进行量子电路设计,提出全轮N-KLEIN的高效量子电路。最后,评估N-KLEIN算法量子实现的资源占用,并与PRESENT、HIGHT等现有的轻量级分组密码的量子实现占用资源进行对比;同时,基于Grover算法对密钥搜索攻击所需要的代价进行深入研究,给出Clifford+T模型下N-KLEIN-{64,80,96}使用Grover算法搜索密钥需要的代价,并评估了N-KLEIN的量子安全性。对比结果表明,N-KLEIN算法量子实现的成本明显较低。

关键词：轻量级分组密码 KLEIN 量子电路 S盒 Grover算法

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基于MILP的MGFN全轮差分分析及改进

计算机应用研究 2024年第3期41卷 911-915,922页

作者：李艳俊毕鑫杰项勇林怡平中国电子科技集团公司第十五研究所信息产业信息安全测评中心北京100083 北京电子科技学院密码科学与技术系北京100070 北京电子科技学院网络空间安全系北京100070

研究了轻量级分组密码MGFN算法的抗差分分析能力并提出了改进方法。首先,基于MILP工具对MGFN算法建模,搜索迭代差分并构造了全轮差分路径,整体差分概率为2-40,远远大于随机置换的差分概率。然后,给出S盒的差分分支数概念并将其作为衡量... 详细信息

研究了轻量级分组密码MGFN算法的抗差分分析能力并提出了改进方法。首先,基于MILP工具对MGFN算法建模,搜索迭代差分并构造了全轮差分路径,整体差分概率为2-40,远远大于随机置换的差分概率。然后,给出S盒的差分分支数概念并将其作为衡量差分安全性的指标,以新S盒替代原MGFN算法的S盒,并修改了密钥扩展算法,提出新的MGFN-P算法。最后,通过差分路径搜索和分析比较,说明了MGFN-P算法比原MGFN算法更安全、高效。

关键词： MGFN 轻量级分组密码 MILP 差分分析分支数

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可溯源车联网匿名签名和批量验证方案设计

计算机工程与应用 2024年

作者：刘健李艳俊郑继虎彭祥凯刘润一中国电子科技集团公司第十五研究所信息产业信息安全测评中心清华大学网络科学与网络空间研究院北京电子科技学院密码科学与技术系

智能交通系统中行驶车辆需要传递各种实时交通信息或位置信息，这些信息的真实性、不可伪造性、向前向后安全、可追踪等性能在提高交通效率、减少交通事故、提升出行体验等方面发挥着极其重要的作用。通过研究基于椭圆曲线的数字签名算... 详细信息

智能交通系统中行驶车辆需要传递各种实时交通信息或位置信息，这些信息的真实性、不可伪造性、向前向后安全、可追踪等性能在提高交通效率、减少交通事故、提升出行体验等方面发挥着极其重要的作用。通过研究基于椭圆曲线的数字签名算法，设计了一个可溯源车联网匿名签名和批量验证方案。首先可信机构初始化系统并为车辆用户设置假名，发送相应的用户公钥和签名私钥；然后车辆用户对需要发送的消息进行签名，并发送路侧单元进行验证，验证方式包含单个验证和批量验证，其中批量验证又包含Type I型和Type II型两种验证方式；接着进行了正确性和安全性证明，并通过仿真实验与已有方案进行比较，本方案带宽需求和计算代价更少；最后进行了全文总结和下一步研究展望。

关键词：车联网可溯源签名方案批量验证

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量子计算模型下PFP算法的安全性分析

计算机应用 2024年第4期44卷 1166-1171页

作者：李艳俊景小宇谢惠琴项勇中国电子科技集团公司第十五研究所信息产业信息安全测评中心北京100083 河南省网络密码技术重点实验室郑州450012 北京电子科技学院北京100070

量子技术的快速发展和量子计算效率的不断提高,以及Shor算法和Grover算法的出现,给传统公钥密码和对称密码的安全性造成了较大威胁。因此,基于Feistel结构设计的分组密码PFP算法,首先将轮函数的线性变换P融入Feistel结构的周期函数构造... 详细信息

量子技术的快速发展和量子计算效率的不断提高,以及Shor算法和Grover算法的出现,给传统公钥密码和对称密码的安全性造成了较大威胁。因此,基于Feistel结构设计的分组密码PFP算法,首先将轮函数的线性变换P融入Feistel结构的周期函数构造,推导得到PFP算法的4个5轮周期函数,比选择明文攻击模型下典型Feistel结构的周期函数多2轮,并通过实验验证正确性;进一步地,以其中一个5轮周期函数作为区分器,结合量子Grover算法和Simon算法,通过分析PFP密钥编排算法的特点对9、10轮PFP进行了安全性评估,得到正确密钥比特需要的时间复杂度为2^(26)、2^(38.5),需要的量子资源为193、212个量子比特,可以恢复58、77比特密钥,优于已有不可能差分分析结果。

关键词： Simon算法 Grover算法 PFP算法周期函数量子密钥恢复

空基激光通信大气湍流传输的HARQ方案性能分析

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光学技术 2024年第4期50卷 484-491页

作者：王娟武文周中国电子科技集团公司光电研究院天津300308 中国电子科技集团公司第五十四研究所光通信研发中心河北石家庄050081 河北省光子信息技术与应用重点实验室河北石家庄050081

大气湍流信道所引起的激光链路信号功率随机衰落是影响空基激光链路通信质量的重要因素。针对空基激光通信链路受大气湍流影响在短时间随机衰落导致的通信性能恶化情况开展HARQ传输能力仿真和性能分析。分析了不同编码码率、重传帧结构... 详细信息

大气湍流信道所引起的激光链路信号功率随机衰落是影响空基激光链路通信质量的重要因素。针对空基激光通信链路受大气湍流影响在短时间随机衰落导致的通信性能恶化情况开展HARQ传输能力仿真和性能分析。分析了不同编码码率、重传帧结构对误码纠错性能的影响,通过调整HARQ传输策略,对误码率性能改善以及通信带宽利用率等传输性能结果进行比较。根据仿真结果可知,较精细化的重传控制以及改变纠错编码码率能够有效提高激光链路的误码纠错能力。通过平衡HARQ重传过程中的编码码率和重传帧长度,可以在不影响链路传输效率的情况下明显改善激光链路传输性能。

关键词：空基激光通信大气湍流混合自动重发请求

基于Q学习的蜂窝车联网边缘计算系统PC-5/Uu接口联合卸载策略

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电子学报 2024年第2期52卷 385-395页

作者：冯伟杨林思雨冯婧涛李赟孔繁鹏艾渤北京交通大学电子信息工程学院北京100044 轨道交通安全协同创新中心北京100044 中国铁路信息科技集团有限公司信息调度中心北京100089 中铁信(北京)网络技术研究院有限公司信息技术研究室北京100089 智慧高铁系统前沿科学中心北京100044

智能驾驶等智能交通服务对时延要求高,在车辆本身算力不足的情况下,车辆需要周围车辆和路旁边缘计算单元帮助其一起完成任务的计算处理.本文在既有车联网边缘计算卸载策略基础上,考虑了蜂窝车联网系统5G-NR接口与PC-5接口链路的特征差异... 详细信息

智能驾驶等智能交通服务对时延要求高,在车辆本身算力不足的情况下,车辆需要周围车辆和路旁边缘计算单元帮助其一起完成任务的计算处理.本文在既有车联网边缘计算卸载策略基础上,考虑了蜂窝车联网系统5G-NR接口与PC-5接口链路的特征差异,提出了一种基于Q学习的PC-5/Uu接口联合边缘计算卸载策略.在对蜂窝车联网PC-5链路传输成功率进行建模的基础上,推导了PC-5链路的传输速率表征方法.以最小化蜂窝车联网任务处理时延为目标,以任务车辆发射功率与边缘计算车辆的计算能量损耗为约束,构建了系统时延最小化的有约束马尔科夫决策过程.通过拉格朗日方法,将有约束马尔科夫决策过程问题转化为一个等价的极小极大的无约束马尔科夫决策过程,引入Q学习设计卸载策略,进而提出基于Q学习的蜂窝车联网边缘计算系统卸载策略.仿真结果表明,与其他基线方案相比,本文提出的算法可以降低系统时延27.3%以上.

关键词：蜂窝车联网边缘计算有约束马尔科夫过程计算迁移 Q学习

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无人机地面控制站通用化研究

现代电子技术 2024年第1期47卷 14-19页

作者：何文志中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050081

无人机地面控制站作为无人机系统的信息汇聚中心和指挥控制中心,是保障飞行安全、遂行作战任务和共享侦察载荷信息的关键,同时也是无人机与其他作战力量实现互联互通的重要手段。目前不同的飞机平台单位、甚至相同单位不同的团队设计的... 详细信息

无人机地面控制站作为无人机系统的信息汇聚中心和指挥控制中心,是保障飞行安全、遂行作战任务和共享侦察载荷信息的关键,同时也是无人机与其他作战力量实现互联互通的重要手段。目前不同的飞机平台单位、甚至相同单位不同的团队设计的地面控制站也无法通用,文中通过分析目前地面控制站现状,构建通用地面控制站型谱,建立通用化标准体系,设计系统和软件体系架构,提出无人机通用地面控制站关键技术解决方案。

关键词：地面控制站无人机通用化指挥控制侦察任务型谱标准体系体系架构

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