检索结果-内蒙古大学图书馆

电子与信息学报 2024年第11期46卷 4132-4140页

作者：赖李洋郑锫骏梁海成李华伟汕头大学电子系汕头515063 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190

随着机器人自动导航技术的快速发展,基于软件实现的路径规划算法在实时性上已无法满足许多应用场景的需求,这就要求对算法进行快速高效的硬件定制,从而获得低延时的性能加速。该文以机器人路径规划中的经典A*算法为对象,通过构建面向硬... 详细信息

随着机器人自动导航技术的快速发展,基于软件实现的路径规划算法在实时性上已无法满足许多应用场景的需求,这就要求对算法进行快速高效的硬件定制,从而获得低延时的性能加速。该文以机器人路径规划中的经典A*算法为对象,通过构建面向硬件设计的C/C++数据结构和函数流程优化,采用高层综合(HLS)实现快速的硬件架构探索和选取较优的设计方案,并完成硬件FPGA综合。实验数据表明,相较于传统寄存器传输级(RTL)开发模式,基于HLS开发模式的路径规划算法在FPGA实现上在开发效率、硬件性能和资源占用率上都有显著提升,验证了高层综合在硬件定制中的可行性和成本优势。

关键词：机器人自动导航路径规划算法高层综合算法硬件加速

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基于压缩感知的神经网络实时综合防御策略

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计算机学报 2023年第1期46卷 1-16页

作者：王佳张扬眉苏武强罗成文吴超林秋镇李坚强深圳大学计算机与软件学院深圳518060 中国科学院大学北京100049 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190

近年来,基于深度神经网络的视觉识别模型因其在准确率、成本及效率等方面的优势而广泛应用于自动驾驶、工业检测及无人机导航等领域.而深度神经网络自身易受数字域或物理域对抗样本攻击导致模型误判,因此其在无人驾驶等具有强鲁棒性、... 详细信息

近年来,基于深度神经网络的视觉识别模型因其在准确率、成本及效率等方面的优势而广泛应用于自动驾驶、工业检测及无人机导航等领域.而深度神经网络自身易受数字域或物理域对抗样本攻击导致模型误判,因此其在无人驾驶等具有强鲁棒性、高实时性要求的场景中部署和应用可能为系统引入新的风险.现有的防御方案在增强模型鲁棒性的同时往往造成准确率明显下降,且往往不能对像素攻击和补丁攻击均提供较强防御能力.因此,设计一种精度高且对多类对抗攻击均具有强鲁棒性的实时综合防御策略成为深度神经网络视觉方案落地应用的关键.本文提出一种基于压缩感知的神经网络实时综合防御策略ComDCT,首先构建图像压缩感知压缩域与其稀疏离散余弦系数之间的映射神经网络,并将网络输出的离散余弦系数通过离散余弦逆变换恢复为去除对抗性扰动的图像作为分类器输入,以降低对抗样本攻击成功率.其次,本文提出通过引入分类损失进一步提升防御策略的综合性能,并根据防御者是否掌握分类模型参数结构等信息分析讨论并验证了黑盒、白盒两种防御模式下引入分类损失的有效性.相比于ComDefend、MF、TVD、LRR等多种防御方法,本文提出的基于压缩感知的神经网络实时综合防御策略在白盒防御模式下防御性能综合指标PDA在LISA、SVHN数据集上分别提升11.88%、7.01%以上,黑盒防御模式下分别提升9.25%、6.7%以上.

关键词：深度神经网络对抗防御压缩感知无人驾驶

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基于软硬协同的程序运行时安全保护机制

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计算机学报 2023年第1期46卷 180-201页

作者：李亚伟章隆兵张福新王剑计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

内存篡改(Memory Corruption)是现代各类攻击的主要原因,通过修改内存中的数据,达到劫持控制流的目的.使用不安全语言暴露内存细节给开发者,导致很多的敏感数据可以任意被修改.现有的解决方案针对安全攻击主要包括两个方面,软件检查和... 详细信息

内存篡改(Memory Corruption)是现代各类攻击的主要原因,通过修改内存中的数据,达到劫持控制流的目的.使用不安全语言暴露内存细节给开发者,导致很多的敏感数据可以任意被修改.现有的解决方案针对安全攻击主要包括两个方面,软件检查和硬件机制保护.基于软件检查的机制虽然灵活,但是存在严重的性能问题.基于硬件的方法可以大幅度解决性能问题,而且要比软件的方式安全性更高.因此提出了很多的硬件相关的保护机制.但现有的硬件机制大都仅仅针对单一的攻击,而且缺乏灵活性.在本文中,我们提出了一种软硬件结合的解决方案,通过对程序运行时敏感数据进行加密隐藏,在访问这些敏感数据时进行解密,然后做安全检查,判断敏感数据是否被修改.在硬件实现上,本文设计了安全的Load和Store类指令,以及硬件加密解密模块.同时在软件编译器上对此类安全指令支持,针对不同的使用场景提出了两种安全策略:全局约束策略和上下文执行约束策略.相比于前者,后者提供了更加严格的约束,可适用于安全度更高的程序保护.本文的安全机制能够抵御多种攻击向量,比如针对CFI类攻击,最近的DOP攻击,GOT表和虚函数表指针感染攻击等.还可以抵御缓冲区溢出类的攻击,支持信息隐藏等.通过SPEC2006的测试程序表明,本文提出的安全机制性能损耗仅仅为4.5%.

关键词：内存篡改敏感数据加解密运行时保护

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面向卷积神经网络的高能效比特稀疏加速器设计

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计算机辅助设计与图形学学报 2023年第7期35卷 1122-1131页

作者：肖航许浩博王颖李佳骏王郁杰韩银和中国科学院计算技术研究所智能计算机研究中心北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190

为解决当前比特稀疏架构的性能瓶颈,提出高能效比特稀疏加速器设计.首先提出一种激活值编码方法和相应的电路来提高卷积神经网络的比特稀疏度,结合比特串行电路实时跳过激活值的零值比特来加速神经网络的计算;然后提出一种列共享同步机... 详细信息

为解决当前比特稀疏架构的性能瓶颈,提出高能效比特稀疏加速器设计.首先提出一种激活值编码方法和相应的电路来提高卷积神经网络的比特稀疏度,结合比特串行电路实时跳过激活值的零值比特来加速神经网络的计算;然后提出一种列共享同步机制,以解决比特稀疏架构的同步问题,并在较小的面积和功耗开销下大幅提高比特稀疏架构的计算性能.在SMIC 40 nm工艺和1 GHz频率下,评估不同的比特稀疏架构在卷积神经网络上的能效.实验结果表明,与非稀疏加速器VAA和比特稀疏加速器LS-PRA相比,所提出的加速器AS-PRA分别提高了544%和179%的能效.

关键词：卷积神经网络加速器比特稀疏编码与同步

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面向功能向量的并行逻辑模拟

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计算机辅助设计与图形学学报 2023年第5期35卷 803-810页

作者：赖李洋杨玉鑫李华伟林晓泽汕头大学电子信息工程系汕头515063 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190

为了提高数字系统中功能向量的模拟效率并获得良好的性能扩展性,提出一种并行逻辑模拟算法.首先针对异质计算中图形显卡和多核微处理器的架构特性,结合同层级逻辑门仿真的任务并行性和竞争包容的事件管理机制;然后采用基于位操作的门运... 详细信息

为了提高数字系统中功能向量的模拟效率并获得良好的性能扩展性,提出一种并行逻辑模拟算法.首先针对异质计算中图形显卡和多核微处理器的架构特性,结合同层级逻辑门仿真的任务并行性和竞争包容的事件管理机制;然后采用基于位操作的门运算、基于时帧的模拟以及基于VCD的功能向量进行逻辑仿真.在超百万门的开源电路openMSP和ISCAS89上的实验结果表明,对比单线程算法,功能向量模拟可以获得8.9~86.8的性能加速比,且加速比与电路的规模成正比.

关键词：并行逻辑模拟功能向量仿真异质并行计算

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面向3D生成对抗网络的频域加速器设计

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计算机辅助设计与图形学学报 2023年第6期35卷 953-960页

作者：江卓燊刘博生唐忆滨武继刚广东工业大学计算机学院广州510006 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室北京100190 武汉数字工程研究所武汉430074

三维生成对抗网络(3D generative adversarial networks,3D GANs)广泛应用于模型预测、对象生成等领域.针对当前3D GANs加速器存在计算开销高、访存能耗高等问题,提出一种基于快速傅里叶变换(FFTs)的3D GANs频域加速器设计(FAG).首先针... 详细信息

三维生成对抗网络(3D generative adversarial networks,3D GANs)广泛应用于模型预测、对象生成等领域.针对当前3D GANs加速器存在计算开销高、访存能耗高等问题,提出一种基于快速傅里叶变换(FFTs)的3D GANs频域加速器设计(FAG).首先针对3D GANs加速器计算开销高的问题,提出支持频域3D GANs计算的硬件架构,利用频域低计算复杂度特性和频域反卷积中的零值模式以减少计算开销;其次针对3D GANs加速器访存能耗高的问题,提出支持3D卷积和反卷积计算的频域映射调度流,利用频域共轭对称特性和反卷积中的零值模式减少访存开销.基于ModelNet数据集和3个3D GANs模型(3DGAN,3D-IWGAN和3D-PhysNet)的评估结果表明,与具有代表性的频域加速器相比,FAG可使性能提高76%,能效提高141%;与具有代表性的空间域加速器相比,FAG的性能提高6倍,能效提高46倍.

关键词：频域加速器 3D GANs 反卷积数据重用调度流

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模块化片上系统中高级可扩展接口的死锁避免

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电子与信息学报 2023年第9期45卷 3175-3183页

作者：郭振江王焕东张福新肖俊华计算机体系结构国家重点实验室北京100190 中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049 龙芯中科技术有限公司北京100190

模块化片上系统(MSoC)包含多个独立的IP组件及多个可能的子网络,这种异构集成的方式往往为片上网络(NoC)引入潜在的死锁。该文基于模块化异构系统MSoC研究了使用高级可扩展接口(AXI)协议的片上网络中3种类型的死锁。MSoC包含多种常见的... 详细信息

模块化片上系统(MSoC)包含多个独立的IP组件及多个可能的子网络,这种异构集成的方式往往为片上网络(NoC)引入潜在的死锁。该文基于模块化异构系统MSoC研究了使用高级可扩展接口(AXI)协议的片上网络中3种类型的死锁。MSoC包含多种常见的异构组件,以及由多个独立子网络集成的片上网络,能够充分反映真实芯片的复杂性和不规则性。该文发现除环形通道导致的死锁外,基于AXI的片上网络还涉及双重路径死锁和桥接死锁。该文还提出一种两阶段算法检测片上网络中可能存在的这3种死锁。相比于通用验证方法学(UVM)随机验证,使用该算法可以将检测时长从几个月缩短到几个小时,提高片上网络的可靠性和鲁棒性。

关键词：片上网络模块化片上系统死锁避免高级可扩展接口协议

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开源C/C++静态软件缺陷检测工具实证研究

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软件学报 2022年第6期33卷 2061-2081页

作者：李广威袁挺李炼计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049

软件静态缺陷检测是软件安全领域中的一个研究热点.随着使用C/C++语言编写的软件规模和复杂度的逐渐提高,软件迭代速度的逐渐加快,由于静态软件缺陷检测不需要运行目标代码即可发现其中潜藏的缺陷,因而在工业界和学术界受到了更为广泛... 详细信息

软件静态缺陷检测是软件安全领域中的一个研究热点.随着使用C/C++语言编写的软件规模和复杂度的逐渐提高,软件迭代速度的逐渐加快,由于静态软件缺陷检测不需要运行目标代码即可发现其中潜藏的缺陷,因而在工业界和学术界受到了更为广泛的关注.近年来涌现出大量使用软件静态分析技术的检测工具,并在不同领域的软件项目中发挥了不可忽视的作用,但是开发者仍然对静态缺陷检测工具缺乏信心.高误报率是C/C++静态缺陷检测工具难以普及的首要原因.因此,选择现有的较为完善的开源C/C++静态缺陷检测工具,在Juliet基准测试集和37个良好维护的开源软件项目上对特定类型缺陷的检测效果进行了深入研究,结合检测工具的具体实现,归纳了导致静态缺陷检测工具产生误报的关键原因.同时,通过研究静态缺陷检测工具的版本迁移轨迹,总结出了当下静态分析工具的发展方向和未来趋势,有助于未来静态分析技术的优化和发展,从而实现静态缺陷检测工具的普及应用.

关键词：软件缺陷检测静态分析软件质量保证源码安全

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面向对象程序的上下文敏感指针分析研究

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软件学报 2022年第1期33卷 78-101页

作者：李昊峰孟海宁郑恒杰曹立庆李炼计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049

指针分析是编译优化、程序静态分析中的基础,很多应用都需要基于指针分析,低精度的指针分析会给这些应用带来高误报率和漏报率,通过添加上下文敏感信息是提高指针分析的精度的一个重要手段.自从面向对象的概念被提出来之后,该概念得到... 详细信息

指针分析是编译优化、程序静态分析中的基础,很多应用都需要基于指针分析,低精度的指针分析会给这些应用带来高误报率和漏报率,通过添加上下文敏感信息是提高指针分析的精度的一个重要手段.自从面向对象的概念被提出来之后,该概念得到了广泛的应用,Java、C++、.NET、C#等主流语言都支持面向对象的特性,面向对象程序的指针分析越来越受关注.做了一个系统文献综述(SLR),通过对索引到的相关文献进行分析和归类,总结了面向对象程序的上下文敏感指针分析研究的5个主要问题,并对这5个问题中用到的方法进行了分析讨论.

关键词：指针分析上下文敏感面向对象语言系统文献综述

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基于软硬件协同的细粒度安全域隔离机制

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高技术通讯 2024年第1期34卷 33-45页

作者：李亚伟章隆兵王剑计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

基于内存篡改的攻击能够恶意地修改程序执行环境的关键数据,给程序提供一个安全可信的执行环境是抑制恶意软件的有效手段。本文提出了一种基于软硬件协同的解决方案,能够以函数调用为粒度,为程序执行提供相对隔离的安全执行环境。为了... 详细信息

基于内存篡改的攻击能够恶意地修改程序执行环境的关键数据,给程序提供一个安全可信的执行环境是抑制恶意软件的有效手段。本文提出了一种基于软硬件协同的解决方案,能够以函数调用为粒度,为程序执行提供相对隔离的安全执行环境。为了配合软件,在底层提供了2大硬件支撑:load/store指令在访存时都要进行地址检查,同时也设置了访问属性;在硬件页表上增加了函数调用隔离域(CFID),在TLB转换时进行安全隔离的检查。提供了2种不同场合的数据共享访问策略,在GEM5上实现了原型系统,通过运行安全测试集,能够有效地隔离非安全环境。相比于虚拟机和特权级切换的方法,本文的硬件实现几乎没有切换损耗。在SPEC CPU 2006的测试集中,本文提出的硬件隔离机制总体性能损耗低于3%。

关键词：细粒度隔离执行硬件安全软硬件协同

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