检索结果-内蒙古大学图书馆

软件学报 2023年第5期34卷 2268-2285页

作者：李正洁沈立炜李弋彭鑫复旦大学计算机科学与技术学院上海200438 上海市数据科学重点实验室(复旦大学) 上海200438

信息物理融合系统(cyber-physical system,CPS)在社会生活中发挥越来越广泛的作用.CPS资源的按需编排建立在CPS资源的软件定义基础上,软件接口的定义则依赖对CPS资源能力的充分描述.目前,CPS领域内缺少一个能规范表示资源及其能力的知... 详细信息

信息物理融合系统(cyber-physical system,CPS)在社会生活中发挥越来越广泛的作用.CPS资源的按需编排建立在CPS资源的软件定义基础上,软件接口的定义则依赖对CPS资源能力的充分描述.目前,CPS领域内缺少一个能规范表示资源及其能力的知识库和构建该知识库的有效方法.面向CPS资源的文本描述,提出构建CPS资源能力知识图谱并设计一种自底向上的自动构建方法.给定资源,所提方法先从其代码和文档中提取资源能力的文本描述信息,并基于预定义的表示模式生成规范化表示的能力短语.然后,基于动宾结构的关键成分对能力短语进行划分、聚合与抽象,生成不同类型资源的能力层次化抽象描述.最后,构建资源能力知识图谱.面向Home Assistant平台,构建了包含32个资源类别、957个资源能力的知识图谱.图谱构建实验从不同维度对比分析了手工构建和所提方法自动构建的结果.实验表明,所提方法为CPS资源能力知识图谱的自动化构建提供可行途径,有助于减少人工构建工作量,补充CPS领域内资源服务与能力的描述,并提高图谱的知识完备性.

关键词：信息物理融合系统(CPS) 能力知识图谱物联网(IoT)

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NTT架构研究及其FPGA硬件优化实现

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计算机学报 2023年第12期46卷 2670-2686页

作者：赵旭阳梁志闯胡跃耿合详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京100000

量子计算机的发展对现有公钥体系的影响是实质性的.在众多后量子密码流派中,格基密码方案因其安全性、高效性等优良特点而成为了主流技术路线.密码算法在各实现平台的运行效率是后量子算法评估进程中的重要指标.FPGA(Field Programmable... 详细信息

量子计算机的发展对现有公钥体系的影响是实质性的.在众多后量子密码流派中,格基密码方案因其安全性、高效性等优良特点而成为了主流技术路线.密码算法在各实现平台的运行效率是后量子算法评估进程中的重要指标.FPGA(Field Programmable Gate Array)具有并行性架构,是密码体系实际部署时的重要硬件平台.近年来,后量子算法的硬件优化实现研究吸引了越来越多的关注.针对格基密码算法中计算复杂度最高、耗时最长的操作——环上多项式乘法计算,本文对主流的加速技术——数论变换技术(Number-Theoretic Transform,NTT)进行了系统研究,根据参数不同将其分为标准NTT(Standard-NTT,SNTT)、删减NTT(Truncated-NTT,TNTT)、混合NTT(Hybrid-NTT,HNTT).为了提高适用性,设计了一种统一型、可常数时间执行、支持多参数的硬件电路,支持三种NTT架构,结合Karatsuba技巧,将对应系数相乘中乘法次数减少20%.针对NTT的核心操作——蝴蝶变换,设计了一种紧凑型、低时延的电路结构,可实现正向NTT、对应系数相乘、逆向NTT功能,同时支持CooleyTukey和Gentleman-Sande两种结构;提出一种新的系数访存模式,采用“交叉存储型”结构,使用双口BRAM将计算后的系数“对角交叉”变换位置后存储在原地址,利用双Bank存储模式满足蝴蝶变换单元的数据吞吐量;对Barrett约减算法进行修改,提出一种适用于多模值的模约减硬件单元,用加法和移位代替其中的乘法操作,减少乘法器资源的消耗.本方案使用Verilog HDL语言在Xilinx公司Artix-7系列XC7A200TFBG484-2型号FPGA芯片上进行了纯硬件优化实现.与当前研究相比,本设计在面积上减少12%-62.6%,时间上提升5.5%-49.8%.此外,我们还对高吞吐量的并行设计进行了优化实现,优化后的二并行、四并行架构时间上分别加速两倍、四倍,面积消耗仅为单结构的1.45倍、2.58倍.

关键词：后量子密码格基密码算法多项式乘法数论变换 FPGA 硬件实现

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格基密钥封装算法OSKR/OKAI硬件高效实现

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计算机学报 2023年第6期46卷 1156-1171页

作者：胡跃赵旭阳刘裕雄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京100878

量子计算技术的快速发展为现有公钥密码体系(RSA、椭圆曲线密码等)带来了巨大的挑战,为了抵御量子计算的攻击,后量子密码技术受到了学术界和工业界的广泛研究.其中,格基密码方案具有良好的安全性与实现效率,成为后量子密码领域的主要研... 详细信息

量子计算技术的快速发展为现有公钥密码体系(RSA、椭圆曲线密码等)带来了巨大的挑战,为了抵御量子计算的攻击,后量子密码技术受到了学术界和工业界的广泛研究.其中,格基密码方案具有良好的安全性与实现效率,成为后量子密码领域的主要研究方向之一.最近,美国标准与技术研究院公布了基于模格MLWE困难问题的Kyber算法作为密钥封装方案的标准,2019年我国举行的后量子密码算法竞赛的一等奖获奖算法Aigis也是基于同类困难问题.基于非对称密钥共识机制、混合数论变换、封装512比特密钥长度等技术,我国学者进一步提出了Kyber和Aigis的优化算法:OSKR和OKAI.针对算法设计高效、统一的硬件架构对我国推进后量子密码的标准化进程具有重要的借鉴意义.本文基于FPGA平台设计实现OSKR和OKAI两种算法的专用电路结构,主要工作如下:设计了一种四并行的多项式运算模块,可实现多种模值参数(3329和7681)下的数论变换、多项式乘法、多项式压缩等运算过程,从而提升了算法的整体运行效率;在此基础上设计了多功能采样模块、编解码模块和存储模块等,充分利用FPGA平台并行性的特点研究核心运算模块的优化设计.考虑到在密码实际应用中,往往需要在一个硬件平台上同时实现国际标准和国家标准两套算法,本文的设计可同时满足两套算法共六组参数的运算需求.本文的设计方案在Xilinx Artix-7开发板上进行了实际的部署和运行,并且和已有的同类型工作进行了对比,包括纯硬件设计、软硬协同设计和纯软件优化三种类型.结果表明,与最新的工作相比,本文的设计使得解封装的效率提升了30%左右;同时硬件资源消耗最高为12765个LUT、11434个FF、4个DSP和12.5个BRAM,略多于最新的工作,但本文的硬件设计可实现更多的算法和参数,有效提升了硬件资源的复用率.

关键词：后量子密码格基密码密钥封装 FPGA硬件实现

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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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NTRU格上高效紧凑密钥封装方案

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计算机研究与发展 2024年第4期61卷 1049-1069页

作者：梁志闯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

基于NTRU格设计后量子密钥封装方案是格密码领域主流方向之一.为降低密文尺寸,现有方案会引入额外的困难性假设和使用纠错码来辅助压缩密文,但这会导致方案的假设过强和实现更复杂.为克服这些障碍,提出了一个仅基于NTRU单向困难性假设... 详细信息

基于NTRU格设计后量子密钥封装方案是格密码领域主流方向之一.为降低密文尺寸,现有方案会引入额外的困难性假设和使用纠错码来辅助压缩密文,但这会导致方案的假设过强和实现更复杂.为克服这些障碍,提出了一个仅基于NTRU单向困难性假设、不使用纠错码也能压缩密文的高效紧凑的密钥封装方案LTRU.给出一套性能均衡的LTRU参数集:具有128 b量子安全强度、与之匹配且可忽略的错误率、较小的公钥尺寸和密文尺寸.LTRU基于NTT友好环构造,给出一种高效的混合基数论变换算法来计算该环上多项式运算还给出了LTRU的C实现和AVX2实现.与NIST第3轮决赛方案NTRU-HRSS相比,LTRU的经典安全强度和量子安全强度分别增强6 b和5 b,LTRU的公钥尺寸降低14.6%,密文尺寸降低26.0%,总带宽降低20.3%;在AVX2实现的密钥生成和解封装算法上分别快了10.9倍和1.7倍.

关键词：后量子密码 NTRU 密钥封装方案密文压缩数论变换 AVX2实现

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基于最优输运的迁移学习

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模式识别与人工智能 2019年第6期32卷 481-493页

作者：车令夫田宇坤朱海平张军平复旦大学计算机科学技术学院上海市智能信息处理重点实验室

迁移学习的目的是将源领域学习的信息迁移至目标领域.针对目标领域为源领域的子流形的情形,文中提出迁移学习算法(Optlearn).算法为源领域求取一组权重,期望带权的源领域和目标领域尽可能相似.采用最优输运理论,减小带权源领域和目标领... 详细信息

迁移学习的目的是将源领域学习的信息迁移至目标领域.针对目标领域为源领域的子流形的情形,文中提出迁移学习算法(Optlearn).算法为源领域求取一组权重,期望带权的源领域和目标领域尽可能相似.采用最优输运理论,减小带权源领域和目标领域间的差异.在最优输运理论上,改进对偶Sinkhorn 散度,适用于子流形情形,同时提出快速计算算法.通过人群计数任务测试文中算法,在避免对每个固定摄像头进行标注的巨大开销的同时,Optlearn 获得较好的计数性能.

关键词：迁移学习最优输运人群计数子流形

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实值多变量维数约简:综述

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自动化学报 2018年第2期44卷 193-215页

作者：单洪明张军平上海智能信息处理重点实验室上海200433 复旦大学计算机科学技术学院上海200433

维数约简作为机器学习的经典问题之一,主要用于处理维数灾问题、帮助加速算法的计算效率和提高可解释性以及数据可视化.传统的维数约简算法如主成分分析(Principal component analysis,PCA)和线性判别分析等只能处理无标签数据或者分类... 详细信息

维数约简作为机器学习的经典问题之一,主要用于处理维数灾问题、帮助加速算法的计算效率和提高可解释性以及数据可视化.传统的维数约简算法如主成分分析(Principal component analysis,PCA)和线性判别分析等只能处理无标签数据或者分类数据.然而,当预测变量为一元或多元连续型实值变量时,这些处理无标签数据或分类数据的维数约简方法则不能形成有效的预测性能.近20年来,有一系列工作从多个角度对这一问题展开了研究,并取得了系统性的研究成果.在此背景下,本文将综述这些面向回归问题的降维算法,即实值多变量维数约简.本文将介绍与实值多变量维数约简密切相关的基本概念、算法、理论,并探讨一些潜在的研究方向.

关键词：维数约简维数灾难回归分析条件独立性互信息

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人脸微表情识别综述

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自动化学报 2017年第3期43卷 333-348页

作者：徐峰张军平上海智能信息处理重点实验室上海200433 复旦大学计算机科学技术学院上海200433

人脸表情是人际交往的重要渠道,识别人脸表情可促进对人心理状态和情感的理解.不同于常规的人脸表情,微表情是一种特殊的面部微小动作,可以作为判断人主观情绪的重要依据,在公共安防和心理治疗领域有广泛的应用价值.由于微表情具有动作... 详细信息

人脸表情是人际交往的重要渠道,识别人脸表情可促进对人心理状态和情感的理解.不同于常规的人脸表情,微表情是一种特殊的面部微小动作,可以作为判断人主观情绪的重要依据,在公共安防和心理治疗领域有广泛的应用价值.由于微表情具有动作幅度小、持续时间短的特点,对微表情的人工识别需要专业的培训,且识别正确率较低.近年来不少研究人员开始利用计算机视觉技术自动识别微表情,极大地提高了微表情的应用可行性.本文综述人脸微表情识别的定义和研究现状,总结微表情识别中的一些关键技术,探讨潜在的问题和可能的研究方向.

关键词：微表情识别表情识别情绪识别计算机视觉面部动作编码系统

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基于双流步态网络的跨视角步态识别

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模式识别与人工智能 2020年第5期33卷 383-392页

作者：汪堃雷一鸣张军平复旦大学计算机科学技术学院上海市智能信息处理重点实验室上海200433

通过增强样本数据和网络特征,提出双流步态网络,增强模型对携带物、衣物变化影响的鲁棒性.首先构造双流步态网络,分别提取步态视频数据中的全局特征和协变量影响范围外的局部判别信息.再将两组网络的特征信息相加融合后,得到步态的双流... 详细信息

通过增强样本数据和网络特征,提出双流步态网络,增强模型对携带物、衣物变化影响的鲁棒性.首先构造双流步态网络,分别提取步态视频数据中的全局特征和协变量影响范围外的局部判别信息.再将两组网络的特征信息相加融合后,得到步态的双流特征表达.提出的限制随机遮挡策略增广用于训练样本的难度和多样性,提高网络对局部特征的学习能力,减弱协变量的不利影响.另外,改进三元组损失采样方法,加速网络模型的训练收敛速度.在大型步态数据集CASIA-B和OU-MVLP上的实验表明,在携带背包和穿着不同衣物的行走状态下,双流步态网络步态识别准确率较高.

关键词：计算机视觉深度学习步态识别双流步态网络

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深度学习在视频目标跟踪中的应用进展与展望

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自动化学报 2016年第6期42卷 834-847页

作者：管皓薛向阳安志勇复旦大学计算机科学技术学院上海市智能信息处理重点实验室上海201203

视频目标跟踪是计算机视觉的重要研究课题,在视频监控、机器人、人机交互等方面具有广泛应用.大数据时代的到来及深度学习方法的出现,为视频目标跟踪的研究提供了新的契机.本文首先阐述了视频目标跟踪的基本研究框架.对新时期视频目标... 详细信息

视频目标跟踪是计算机视觉的重要研究课题,在视频监控、机器人、人机交互等方面具有广泛应用.大数据时代的到来及深度学习方法的出现,为视频目标跟踪的研究提供了新的契机.本文首先阐述了视频目标跟踪的基本研究框架.对新时期视频目标跟踪研究的特点与趋势进行了分析,介绍了国际上新兴的数据平台、评测方法.重点介绍了目前发展迅猛的深度学习方法,包括堆叠自编码器、卷积神经网络等在视频目标跟踪中的最新具体应用情况并进行了深入分析与总结.最后对深度学习方法在视频目标跟踪中的未来应用与发展方向进行了展望.

关键词：目标跟踪视频分析在线学习深度学习大数据

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