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计算机学报 2025年

作者：王后珍段小超文嘉明王亚辉张焕国武汉大学国家网络安全学院空天信息安全与可信计算教育部重点实验室伍伦贡大学计算与信息技术学院信阳师范大学计算机与信息技术学院

随着互联网和大数据时代的到来，数据在传输过程中的安全性和效率问题日益凸显. 作为保障数据完整性并验证发送者身份的核心技术，数字签名显得尤为重要. 与此同时，量子计算机的发展对传统的签名方案构成了巨大威胁. 在这一背景下，美... 详细信息

随着互联网和大数据时代的到来，数据在传输过程中的安全性和效率问题日益凸显. 作为保障数据完整性并验证发送者身份的核心技术，数字签名显得尤为重要. 与此同时，量子计算机的发展对传统的签名方案构成了巨大威胁. 在这一背景下，美国国家标准与技术研究院于2023年公布了基于CRYSTALS-Dilithium算法的抗量子签名标准ML-DSA的草案. 为了使其能更好地应用于海量的数据传输等场景，本文在此基础上设计了一个无陷门在线/离线签名方案，称之为Olithium. 该方案允许签名者在未收到消息时（离线阶段）产生签名的一部分，并在收到消息后（在线阶段）继续完成签名. 最终，能在存储空间小幅增加的前提下，将在线签名时间缩短约50%. 本文还以数字证书颁发场景为例，说明该方案的现实有效性.

关键词：后量子密码在线/离线签名数字证书基于格的密码学优化实现

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DNA存储场景下的大小喷泉码模型设计

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计算机工程与科学 2024年第1期46卷 72-82页

作者：崔竞松蒋昌跃郭迟武汉大学国家网络安全学院湖北武汉430072 武汉大学空天信息安全与可信计算教育部重点实验室湖北武汉430072 武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430072

在DNA存储等应用场景中,传统喷泉码算法需要占用额外信道资源将源文件分组数目K传递给解码端。在实际应用中,虽然可以将K嵌入在每一个编码数据分组中进行传递,但这种做法会严重浪费信道的带宽。针对上述问题,提出了一种大小喷泉码模型,... 详细信息

在DNA存储等应用场景中,传统喷泉码算法需要占用额外信道资源将源文件分组数目K传递给解码端。在实际应用中,虽然可以将K嵌入在每一个编码数据分组中进行传递,但这种做法会严重浪费信道的带宽。针对上述问题,提出了一种大小喷泉码模型,通过增加小喷泉码这一带外信道来优化关键参数的传递。小喷泉码将每个编码分组中有关参数K所占用空间的粒度降至1 bit,有效减少了带宽资源的消耗。此外,小喷泉码还能适应由于DNA存储介质不均匀所导致的编码序列不定长的限制条件,一定条件下甚至可以完全不占用额外信道带宽。

关键词： DNA存储喷泉码 LT码规避序列

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结合邻域知识的文档级关键词抽取方法

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电子科技大学学报 2021年第4期50卷 551-557页

作者：李晨亮龙俊辉唐作立周涛武汉大学空天信息安全与可信计算教育部重点实验室武汉430072 武汉大学国家网络安全学院武汉430072

基于编码器−解码器(encoder-decoder)框架的生成式方法在关键词抽取任务上得到了广泛应用并取得了较好的性能,然而该方法面临的主要挑战为建模有效的文档向量表示,及生成覆盖整个文档主题的关键词集合,这些挑战都会直接影响关键词抽取... 详细信息

基于编码器−解码器(encoder-decoder)框架的生成式方法在关键词抽取任务上得到了广泛应用并取得了较好的性能,然而该方法面临的主要挑战为建模有效的文档向量表示,及生成覆盖整个文档主题的关键词集合,这些挑战都会直接影响关键词抽取的结果。该文提出了结合邻域知识的文档级关键词抽取模型以应对这些挑战。具体来说,通过给指定文档添加少量的最近邻样本,原文档被扩展为一个文档集合。基于单词之间的距离将文档集合中的每个文档构建成词图,合并集合中的所有词图形成一个大图,然后利用图卷积网络进行编码。解码端引入了上下文修改机制和覆盖机制,使模型能够生成更加多样化的关键词来覆盖文档包含的所有主题。最后在4种数据集上分别与现有的基准模型进行对比,实验结果表明该方法能够有效提升关键词抽取的性能。

关键词：深度学习编码器−解码器框架图卷积网络图神经网络关键词抽取邻域知识

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基于SM9的CCA安全广播加密方案

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软件学报 2023年第7期34卷 3354-3364页

作者：赖建昌黄欣沂何德彪宁建廷福建省网络安全与密码技术重点实验室(福建师范大学) 福建福州350007 空天信息安全与可信计算教育部重点实验室(武汉大学) 湖北武汉430072 信息安全国家重点实验室(中国科学院信息工程研究所) 北京100093

选择密文安全模型能有效刻画主动攻击,更接近现实环境.现有抵抗选择密文攻击的密码算法以国外算法为主,缺乏我国自主设计且能抵抗选择密文攻击的密码算法.虽然实现选择密文安全存在通用转化方法,代价是同时增加计算开销和通信开销.基于... 详细信息

选择密文安全模型能有效刻画主动攻击,更接近现实环境.现有抵抗选择密文攻击的密码算法以国外算法为主,缺乏我国自主设计且能抵抗选择密文攻击的密码算法.虽然实现选择密文安全存在通用转化方法,代价是同时增加计算开销和通信开销.基于国密SM9标识加密算法,提出一种具有选择密文安全的标识广播加密方案.方案的设计继承了SM9标识加密算法结构,用户密钥和密文的大小都是固定的,其中用户密钥由一个群元素组成,密文由3个元素组成,与实际参与加密的接收者数量无关.借助随机谕言器,基于GDDHE困难问题可证明方案满足CCA安全.加密算法的设计引入虚设标识,通过该标识可成功回复密文解密询问,实现CCA的安全性.分析表明,所提方案与现有高效标识广播加密方案在计算效率和存储效率上相当.

关键词： SM9 广播加密 CCA安全定长密文

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参数解耦在差分隐私保护下的联邦学习中的应用

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计算机科学 2024年第11期51卷 379-388页

作者：王梓行杨敏魏子重空天信息安全与可信计算教育部重点实验室(武汉大学国家网络安全学院) 武汉430072 浪潮集团科学研究院济南250101

联邦学习(Federated Learning,FL)是一种先进的隐私保护机器学习技术,其通过多方协作,在无需集中聚合原始数据的情况下,交换模型参数以训练共享模型。尽管在FL中参与方不需要显式地共享数据,但许多研究表明,其仍然面临多种隐私推理攻击... 详细信息

联邦学习(Federated Learning,FL)是一种先进的隐私保护机器学习技术,其通过多方协作,在无需集中聚合原始数据的情况下,交换模型参数以训练共享模型。尽管在FL中参与方不需要显式地共享数据,但许多研究表明,其仍然面临多种隐私推理攻击,从而导致隐私信息泄露。为应对这一问题,学术界提出了多种解决方案。其中,一种严格保障隐私的方法是将本地化差分隐私(Local Differential Privacy,LDP)技术应用于联邦学习。该技术在参与方上传模型参数前对其添加随机噪声,能有效地抵御恶意攻击者的推理攻击。然而,LDP引入的噪声会造成模型性能下降。同时,最新研究指出,这种性能下降与LDP在客户端之间引入了额外的异构性有关。针对LDP使得FL性能下降的问题,提出了差分隐私保护下基于参数解耦的联邦学习方案(PD-LDPFL):除了服务器下发的基础模型外,每个客户端在本地还额外学习了个性化输入和输出模型。该方案在客户端传输时仅上传添加噪声后的基础模型的参数,而个性化模型的参数被保留在本地,自适应改变客户端本地数据的输入和输出分布,缓解LDP引入的额外异构性以减少精度损失。此外,研究发现,即使在采用较高的隐私预算的情况下,该方案也能天然地抵御一些基于梯度的隐私推理攻击,如深度梯度泄露等攻击方法。在MNIST,FMNIST和CIFAR-10这3个常用数据集上进行了实验,结果表明:相比传统的差分隐私联邦学习方法,该方案不仅可以获得更好的性能,而且还提供了额外的安全性。

关键词：联邦学习差分隐私异构性参数解耦隐私保护

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针对ARM安全监视器的模糊测试方法研究

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武汉大学学报（理学版） 2024年第4期70卷 453-462页

作者：王丽娜赵敬昌余荣威王泽空天信息安全与可信计算教育部重点实验室武汉大学国家网络安全学院湖北武汉430072 湖南大学工商管理学院湖南长沙410082

在基于TrustZone的可信执行环境中,ARM安全监视器作为核心组件运行于最高特权级,并且在不同供应商之间通用,其可靠性是整个系统安全性的基础。然而,目前缺乏对安全监视器进行自动化测试的方法,因此提出了一种对ARM的安全监视器进行覆盖... 详细信息

在基于TrustZone的可信执行环境中,ARM安全监视器作为核心组件运行于最高特权级,并且在不同供应商之间通用,其可靠性是整个系统安全性的基础。然而,目前缺乏对安全监视器进行自动化测试的方法,因此提出了一种对ARM的安全监视器进行覆盖率引导的模糊测试方法。该方法首先将调用参数分为三类,针对不同参数类型采用不同的处理方法,处理后的调用信息按照预设的文件格式存储,生成初始的种子文件库。其次,结合调用信息,将种子文件分块处理,实现结构化变异。此外,在用户系统环境中添加代理和驱动程序,实现对测试用例的解析和执行。在安全监视器的开源项目上评估了该测试方法,发现了5个唯一性崩溃。该评估表明,模糊测试是测试ARM安全监视器的一种可行且有益的方法。

关键词：模糊测试可信计算可信执行环境安全监视器可信固件

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基于路径延迟故障序列的硬件木马检测方法

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计算机工程与设计 2024年第1期45卷 1-9页

作者：伍远翔唐明胡一凡张吉良武汉大学国家网络安全学院空天信息安全与可信计算教育部重点实验室湖北武汉430072 湖南大学半导体学院(集成电路学院) 湖南长沙410082

针对基于侧信道信号的硬件木马检测普遍面临的两类问题,即需要黄金芯片和信号测量成本大,提出一种利用路径延迟故障序列的检测方法。基于时序冲突时电路路径产生延迟故障的先后顺序,间接利用路径延迟之间相对大小关系产生芯片检测ID;检... 详细信息

针对基于侧信道信号的硬件木马检测普遍面临的两类问题,即需要黄金芯片和信号测量成本大,提出一种利用路径延迟故障序列的检测方法。基于时序冲突时电路路径产生延迟故障的先后顺序,间接利用路径延迟之间相对大小关系产生芯片检测ID;检测不依赖于黄金芯片,且在大范围的环境变化和工艺偏差下具有稳定性;故障序列在芯片设计阶段仿真获得,无需额外硬件开销。对ISCAS-89基准和AES-128电路实例验证了检测的有效性,其可成功检测插入的两种类型硬件木马。

关键词：集成电路硬件木马检测方法侧信道黄金芯片路径延迟故障输出

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基于样本嵌入的挖矿恶意软件检测方法

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计算机科学 2024年第1期51卷 327-334页

作者：傅建明姜宇谦何佳郑锐苏日古嘎彭国军武汉大学国家网络安全学院空天信息安全与可信计算教育部重点实验室武汉430072 嵩山实验室技术中心郑州450046 河南大学计算机与信息工程学院河南开封475000

加密货币挖矿恶意软件的高盈利性和匿名性,对计算机用户造成了巨大威胁和损失。为了对抗挖矿恶意软件带来的威胁,基于软件静态特征的机器学习检测器通常选取单一类型的静态特征,或者通过集成学习来融合不同种类静态特征的检测结果,忽略... 详细信息

加密货币挖矿恶意软件的高盈利性和匿名性,对计算机用户造成了巨大威胁和损失。为了对抗挖矿恶意软件带来的威胁,基于软件静态特征的机器学习检测器通常选取单一类型的静态特征,或者通过集成学习来融合不同种类静态特征的检测结果,忽略了不同种类静态特征之间的内在联系,其检测率有待提升。文章从挖矿恶意软件的内在层级联系出发,自下而上提取样本的基本块、控制流程图和函数调用图作为静态特征,训练三层模型以将这些特征分别嵌入向量化,并逐渐汇集从底层到高层的特征,最终输入分类器实现对挖矿恶意软件的检测。为了模拟真实环境中的检测情形,先在一个小的实验数据集上训练模型,再在另一个更大的数据集上测试模型的性能。实验结果表明,三层嵌入模型在挖矿恶意软件检测上的性能领先于近年提出的机器学习模型,在召回率和准确率上相比其他模型分别提高了7%和3%以上。

关键词：挖矿恶意软件静态分析机器学习图嵌入

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基于领域特征提纯的多领域文本分类

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中文信息学报 2022年第8期36卷 92-100页

作者：马式琨滕冲李霏姬东鸿武汉大学国家网络安全学院空天信息安全与可信计算教育部重点实验室湖北武汉430072

文本分类是自然语言处理领域中一项基本任务,但目前的文本分类任务往往是领域独立的,且需要丰富的标注数据。该文通过利用不同领域的数据蕴含的相似信息,在一定程度上缓解标签训练数据不足的问题。该文提出了一种多任务学习模型来解决... 详细信息

文本分类是自然语言处理领域中一项基本任务,但目前的文本分类任务往往是领域独立的,且需要丰富的标注数据。该文通过利用不同领域的数据蕴含的相似信息,在一定程度上缓解标签训练数据不足的问题。该文提出了一种多任务学习模型来解决跨领域文本分类任务,通过每个领域的私有编码器和所有领域的共享编码器来分别提取私有特征和共享特征,从而利用不同层面的领域知识来表示文本,并帮助文本分类。另外,该文还利用正交投影将共享特征和领域私有特征进一步异化,从而强化共享特征的纯度,同时使用门控机制将共享特征和私有特征进行重组融合。我们在两个常用的多领域文本分类数据集(Amazon和FDU-MTL)上对所提模型进行了验证。实验结果表明,该模型在Amazon和FDU-MTL数据集上的平均分类准确率分别达到了86.04%和89.2%,较之前多个基线模型有明显提升。

关键词：文本分类多领域特征提纯多任务学习

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多答案保护秘密共享协议

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武汉大学学报（理学版） 2023年第1期69卷 51-59页

作者：肖健杨敏孟庆树空天信息安全与可信计算教育部重点实验室武汉大学国家网络安全学院湖北武汉430072 武汉天喻信息产业股份有限公司湖北武汉430223

针对目前基于口令解决区块链私钥丢失问题的方案中面临的口令遗忘和泄露的问题,提出一种基于密保问题的多答案保护秘密共享方案(multi-answer protected secret sharing,MAPSS)。该方案允许用户将一个秘密共享给多个服务器,并令所有服... 详细信息

针对目前基于口令解决区块链私钥丢失问题的方案中面临的口令遗忘和泄露的问题,提出一种基于密保问题的多答案保护秘密共享方案(multi-answer protected secret sharing,MAPSS)。该方案允许用户将一个秘密共享给多个服务器,并令所有服务器存储多个密保问题,之后用户仅需向部分(阈值)服务器提供部分(阈值)密保问题的答案就能重构该秘密。该方案不仅可以用于区块链私钥找回,还支持抗遗忘和泄露的找回策略;该方案无需公钥基础设施且高效。在随机预言机模型下证明了该方案的安全性基于Threshold Parallel One-More Diffie-Hellman(TP-OMDH)假设,实现了该方案的系统原型,验证了该方案的实用性。

关键词：区块链私钥密保问题秘密共享多答案保护秘密共享方案

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