计算机工程

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2018年第12期《计算机工程》中英文目录

计算机工程. 2018, 44(12): 0-0.

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量子气体在光晶格中的一维玻色-哈伯德模型模拟

栾添,张雪松,陈徐宗

计算机工程. 2018, 44(12): 1-5. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0051595

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针对凝聚态物理学的一维玻色-哈伯德理论模型,应用三维光晶格囚禁超冷量子气体进行量子模拟,通过连续改变光晶格势阱深度和制备量子气体温度,实现在一维玻色-哈伯德模型中超流-莫特绝缘态量子相变过程。通过超冷原子时间飞行(TOF)成像方法,对实验中量子气体在扩散过程中动量空间的干涉图样进行分析,得到在量子相变过程中的超流成分和莫特绝缘态成分的变化数据。实验结果表明,光晶格中量子气体可以较好地模拟一维玻色-哈伯德理论模型。

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基于IBM Q平台的量子算法研究

卫佳,倪明,周明,江文兵

计算机工程. 2018, 44(12): 6-12. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0051857

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为探究多比特量子算法在量子芯片和模拟器中的实现现状,分别在IBM量子芯片和模拟器上运行Grover搜索算法、量子随机行走算法以及量子傅里叶变换算法。针对2 bit Grover搜索算法和2 bit量子随机行走算法,分析测量次数对运行结果的影响并选用最高可模拟次数对量子芯片和模拟器的运算结果进行比对。设计并运行5 bit量子傅里叶变换算法和3 bit Grover搜索算法,分别采用IBM Q模拟器进行最高次数的模拟。实验结果表明,量子芯片测试结果并没有随测量次数的增加而优化,模拟器计算结果的准确度明显优于量子芯片。

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基于QS-KMS的VPN增强电网通信安全方案

唐鹏毅,李国春,余刚,钟军,张英华,薛路,赵子岩

计算机工程. 2018, 44(12): 13-17. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0051966

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在未来量子计算时代,构筑虚拟专用网络(VPN)安全的认证和密钥交换环节将存在安全隐患。为此,建立基于量子安全密钥管理服务(QS-KMS)的VPN增强安全架构,实现基于量子密码的量子安全解决方案。使用全局统一的后台QS-KMS服务为IPSec VPN提供认证和会话密钥,以进行VPN业务与物理层量子设备的解耦合。针对电力架空光缆工作状况复杂、存在强环境干扰等现状,应用量子QS-KMS密钥池动态密钥管理技术与后量子密码技术使密钥池持续拥有充足密钥,以保障VPN稳定运行。在此基础上,实现电力通信网络中有效量子安全VPN服务。测试结果表明,该方法能够满足电网控制通信的需求。

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一种基于改进乒乓协议的量子隐写术

王金伟,朱天成,瞿治国

计算机工程. 2018, 44(12): 18-22. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0051694

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为降低噪声对秘密信息传输效率的影响,提出一种基于改进乒乓协议的量子隐写协议。利用量子纠缠的特性,通过受控非门实现秘密信息传输。以嵌入过秘密信息的粒子作为载体协议的初始粒子,在执行载体协议步骤的同时传输秘密信息。分析结果表明,该协议具有较好的抗噪声稳健性、隐蔽性和安全性。

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基于量子五符号混淆信道模型的零错编码方法

李婧雅,余文斌,刘文杰,王金伟

计算机工程. 2018, 44(12): 23-27,32. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0051106

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针对量子零错信道缺乏有效编码方案的问题,基于量子五符号混淆信道模型的特点和矩阵论的相关理论,提出一种结合量子叠加态零错编码五符号混淆信道的编码方法。利用量子叠加态与向量之间以及信道与矩阵之间的同构关系进行零错编码,以提高信道容量并降低算法复杂度。分析结果表明,相比经典混淆信道编码方法,该方法具有更高的信道容量和编码效率。

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量子非局域性与量子通信复杂度研究

张弘弛,刘百祥,文捷

计算机工程. 2018, 44(12): 28-32. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052199

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论述国内外量子通信研究现状,研究量子非局域性问题和量子通信复杂度问题,通过纠缠态粒子解决GHZ问题,利用分布式算法讨论传递比特的最小数目。分析非局域性与通信复杂度之间的关联关系,进而研究同时消息传递模型。分析结果表明,与经典通信相比,量子通信效率较高,且量子非局域性问题和量子通信复杂度问题可以相互转换。

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基于约瑟夫森结的超导量子芯片进展概述

余玄,陆新,奚军,邵培南

计算机工程. 2018, 44(12): 33-38,45. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0051917

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超导量子计算机具有芯片加工技术成熟、系统集成度高、可扩展性能好等优势,但超导量子计算需要加大芯片的量子位集成度,同时需保证量子芯片的退相干时间来实现容错量子计算。对超导量子芯片的前沿进展进行分析,阐述超导量子比特的物理机理与优缺点,并研究几种最基本的量子比特特点。讨论超导量子比特之间的耦合方案,包含局域耦合和非局域耦合。通过对近年来主流扩展和布局方案进行分析,结果表明,实现量子算法编程适用一维或者二维阵列,而最大纠缠和全耦合则选用环绕式的扩展方案,可为大规模、高效率的量子计算的芯片设计提供一种思路。

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基于量子门线路神经网络的信息安全风险评估

周超,潘平,黄亮

计算机工程. 2018, 44(12): 39-45. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0051383

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信息安全风险评估是对不确定的和随机的潜在风险进行综合评价的过程，目的是有效抑制、转移系统风险。在分析信息系统安全要素与保障体系的基础上，构建基于信息资产的信息系统安全风险评估模型，通过风险评估指标体系，得到实际检测的评估对象属性。利用一组量子门线路构建神经网络模型，将评估对象属性样本归一化处理结果作为网络输入并用量子位表示，经量子旋转门进行相位旋转并控制量子位的翻转。经过网络处理后，得到评估对象的综合风险。实验结果表明，与传统BP神经网络相比，该方法能够实现信息系统的风险评估，具有更优的收敛性能与更精确的风险预测能力，可为风险管理提供可靠的理论依据。

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数据驱动的自适应容错技术研究

刘睿涛,陈左宁

计算机工程. 2018, 44(12): 46-55. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0050299

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基于系统故障数据建立层次化失效模型,有助于优化检查点,提升系统可用性水平,应对未来E级计算的可靠性挑战。以太湖之光系统为研究主体,介绍故障采集、分类与处理机制,基于实际故障数据建立细粒度失效分布模型及应用级失效模型的多层失效模型,量化应用运行环境的可靠性。以该模型为基础,分析自适应的检查点容错优化模型,为检查点优化提供理论与工程依据。以太湖之光系统为例进行检查点的容错优化分析,结果表明,数据驱动的自适应容错模型可有效降低系统检查点开销。

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基于不完备日志的块状并发过程挖掘

杜海森,杜玉越

计算机工程. 2018, 44(12): 56-61. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0048896

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不完备日志挖掘由于日志中含有较少的迹,使活动间潜在关系不能被正确表示。为此,引入间接关系表示并提出一种针对块状并发过程模型的挖掘算法。根据活动在层次树中的位置,发现潜在的因果跟随关系并得到正确的因果跟随关系集合,在此基础上,挖掘出块状并发过程模型。实验结果表明,在处理并发完备日志时,相对α‖算法和IM算法,该算法具有较高的精确度与较低的复杂度,且挖掘结果更简洁。

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Method to Evaluate Earliest Release Time of New Real-time Tasks

QIAN Guangming,SU Shen

计算机工程. 2018, 44(12): 62-67. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0050021

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In a periodic real-time system scheduled with the Earliest Deadline First (EDF) algorithm,it is necessary to compress some current tasks to avoid overloading if new task requests to run.Compressing a task means that its period is prolonged while its computation time keeps unchanged.An interesting problem is to find the earliest time to release new tasks without any deadline missing,that is,the earliest smooth insertion time.In this paper,a general frame to calculate the earliest time with multiple rounds of deadline checking is given,which shows that the checking can be done from the request time of the new tasks.A smart way is provided and proved,which takes the value of the Δ checking of the current round as the time step to the next.These techniques potentially reduce the amount of the calculation and the number of the rounds of the checking to get the earliest time.Simulation results are also given to support the conclusion.

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基于改进蚁群优化算法的服务组合与优化方法

沈记全,罗常委,侯占伟,刘志中

计算机工程. 2018, 44(12): 68-73. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0048776

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针对传统蚁群算法存在初期信息素积累时间长、易陷入局部最优等不足,在满足用户全局服务质量约束的条件下,提出一种改进的基于蚁群系统的云服务组合算法。借鉴遗传算法的思想得到蚁群系统的初始信息素分布,通过社会认知优化改进蚂蚁寻优路径,并采取优化的蚁群信息素更新策略,从而提高算法搜索效率。实验结果表明,改进的蚁群优化算法在求解云服务组合问题上具有更优的搜索性能。

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基于SDN的云架构网络高确定性流量控制方法

高平,张帆,张东,翟飞龙

计算机工程. 2018, 44(12): 74-78,84. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049484

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针对目前云架构网络不能较好地应对云网络中数据传输的多样性以及细粒度和确定性流量控制需求等问题,提出一种基于软件定义网络(SDN)的高确定性流量控制方法。将SDN集中优化控制、全网感知能力的优势与交换机上的多队列调度机制相结合,在获取全网拓扑和流量信息的基础上规划业务流最优路径,为交换机分配合理的队列调度参数,并利用DCTCP减小网络拥塞,保证各类业务的带宽和时延,同时运用全可编程交换机实现业务流的细粒度管理,配合个性化的流表下发机制,动态调整业务传输带宽和业务流等级。实验结果表明,该方法关键业务流的平均排队时延小于2 ms,排队时延抖动小于10 ms,丢包率小于10-6,可实现对云网络中的业务流集中化、可实时化和精细化管理。

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基于位存储Tid的CPU并行化Eclat算法

孙宗鑫,张桂芸

计算机工程. 2018, 44(12): 79-84. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049259

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Eclat算法采用垂直数据表示方式且无需复杂的数据结构,然而在挖掘频繁项目集过程中,交集计数的生成方式造成内存大量消耗和挖掘效率下降。为此,在分析Eclat算法及其现有改进算法基础上,提出一种位存储事务标识(Tid)的CPU并行化Eclat算法。该算法使用二进制位形式存储项目的Tid,将挖掘频繁项目集的任务分配到CPU各个线程,最大限度地提高CPU的运算性能。实验结果表明,该算法能在降低内存使用的同时,提高频繁项目集的挖掘效率。

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基于比特币技术的供应链管控与溯源方案

陆尧,文捷

计算机工程. 2018, 44(12): 85-93,101. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0048505

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供应链管控系统多数采用中心化设计,系统负载上限受制于中心服务器性能,导致整条供应链无法正常流动。为此,提出一种结合区块链、比特币协议确定性分层钱包与多重签名技术的方案,以满足供应链中产品编码、权限管理、物权转移、产品溯源和防伪验证等需求。将供应链内部实体分为“人物实体”“产品实体”和“权限实体”,利用分层钱包技术进行实体密钥的分配。给出基于分层钱包技术的树形结构编码体系,并设计基于区块链交易的去中心化权限管控、物权转移信息记录与验证机制。分析结果表明,该方案具有区块链去中心化、交易可回溯和不可篡改等特性,可解决现有技术中的常见的问题,相比传统供应链管控方案有较大的优势。

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Hadoop平台的安全加固方案

丁祥武,张东辉

计算机工程. 2018, 44(12): 94-101. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049104

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针对Hadoop平台安全漏洞问题,通过分析Hadoop平台的安全现状,提出尚存的安全隐患,并对此安全隐患设计实现相关的加固方案。通过集成Hadoop认证系统与高可用的企业身份管理系统,实现由企业安全系统统一管理用户及权限信息,从而有效提高认证效率。同时启用字段级访问控制策略,提升用户对数据管理的灵活性。建立基于集群资源的健康评价体系,对集群的健康状态进行把控,为整个Hadoop集群的安全运行提供保障。实验结果验证了该方案的可行性与有效性。

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面向C程序的环形复杂度自动化计算方法

秦振华,牟永敏

计算机工程. 2018, 44(12): 102-107,114. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0048921

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为准确度量软件复杂程度,提出一种环形复杂度计算方法。借助于McCabe度量法,针对C语言程序,通过对源程序进行预处理,提取其中含有控制流信息的关键语句后对其进行分情况处理,从而无须借助控制流图即可实现程序环形复杂度的自动化计算。实验结果表明,该方法可以准确、高效地计算出程序的环形复杂度。

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面向互联网金融平台的违约风险量化模型

白云歌,郭炳晖,米志龙,郑志明

计算机工程. 2018, 44(12): 108-114. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0048789

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针对互联网金融平台上的借贷违约行为,结合典型相关分析模型与复杂网络特征提取方法,建立违约风险量化模型,并利用ROC曲线与AUC值对模型效果进行评价。将该模型应用于某互联网借贷平台实际交易数据中,并与决策树模型进行比较分析,结果表明,该模型能够有效反映用户违约特征与复杂网络特征的关联效应,其AUC值能达到0.85左右,且具有更强的稳定性与鲁棒性。

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时间约束下任务关键系统的可调度性分析

陈莹,邢建春,杨启亮,张孝鹏

计算机工程. 2018, 44(12): 115-119,128. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0048722

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针对时间约束下工作流可调度性验证和修正策略不完善的问题,提出一种基于时间约束着色Petri网的任务关键系统(MCS)可调度性分析方法。根据系统中任务的性质将其划分为关键任务和非关键任务。对工作流中的活动进行可调度性验证,结合任务类别和时间约束修正不可调度的活动。实例分析结果表明,该方法具有较好的修正性能和运行效果,对时间约束下MCS的描述和建模具有一定应用价值。

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STP安全通信协议设计与形式化验证

李堃,张雪松

计算机工程. 2018, 44(12): 120-128. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049260

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无线调车机车信号和监控系统(STP)是基于无线数传电台,实现车载和地面设备之间双向信息传输的实时信号监控和安全防护系统。为保证系统中车-地之间交互信息的实时性、可靠性与完整性,依据欧标EN50159,在现有ETCS安全通信协议EuroRadio的基础上,通过增加安全连接超时重发、双序号时间戳和故障导向安全机制,设计一套适用于STP系统的安全通信协议,并利用分层着色Petri网和ASK-CTL时序逻辑验证语言对其进行建模和形式化验证。分析结果表明,该协议不仅满足功能安全性要求,同时还能保证系统在非理想信道环境下的故障导向安全。

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基于时空关注的移动感知节点选择算法

郭慧,程良伦

计算机工程. 2018, 44(12): 129-133,139. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049062

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针对移动互联网中移动节点选择忽略研究节点位置的关联性问题,利用移动节点代替固定节点作为感知设备,提出一种移动节点选择算法。该选择算法根据检测节点的历史移动轨迹预测其未来在该周期内的移动轨迹,并依据移动感知节点轨迹关联有效性选择最优的参与者集合。仿真结果表明,当感知节点的个数相同时,该算法覆盖率最大,优于部分周期参与感知选择算法及随机节点选择算法,将其应用于碳检测领域,可提高感知节点覆盖率

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水下无线传感器网络节点混合定位与优化算法

侯森林,杜秀娟,李梅菊,黄科军

计算机工程. 2018, 44(12): 134-139. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0048641

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针对传统水下定位算法覆盖率小、水下节点计算量大、定位精度低等缺点,提出一种新的水下传感器网络节点定位与优化算法。在非对称往返测距的基础上,采用水下传感器定位算法对节点定位,并利用加权迭代最小二乘法对节点位置集合进行拟合优化。NS2仿真测试结果表明,优化后的算法在降低水下节点通信量、计算量以及能量消耗的同时,可有效提高定位覆盖率和定位精度,延长网络寿命。

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基于不相交路径的域内路由保护方案

耿海军,刘洁琦,张举

计算机工程. 2018, 44(12): 140-144,149. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0048862

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目前的路由保护方案备份路径与默认路径交叉度较高,为寻找交叉度较低的两条路径,默认路径可能不利用最短路径。为此,提出一种新的域内路由保护方案。将问题描述为整数规划模型,利用遗传算法计算近似最优解,并在大量拓扑结构上对算法进行模拟。实验结果表明,该方案降低了默认路径和备份路径的交叉度,可有效提高网络的可靠性,提升用户体验。

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基于生存期优化的无线体域网中继选择研究

管张均,顾肖凌

计算机工程. 2018, 44(12): 145-149. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0048121

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无线体域网应用的关键问题之一是在每个时隙内选择合适的传感器节点传输来最大化网络生存期。为此,针对带有中继转发的无线体域网,在能量受限的情况下分析决定网络生存期的因素。从主节点和整个网络的角度分别给出网络生存期的2种定义,并以信道状态信息和节点剩余能量为考核指标,提出4种中继选择策略。仿真结果表明,第2种网络生存期的定义充分利用了网络中传感器节点的能量资源,而选择两跳信道增益之和最大的传输策略则可以使网络生存期达到全局最优。

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基于蚁群算法的非均匀分簇水声传感网能量优化路由研究

王磊,乔莉,齐俊艳,刘志中

计算机工程. 2018, 44(12): 150-155,162. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0048730

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针对现有的水声传感网非均匀分簇路由协议在成簇和簇间数据转发阶段能量消耗过大的问题,设计一种非均等成簇及簇间路由耗能优化算法。根据节点所剩能量、到基站间隔和能耗因子等要素设定阈值公式,进而优化选举簇首并考虑节点入簇权值,有效均衡节点能量耗损。在簇间数据转发阶段引入改进的蚁群算法,利用启发函数计算簇节点能量、间距大小及跳数,并在信息素浓度中加入所剩能量百分比,从而平衡簇首能耗。实验结果表明,与经典的LEACH、EEUC和EEMUC算法相比,该算法能有效降低能量耗损,延长网络的生存周期。

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基于博弈论的无线传感器网络能耗均衡分簇协议

李朋,陶洋,许湘扬,杨柳

计算机工程. 2018, 44(12): 156-162. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049337

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针对无线传感器网络运行过程中节点能耗分布不均的问题,提出一种基于博弈论的能耗均衡分簇协议。结合节点剩余能量对节点收益和损耗做出定义,采用两轮簇头竞选机制并引入惩罚函数,防止簇头竞选无限迭代。在此基础上,通过博弈得到使节点收益最大化的均衡概率。给出一种迭代算法,根据节点剩余能量和损耗从候选簇头中挑选真正簇头。仿真结果表明,该协议能够有效平衡节点能耗,延长网络寿命。

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基于Flush+Reload的DES算法Cache计时攻击

程志炜,陈财森,邱雪欢

计算机工程. 2018, 44(12): 163-167. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049471

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在数据加密标准(DES)算法上使用Flush+Reload方法的Cache计时攻击,存在难以确定S盒元素行偏移位的问题。为此,利用S盒在Cache中会发生不对齐分布的特征,提出一种偏移位确定方法。采用clflush指令刷新Cache地址行,以驱逐Cache中DES算法的S盒信息,确定S盒元素的位置信息。利用密码算法在查询S盒时泄露的Cache计时信息获取明文与密钥异或后的中间态值,并通过该值和已知明文的相关性恢复密钥。实验结果表明,该方法能够有效确定S盒元素的行偏移位,提高针对DES算法Cache计时攻击的效率。

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物理层加密算法的频谱分析攻击方法

高宝建,胡云,胡丽娜

计算机工程. 2018, 44(12): 168-172. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049025

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现有物理层加密算法的设置及安全性分析多数在基带进行,忽视了频谱泄漏对算法安全性的威胁。为此,在分析OFDM信号频谱特点的基础上,设计一种频谱分析攻击方法。通过建立信息或者密钥符号与密文信号频谱具体频率分量之间的一一对应关系,获取信息、密钥以及调制方式。实例分析和仿真结果表明，该方法对不同参数的M-OFDM算法破解效果较好，能够正确识别其信息符号。

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基于iP-可观测属性的动态非传递无干扰模型

迮恺,陈丹,庄毅

计算机工程. 2018, 44(12): 173-177,183. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0048204

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针对现有信息流模型对于系统动态可信性判定过于严格的问题,提出一种基于iP-可观测属性检查的动态非传递无干扰模型。将系统抽象为一个六元组,从无干扰理论、系统状态可观察性和系统状态影响因素三方面出发,通过引入iP-可观测属性,经由有限状态自动机模型,将其转变为有限状态自动机中的P-可观测属性,并进一步利用P-可观测属性检查算法反推原系统满足动态非传递无干扰理论。对抽象系统实例的分析结果验证了该模型的有效性

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基于信息熵与三参数区间的信息安全风险评估

黄玉洁,唐作其,梁静

计算机工程. 2018, 44(12): 178-183. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049237

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信息安全风险评估是一个需要处理众多模糊信息的过程,为提高信息处理的准确性,提出一种信息熵与三参数区间数相结合的信息安全风险评估方法。通过对信息系统进行分析,建立三参数区间形式的风险指标评价矩阵,采用信息熵理论确定指标权重。根据三参数区间的区间距离和区间排序理论求得评价专家权重,分析汇总三者得到最终的评估结果,并通过实例进行评估得到三参数区间数形式的风险值。实验结果表明,与采用二区间形式的方法相比,该方法能够较准确地预测风险等级。

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基于Fast-Flux的DNS异常行为分析

李骜骋,王峥

计算机工程. 2018, 44(12): 184-189,195. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0047965

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研究基于Fast-Flux域名系统(DNS)报文的异常行为,并分析僵尸网络的工作特点,依据大量DNS报文的数据,了解Fast-Flux的攻击特性,找到Fast-Flux攻击的具体特征,识别出DNS流量中的异常数据。通过对DNS数据的综合分析,区分Fast-Flux和频繁更换IP的大型网站,给出Fast-Flux报文存活时间较短、时间差分布平均、请求频繁、IP池等特征,并提出一种报文筛选的算法。分析结果证明,与传统僵尸网络检测方法相比,在报文正确率相同的情况下,该算法实现更加简单,可以准确形容Fast-Flux的攻击行为。

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基于WSN的全同态数据加密聚合方案

王彩芬,成玉丹,刘超

计算机工程. 2018, 44(12): 190-195. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049009

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传统无线传感器网络数据加密聚合方案在密文数据运算、抵御内/外部攻击、追查并修复错误等方面存在安全性和效率方面的不足。为此,提出一种全同态数据加密聚合方案。采用DGHV全同态算法对隐私数据进行加密,并将节点的身份信息嵌入到数字签名中,使方案具有追查并修复错误的能力。此外,该方案无需可信第三方,以簇为单位分配干扰因子,以抵御内部攻击并提高运行效率。实验结果表明,该方案是IND-CPA安全的,能抵御内/外部攻击且满足全同态性。

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基于凝聚层次的驾驶行为聚类与异常检测方法

惠飞,彭娜,景首才,周琪,贾硕

计算机工程. 2018, 44(12): 196-201. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0050708

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目前基于视频的异常行为检测主要针对单车受限场景,难以对运输全过程进行监控。而GPS轨迹分析也以对单车进行先验阈值判断为主,缺乏数据深层次分析与信息挖掘步骤。为此,提出一种基于GPS数据的驾驶行为异常检测方法。利用时间、速度、加速度、方向、转角等全局与局部特征及其对应的统计量,构建车辆驾驶行为的特征属性,并基于多特征对已有的商用车轨迹数据进行聚类分析,得到区域性车辆异常驾驶行为检测结果。实验结果表明,该方法能够准确判断待测车辆的超速、急加速/减速、频繁变道等典型异常驾驶行为。

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基于双重二元粒子群优化的高效用项集挖掘算法

靳晓乐,刘峡壁,马骁

计算机工程. 2018, 44(12): 202-207,214. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049174

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高效用项集挖掘算法是关联分析中的重要组成部分，通过对基本二元粒子群算法进行改进，提出一种双重二元粒子群优化（DBPSO）算法。运用最小相对效用阈值和效用上界的乘积确定最小效用阈值。利用最小效用阈值和适应度函数分散候选子空间，挖掘高效用项集。实验结果表明，该算法的收敛速度较快，能够获得较多的高效用项集。

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复杂环境下移动机器人全局路径规划与跟踪

周滔,赵津,胡秋霞,席阿行,刘东杰

计算机工程. 2018, 44(12): 208-214. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049046

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以移动机器人导航为研究对象,提出一种适用于处理复杂环境的在线全局路径规划与跟踪算法。利用图形用户界面研究全局路径规划算法的路径长度、运行时间和稳定性,选择A*算法作为复杂环境下的全局路径规划算法。通过建立具有非完整约束特征的移动机器人运动学模型和跟踪误差模型,使用改进的自适应轨迹跟踪控制对A*算法运动轨迹进行有效跟踪。实验结果表明,图形用户界面能从复杂地图中选出最优的全局规划算法,机器人在轨迹跟踪过程可以及时、有效地避开障碍。

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基于多局部显著视图与CNN的三维模型分类

白静,相潇,司庆龙,刘振刚,秦飞巍

计算机工程. 2018, 44(12): 215-221,227. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0051163

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为提高基于视图的三维模型分类算法准确度,结合多局部显著视图与卷积神经网络(CNN)提出一种新的三维模型分类算法。提取三维模型多视角下的局部视图,引入显著性评价,建立多局部显著视图集合,以合理表征原始三维模型,兼顾数据表示的完整性和多样性。在此基础上,综合单视图CNN,利用bagging策略构建面向三维模型分类任务的集成深度学习模型,从而提高分类器的泛化性和准确率。在ModelNet10数据集上的实验结果表明,该算法可有效提高分类准确率。

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基于混合结构卷积神经网络的目标快速检测算法

林封笑,陈华杰,姚勤炜,张杰豪

计算机工程. 2018, 44(12): 222-227. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049051

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为提高基于卷积神经网络（CNN）目标检测算法的检测速度，提出一种基于混合结构CNN的目标快速检测算法。采用基于CNN的Faster R-CNN目标检测框架，对其CNN进行优化。基于多层感知器结构，提出CR-mlpconv卷积层结构。在网络浅层采用C.ReLU策略，同时结合CR-mlpconv层结构和C.ReLU策略，合理设计层参数，构成卷积神经网络。将该卷积神经网络融合到Faster R-CNN检测框架中，实现目标快速检测。实验结果表明，在检测精度的适当影响范围内，该算法能够减少网络模型参数并降低网络模型的内存消耗，提高网络的实时性。

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改进烟花算法在虚拟士兵路径规划中的应用

樊永生,连云霞,杨臻

计算机工程. 2018, 44(12): 228-232. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049053

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针对虚拟士兵作战仿真路径规划中存在不连续路径的问题,提出一种改进的烟花算法。采用可视图法进行地图建模,把路径规划转变为寻求最佳路径点的组合。通过结合士兵视觉模型实现对环境威胁的判断,加入对路径节点的插入和删除操作以消除不连续路径,从而得到最优路径。仿真结果表明,与A*算法相比,该算法能减少路径长度和节省规划时间,具有较强的搜索能力。

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基于单目视觉三维重建系统的设计与实现

吕立,姚拓中,宋加涛,肖江剑,王建军

计算机工程. 2018, 44(12): 233-239. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0047936

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视觉重建方法多数存在设备构成复杂、精度低、耗时高等问题。为此,提出一种单台手持式数码相机恢复场景的三维模型方法。采用经典的对极几何初始化相机位姿,使用改进PnP算法计算多帧图像位姿,通过选取新图像鲁棒特征点扩建场景,并运用基于局部关联帧的光束平差法优化摄像机位姿和三维点位置。实验结果表明,与传统的光束平差法相比,该方法能够有效节约时间,具有较强的鲁棒性。

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基于局部调节卷积神经网络的图像识别方法

吴禄慎,常参参,王晓辉,陈华伟

计算机工程. 2018, 44(12): 240-246. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0048480

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卷积神经网络在应用于图像识别时,会出现参数调节速度慢、迭代次数多以及小样本数据分类效果较差的问题。为此,提出一种局部调节卷积神经网络的方法。通过调节需求的大小,将参数对应的神经元分为关键部分和非关键部分,采用动态学习率和局部关键点修正,实现参数快速调节。在mnist、ORL、CIFAR-10和LFW上的实验结果表明,与DAP、UCNN等算法相比,该方法局部调节卷积神经网络的参数更快,在图像识别中达到识别精度需要的时间更少,而且整体识别率较高。

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基于L*a*b*颜色空间的高动态范围成像算法

赵金波,肖照,白本督,范九伦

计算机工程. 2018, 44(12): 247-250,257. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049018

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针对传统的基于RGB颜色空间的高动态范围成像算法存在计算量大和颜色失真的问题,提出一种基于L*a*b*颜色空间的高动态范围图像合成算法。将一组不同曝光量的序列图像从RGB颜色空间转换到L*a*b*颜色空间,采用Debevec-Malik算法在L*通道上处理以获取相机响应曲线,并对亮度分量进行合成,得到高动态范围图像的亮度分量。对a*和b* 2个色度通道分别执行加权平均合成,得到高动态范围图像的2个色度分量。对合成的高动态范围图像的亮度通道采用色调映射后转换为RGB颜色空间进行显示。实验结果表明,与基于RGB颜色空间和基于YUV颜色空间的合成算法相比,该算法合成的高动态范围图像质量较高,计算速度较快。

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基于Haar-PP混合特征提取的沉降颗粒识别研究

周冉,宋华珠,刘翔

计算机工程. 2018, 44(12): 251-257. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0049039

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针对沉降颗粒识别与轨迹追踪中由于灰度模糊、变化造成的识别通过率低、准确度差的问题,对由沉降颗粒的个体形态、运动形态以及空间运动引起的动态灰度变化进行分析,完成激光散射像点图像灰度增强、像素特征转换、像素点连通性判断等处理过程,在此基础上提出一种基于Haar-PP混合特征的沉降颗粒识别算法。实验结果表明,与高斯混合模型相比,该算法有较高的识别率,且时间复杂度较低。

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基于WRN-PPNet的多模态MRI脑肿瘤全自动分割

朱婷,王瑜,肖洪兵,邢素霞

计算机工程. 2018, 44(12): 258-263,270. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0050056

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多模态磁共振成像脑肿瘤图像存在灰度不均匀、组织类别多样等缺陷,导致脑肿瘤分割难度大、精度低,且已有脑肿瘤分割算法多为半自动分割算法。为此,建立一种端到端的全自动脑肿瘤分割模型。对脑肿瘤三维图像切片化以获得大量二维切片图像,将训练集的切片图像标准化后直接输入该分割模型,然后用训练好的模型正确分割出脑部神经胶质瘤区域,并采用Dice系数、灵敏度系数以及阳性预测率系数评估模型的分割性能。实验结果表明,该模型操作简单,鲁棒性较好,3个评估指标值分别能够达到0.94、0.92和0.97。

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