通信学报

TDoA定位盲区分析与节点部署策略研究

赵越, 李赞, 李冰, 郝本建

2023, 44(1): 1-13. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023021

摘要 ( 364 )

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以克拉美罗下界（CRLB）作为定位精度衡量指标进行分析，探讨到达时间差（TDoA）定位场景中定位盲区的产生条件，分析不同因素对定位盲区的影响。此外，以无线传感器网络（WSN）所覆盖区域的平均CRLB为目标函数，构建了传感器节点优化部署问题，并提出基于定位盲区预判断的遗传算法进行求解。仿真验证了单信号源定位时CRLB的性质以及定位盲区的产生条件和出现区域。仿真结果表明，采用所提基于定位盲区预判断的遗传算法获得的节点部署方案时，定位精度比均匀角度部署提高 33.92%，比区域顶点部署提升 13.74%，比直接遗传算法提升9.65%。

基于同态加密的高效安全联邦学习聚合框架

余晟兴, 陈钟

2023, 44(1): 14-28. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023015

摘要 ( 1079 )

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为了解决联邦学习数据安全以及加密后通信开销大等问题，提出了一种基于同态加密的高效安全联邦聚合框架。在联邦学习过程中，用户数据的隐私安全问题亟须解决，然而在训练过程中采用加密方案带来的计算和通信开销又会影响训练效率。在既要保护数据安全又要保证训练效率的情况下，首先，采用Top-K梯度选择方法对模型梯度进行筛选，减少了需要上传的梯度数量，提出适合多边缘节点的候选量化协议和安全候选索引合并算法，进一步降低通信开销、加速同态加密计算。其次，由于神经网络每层模型参数具有高斯分布的特性，对选择的模型梯度进行裁剪量化，并采用梯度无符号量化协议以加速同态加密计算。最后，实验结果表明，在联邦学习的场景下，所提框架既保证了数据隐私安全，又具有较高的准确率和高效的性能。

基于周期耦合处理的CAN总线数据组合加密方法

秦武韬, 王鹏, 李玉峰

2023, 44(1): 29-38. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023017

摘要 ( 214 )

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针对智能网联时代控制器局域网络（CAN）总线传输轻量化安全加密的需求，提出了一种响应快、安全性高的CAN总线数据加密方法，针对64位CAN报文周期性发送特点，设计与报文传输周期耦合的在线离线分组加密方案，离线段利用高级加密标准生成动态会话密钥，在线段则利用动态会话密钥快速响应报文的分组加解密请求。通过离线段的预加密计算大幅降低在线计算时延，实现低时延、轻量化；同时，基于 CAN 各车载单元属性，利用基于密文策略的属性加密方法对 CAN 报文的分组密码进行加密、分发，通过数据发送单元制定的访问控制策略确保仅目标单元可解密分组密码，实现针对性加密。

基于MILP的轻量级密码算法ACE的差分分析

刘帅, 关杰, 胡斌, 马宿东

2023, 44(1): 39-48. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023023

摘要 ( 220 )

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研究了轻量级密码算法ACE的差分性质。首先定义了n维环形与门组合，充分分析了该结构中与门之间的相互关系，仅利用O(n)个表达式给出其精确的MILP差分刻画，将ACE算法中的非线性操作转化为32维环形与门组合，从而给出了ACE算法的MILP差分模型。其次根据MILP模型求解器Gurobi的求解特点，给出了快速求解ACE的MILP差分模型的方法。对于3～6步的ACE置换，得到了最优差分链，利用多差分技术给出了更高概率的差分对应，从而给出了 ACE 置换为 3 步的认证加密算法 ACE- $A E$ -128 的差分伪造攻击与哈希算法ACE- $H$ -256的差分碰撞攻击，成功概率为2^-90.52，并证明了4步ACE置换达到了128 bit的差分安全边界。实际上，n维环形与门组合的MILP差分刻画具有更多的应用场景，可应用于SIMON、Simeck等密码算法的分析中。

基于异构观测链的容器逃逸检测方法

张云涛, 方滨兴, 杜春来, 王忠儒, 崔志坚, 宋首友

2023, 44(1): 49-63. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023008

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针对现有容器逃逸检测技术漏报率较高的问题，提出一种异构观测的实时检测方法。首先对利用内核漏洞的容器逃逸行为建模，选取进程的关键属性作为观测点，提出以“权限提升”为检测标准的异构观测方法；然后利用内核模块实时捕获进程的属性信息，构建进程起源图，并通过容器内外进程边界识别技术缩小起源图规模；最后基于进程属性信息构建异构观测链，实现原型系统HOC-Detector。实验结果表明，HOC-Detector可以成功检测测试数据集中利用内核漏洞的容器逃逸，并且运行时增加的总体开销低于0.8%。

移动边缘网络下服务缓存与资源分配联合优化策略

龙隆, 刘子辰, 陆在旺, 张玉成, 李蕾

2023, 44(1): 64-74. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023020

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针对边缘服务器的计算与存储资源有限，过多的任务卸载将使其计算能力与负载能力不匹配，从而导致任务处理时延增加的问题，研究了基于多用户、边缘服务器以及云服务器组成的三层网络架构下的任务卸载与存储资源联合优化问题以降低系统整体时延。由于该问题为混合整数非线性问题，因此提出了一种服务缓存与资源分配联合优化策略。首先，将原问题的连续与离散变量进行解耦为2个子问题，即服务缓存决策问题以及计算资源与通信资源联合优化问题。然后，通过重构线性化方法、松弛法以及凸优化方法对2个子问题进行交替优化迭代获得近似最优解。仿真结果表明，所提策略在低复杂度情况下能够获得近似最优解，并且与其他策略相比时延降低10%左右。

格上基于OBDD访问结构的抗密钥滥用属性加密方案

韩益亮, 郭凯阳, 吴日铭, 刘凯

2023, 44(1): 75-88. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023019

摘要 ( 185 )

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为了解决属性加密中的密钥安全问题，基于环上误差学习（RLWE）和有序二元决策图（OBDD）访问结构提出了一种抗密钥滥用的密文策略属性加密方案。首先，构造了2个不同的机构来共同生成用户的私钥，降低了机构泄露密钥的风险；其次，在每个私钥中嵌入了用户的特定信息，实现了密钥的可追踪性，并通过维护白名单避免了非法用户和恶意用户的访问。另外，所提方案采用有序二元决策图的访问结构，在支持属性与、或、门限操作的基础上增加了属性的正负值。分析表明，所提方案满足抗合谋攻击和选择明文攻击下的不可区分性安全，降低了存储和计算开销，和其他方案相比更具有实用性。

短波数字信道化通信探测一体化快速建链方法

李国军, 向翠玲, 叶昌荣, 王尊立

2023, 44(1): 89-102. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023001

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针对短波通信传统自动链路建立技术选频准确性低、建链效率低、资源利用率低等问题，提出一种基于短波数字信道化接收的通信探测一体化快速建链方法。利用数字信道化技术实现短波全频段并行接收。设计了通信探测一体化波形，解决建链过程中波形切换带来的时间冗余和设备兼容问题。设计了探测即建链的快速建链方案，实现复杂电磁环境下的快速稳健通联。实测结果表明，信道化结构能够增强建链系统的接收性能，建链方案相较于传统建链方案有明显优势，信道参数估计方法有较高的估计精度，验证了所提方法在真实短波信道环境的适用性。

基于特征依赖图的源代码漏洞检测方法

杨宏宇, 杨海云, 张良, 成翔

2023, 44(1): 103-117. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023018

摘要 ( 400 )

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针对现有源代码漏洞检测方法未显式维护源代码中与漏洞相关的语义信息，导致漏洞语句特征提取困难和漏洞检测误报率高的问题，提出一种基于特征依赖图的源代码漏洞检测方法。首先，提取函数片中的候选漏洞语句，通过分析候选漏洞语句的控制依赖链和数据依赖链，生成特征依赖图。其次，使用词向量模型生成特征依赖图的节点初始表示向量。最后，构建一种面向特征依赖图的漏洞检测神经网络，由图学习网络学习特征依赖图的异构邻居节点信息，由检测网络提取全局特征并进行漏洞检测。实验结果表明，所提方法的召回率、F1分数分别提高1.50%～22.32%、1.86%～16.69%，优于现有方法。

分组密码最小活跃S盒个数快速搜索算法

刘正斌, 李永强, 朱朝熹

2023, 44(1): 118-128. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023022

摘要 ( 256 )

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为了解决密码设计中最小活跃S盒个数的快速计算问题，研究了扩散层的差分和掩码传播性质，提出了一种计算最大距离可分（MDS）矩阵和二元域矩阵的差分/掩码模式分布表的方法，并证明了所提方法计算复杂度的下界。基于扩散矩阵的差分/掩码模式分布表，提出了一种快速搜索分组密码最小活跃S盒个数的算法，将其用于代入置换网络（SPN）型分组密码，找到了LED、SKINNY、CRAFT和FIDES的全轮最小活跃S盒个数。

基于图像块码本模型的监控视频背景参考帧生成方法

张伟, 王宇, 陈新怡, 王延文, 景庆阳, 雷为民

2023, 44(1): 129-141. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023003

摘要 ( 187 )

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为解决背景参考帧受前景污染严重，以及传输背景参考帧导致的码率突增等问题，针对背景较稳定的监控视频，提出一种以图像块为基本单元的渐进式背景参考帧生成方法。所提方法建立了基于聚类的图像块码本模型，利用基于感知哈希的码元匹配，将视频序列中处于同一位置的图像块进行聚类；利用背景图像区域特性准确检测背景码元；利用码本模型从不同帧中检测出背景图像块生成完整的背景参考帧。实验结果表明，所提方法编码效率相比标准HM16.20在亮度分量上提升17.89%，有效提升了背景参考帧生成质量，且时间复杂度满足视频实时性需求。

基于非线性残差的JPEG图像隐写分析

夏超, 刘亚奇, 关晴骁, 金鑫, 张艳硕, 许盛伟

2023, 44(1): 142-152. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023010

摘要 ( 204 )

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当前JPEG图像隐写分析方法往往只使用线性滤波器生成残差图像，导致残差图像类型过于单一，影响隐写检测性能。鉴于此，提出了基于非线性残差的JPEG图像隐写分析方法。首先，从现有JPEG图像隐写分析方法已有的线性残差图像中选择合适的图像组，对其采用逐像素取小和取大运算，在没有明显增加计算复杂度的情况下，得到非线性残差图像。其次，根据JPEG相位，将非线性残差图像划分为子图像，提取子图像直方图特征。再次，充分考虑非线性运算的影响，设计合适的特征对称合并方法。最后，将合并后的直方图特征拼接形成最终的隐写分析特征。实验结果表明，线性和非线性残差图像相结合能够有效地增加残差图像和隐写分析特征的多样性，从而提升JPEG图像隐写检测性能。

基于几何序列分解与稀疏重构的DOA估计

侯进, 陈鑫强

2023, 44(1): 153-163. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023011

摘要 ( 168 )

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为了解决均匀圆阵在欠定情况下对相干信号测向的问题，提出了一种利用几何序列分解与稀疏重构相结合的波达方向（DOA）估计算法。几何序列分解用于拆分相干组，并估计出每个相干组的实际方向向量，稀疏重构则对每个相干组进行DOA估计。仿真结果表明，当均匀圆阵的阵元数为M时，相比于现有算法，所提算法所能估计的最大信源数为 M(M-1)，并且当信源数较多时，其测向成功率和精度都更优，此外，所提算法能够解决“角度兼并”问题，并且在极少快拍数测向任务中具有一定的优势。

面向非独立同分布数据的联邦学习数据增强方案

汤凌韬, 王迪, 刘盛云

2023, 44(1): 164-176. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023007

摘要 ( 617 )

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为了解决联邦学习节点间数据非独立同分布（non-IID）导致的模型精度不理想的问题，提出一种隐私保护的数据增强方案。首先，提出了面向联邦学习的数据增强框架，参与节点在本地生成虚拟样本并在节点间共享，有效缓解了训练过程中数据分布差异导致的模型偏移问题。其次，基于生成式对抗网络和差分隐私技术，设计了隐私保护的样本生成算法，在保证原数据隐私的前提下生成可用的虚拟样本。最后，提出了隐私保护的标签选取算法，保证虚拟样本的标签同样满足差分隐私。仿真结果表明，在多种 non-IID 数据划分策略下，所提方案均能有效提高模型精度并加快模型收敛，与基准方法相比，所提方案在极端non-IID场景下能取得25%以上的精度提升。

基于自适应功率分裂的协作非正交多址接入无线携能通信网络性能分析

杨正, 郑云, 余月好, 吴怡, 董志诚, 邢松

2023, 44(1): 177-188. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023004

摘要 ( 198 )

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为了提高无线通信系统的频谱利用率、降低功耗，针对双向协作非正交多址接入携能网络，提出了一种自适应功率分裂的无线携能准则。中继利用译码转发协议和用户的距离信息执行串行干扰消除，检测用户的信息并从发送端收割能量。发送端设计自适应功率分裂准则，使中继可以成功检测用户的信息，然后把剩余的能量全部用于能量传输，进而中继可以收割到最多的能量并将所解码的信息转发给接收端。基于所提的自适应功率分裂准则，分析网络的全局中断概率、端到端中断概率，以及高信噪比条件下的分集增益。与基于固定功率分裂的协作三级正交多址接入携能网络相比，基于自适应功率分裂的协作两级非正交多址接入携能网络可以获得更优的中断性能。

基于协方差分析的合作协同进化差分进化算法

王彬, 任露, 王晓帆, 曹雅娟

2023, 44(1): 189-199. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023005

摘要 ( 191 )

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在大规模高维优化问题中，随着决策变量数目的增加，协同进化算法在搜索全局最优解过程中容易陷入局部最优。基于此，提出了一种基于协方差分析的合作协同进化差分进化算法，在根据决策变量之间的相关性对优化问题进行分组之后，针对子组件内部变量之间的相关性会影响种群进化过程的现象，在对子组件优化的过程中，利用协方差计算种群分布的特征向量，通过坐标旋转消除变量之间的相关性，有效避免在种群搜索过程中陷入局部最优，同时加快了算法的寻优速度。在CEC 2014测试函数集上进行了对比实验，实验结果表明，所提算法具有可行性。

基于改进人工蜂群算法的云制造服务组合优化方法

胡强, 田雨晴, 綦浩泉, 吴鹏, 刘庆雪

2023, 44(1): 200-210. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023024

摘要 ( 221 )

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为提高云制造服务组合的流程寻优质量、效率和稳定性，提出一种基于改进人工蜂群算法的云制造服务组合优化方法。首先，建立了云制造服务组合场景下的3种服务协同质量计算方法；然后，构建了一种融合服务协同质量的云制造服务组合优化模型；最后，设计了一种具有多搜索策略岛屿模型的人工蜂群算法，实现最优云制造服务组合流程的求解。实验结果表明，所提算法在组合流程的寻优质量、效率和稳定性方面均优于当前流行的人工蜂群改进算法和其他群智能算法。

基于雾线和颜色衰减先验的图像去雾方法

廖苗, 陆颜, 张锦, 赵于前, 邸拴虎

2023, 44(1): 211-222. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2023013

摘要 ( 231 )

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针对现有图像去雾方法易产生的颜色过饱和、细节丢失、伪影等问题，提出了一种基于雾线和颜色衰减先验的去雾方法。首先，利用雾线先验和霍夫投票估计大气光。然后，根据颜色衰减先验建立关于场景深度的非线性模型，获取准确的透射率。最后，通过对大气散射模型进行反向求解去除图像中的雾霾干扰，获得细节丰富的去雾图像。在RESIDE公共数据集上进行了实验，并与多种现有方法进行了比较。实验结果表明，所提方法可有效去除图像中的雾霾干扰，获得清晰自然的去雾图像，且其时间和空间效率均优于其他方法。

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