被动式储能助力下肢外骨骼系统设计与仿真分析

为了达到缓解人体行走时的关节压力、减轻关节负担和辅助人体行走的目的,基于人体行走原理提出了髋膝耦合被动式储能助力外骨骼设计方案。髋膝耦合机构用于实现膝关节的离散化助力,是以髋关节运动控制膝关节助力的离合控制方法。该文运用仿真和实验验证的方法验证了该外骨骼的有效性。运用Adams对人-机模型进行联合仿真,验证外骨骼对人体助力的理论效果。在实际穿戴实验中,通过对比是否穿戴外骨骼人体运动时的能耗来验证外骨骼的真实有效性。对比仿真与穿戴实验数据证明该外骨骼能够降低12%~13%的人体运动能耗。

数字经济对中国区域出口韧性的影响及空间溢出效应研究

在对外贸易影响因素不断复杂化和数字经济快速增长的背景下,研究数字经济能否提升出口韧性,对出口贸易未来的长期稳定发展具有重要意义。基于2008—2019年中国省级面板数据,构建双向固定效应模型识别数字经济对区域出口韧性的影响并验证影响机制及检验影响的空间溢出效应。结果显示,数字经济发展对提升地区出口韧性具有显著促进作用,且在中西部地区的提升作用比在东部地区更明显,数字化基础设施和数字化创新能力的促进作用更显著,数字经济在出口韧性高分位点处的提升能力更强;机制检验结果表明,数字经济能够通过创新效应提高地区出口韧性,良好基础设施和市场化水平能够强化促进作用;数字经济发展对出口韧性的提升作用在总效应、直接效应和间接效应上都显示出显著的正向空间溢出。结合研究结论,提出了相关对策建议。

利用自适应光照初始化的弱光图像增强方法

由于光照分量分解估计的高度不确定性,如何准确估计图像的光照分量一直是基于Retinex模型的图像增强方法需要解决的难题。该文提出一个简单有效的方法,准确估计图像的初始光照分量,进而实现弱光图像增强。具体地,首先根据输入图像得到其对应的光照权重矩阵,以指导光照分量的自适应初始化估计;随后在光照结构约束下,对初始光照分量优化估计,并进一步执行非线性光照调整;最终结合Retinex模型得到增强结果。实验表明,该方法不仅能够实现准确的图像分解估计,而且与现有的弱光图像增强方法相比,该文所提方法在多个数据集上的主观视觉效果和客观评价指标都有更好的表现,同时也保持着良好的运行效率。

低轨卫星多星协同及星地协同遥通算一体化技术

首先,系统分析卫星遥感、通信及计算系统现状,深入剖析传统卫星遥感系统和卫星遥感通信融合系统架构存在的实时遥感困境;其次,提出一种多星协同、星地协同的卫星遥通算一体化体系架构,详细定义架构的关键组成和工作原理与模式;再次,系统论证一体化架构的先进性及关键技术的可行性;最后,阐述基于该体系架构的仿真分析方法,与传统模式相比,该体系架构可完成分钟级遥感任务,时效性强,潜在应用价值高。

建筑消防给水设备智能化维护保养研究

改革开放以来,随着我国城市化进程的不断推进,工业化水平不断提高,城市高层建筑成为人们居住的首要选择,同时高层建筑的消防问题也日益突出,复杂的建筑环境对建筑消防给水设备以及设备维护保养提出了更高要求。建筑消防给水设备运行状态良好对保证建筑火灾安全具有重要意义。随着科技的发展,智能化维护保养系统能够更好提高建筑消防给水设备的运行状态,解决现有建筑人工难以识别的安全隐患,降低火灾事故发生概率。本文简要说明了建筑消防给水设备的概念,分析了智能化维护保养的优势、智能化系统的设计原理与运行方式,讨论了目前建筑消防给水设备维护保养存在的问题,并提出了进行智能化维护保养的有效措施。

面向以太坊智能合约的图神经网络漏洞检测

智能合约是区块链的重要组成部分,以太坊平台通过部署大量智能合约实现去中心化应用,且智能合约关联着价值数十亿的美元数字货币。但智能合约是由高级语言编写的一段代码,可能存在易受攻击的漏洞,造成巨大的经济损失。目前智能合约漏洞是以太坊面临的严重威胁之一。传统的智能合约漏洞检测方法严重依赖于固定的专家规则,导致准确率低、耗时长。近年来有研究者使用机器学习方法进行漏洞检测,但其所使用的检测方法没有充分利用智能合约源代码的语义信息。文中将智能合约源代码构建为具有数据流和控制流信息的智能合约图,利用注意力机制为图中节点按照其关键程度分配不同的权重更新图节点特征进行合约漏洞检测,对可重入漏洞和时间戳漏洞进行了实验。实验结果显示,与传统的图神经网络检测模型相比,文中模型在两种漏洞检测中准确度分别提高了11.18%,10.06%。实验证明,智能合约漏洞不仅与合约代码的结构特征相关,而且与不同的函数和数据变量有密切的联系。

基于AADL的混合关键系统随机错误与突发错误安全性分析

许多复杂的嵌入式系统都是混合关键系统(mixed-criticality system,MCS).MCS通常需要在指定的关键性(criticality)等级状态下运行,但是它们可能会受到一些危害的影响,这些危害可能会导致随机错误和突发错误,进一步导致执行线程中止,甚至导致系统故障.目前的研究仅集中于对MCS的可调度性分析,未能进一步分析系统安全性,未能考虑线程之间的依赖关系.以随机错误和突发错误为研究对象,提出一种集成故障传播分析的基于架构的MCS安全分析方法.使用架构分析和设计语言(architecture analysis and design language,AADL)刻画构件依赖关系.为了弥补AADL的不足,创建新的AADL属性(AADL突发错误属性),并提出新的线程状态机(突发错误行为线程状态机)语义来描述带有突发错误的线程执行过程.为了将概率模型检查应用于安全分析,提出模型转换规则和组装方法,从AADL模型推导出PRISM模型.建立了两个公式,分别获得定量安全属性以验证故障发生的概率,以及定性安全属性以生成相应的正例来求出故障传播路径来进行故障传播分析.最后,以动力艇自动驾驶仪(power boat autopilot,PBA)系统为例,验证了该方法的有效性.

一种支持内嵌数据处理的合约漏洞修复方案

智能合约是一段部署在区块链上的程序,为分布式交易提供了可能。然而,由于智能合约携带的金融属性及部署后不可改变的特性,使其成为黑客攻击的目标。因此,为保证合约的安全性,需对漏洞合约进行修复。然而,现有合约漏洞修复方案存在修复成功率低、无法处理复杂合约等问题,为此提出一种支持内嵌数据处理的合约漏洞修复方案。该方案首先研究并形式化以太坊虚拟机动态装载机制,并基于内存拷贝指令构建内嵌数据定位算法,解析并反编译智能合约字节码结构;接着基于蹦床机制对智能合约字节码进行重写,并修正因重写而产生的内嵌数据地址偏移;最终实现智能合约的漏洞修复。基于所提方案实现原型工具SCRepair,部署于本地测试网络Ganache以对其进行性能测试,并与现有漏洞修复工具EVMPatch和Smartshield进行比较。实验结果表明,相比于EVMPatch,SCRepair的合约字节码重写成功率提升了约26.9%,并有着更好的执行重写稳定性,受编译器版本的较影响小;相比于Smartshield,SCRepair能够更好地处理复杂合约。

基于模型水印的联邦学习后门攻击防御方法

联邦学习作为一种隐私保护的分布式机器学习方法,容易遭受参与方的投毒攻击,其中后门投毒攻击的高隐蔽性使得对其进行防御的难度更大.现有的多数针对后门投毒攻击的防御方案对服务器或者恶意参与方数量有着严格约束(服务器需拥有干净的根数据集,恶意参与方比例小于50%,投毒攻击不能在学习初期发起等).在约束条件无法满足时,这些方案的效果往往会大打折扣.针对这一问题,本文提出了一种基于模型水印的联邦学习后门攻击防御方法.在该方法中,服务器预先在初始全局模型中嵌入水印,在后续学习过程中,通过验证该水印是否在参与方生成的本地模型中被破坏来实现恶意参与方的检测.在模型聚合阶段,恶意参与方的本地模型将被丢弃,从而提高全局模型的鲁棒性.为了验证该方案的有效性,本文进行了一系列的仿真实验.实验结果表明该方案可以在恶意参与方比例不受限制、参与方数据分布不受限制、参与方发动攻击时间不受限制的联邦学习场景中有效检测恶意参与方发起的后门投毒攻击.同时,该方案的恶意参与方检测效率相比于现有的投毒攻击防御方法提高了45%以上.

多时间无干扰性验证方法

安全关键嵌入式软件的运行时行为通常具有严格时间约束,对安全属性的执行提出额外要求.针对嵌入式软件的信息流安全保护要求,以及现有安全性验证方法面向单一属性且存在假阳性等问题,首先从现实场景的安全需求出发,提出一种新的时间无干扰属性timed SIR-NNI;然后提出一种兼容多种时间无干扰属性(timed BNNI,timed BSNNI及timed SIR-NNI)统一验证的信息流安全验证方法,该验证方法依据不同的时间无干扰性要求,从待验证时间自动机自动构造测试自动机和精化自动机,通过UPPAAL的可达性分析实现精化关系检查和安全性验证.实现的验证工具TINIVER从SysML顺序图模型或C++源码提取时间自动机实施验证流程.使用TINIVER对现有时间自动机模型和安全属性的验证说明方法的可用性,对无人机飞行控制系统ArduPilot和PX4的典型飞行模式切换模型的安全验证说明方法的实用性和可扩展性.此外,方法能避免现有典型验证方法的假阳性缺陷.

MagDet:基于地磁的无人机GPS欺骗检测方法

GPS是目前最为广泛使用的基于卫星的导航和定位系统,对于无人机而言,它是一个不可或缺的组成部分,提供了关键的精确位置数据,对导航和任务的成功至关重要.然而,GPS欺骗攻击已经逐渐演变成对GPS依赖系统不断增加的威胁.目前,针对无人机的GPS欺骗检测方法大多基于仿真数据提出、依赖于多个无人机或者需要专用设备(例如,软件定义无线电平台和高清摄像头).本文提出一种新颖的基于地磁场的无人机GPS欺骗检测方法--Mag Det(Magnetic field-based Detection method),其基本思想是利用地球内部和周围金属建筑材料不均匀性引起的地磁场异常,通过真实飞行收集位置和磁场强度数据,包括正常和被攻击场景.应用各种机器学习算法来训练这些数据以选择最佳分类器,该分类器可以轻松部署在常见机载计算机中.该方法的检测率超过99.5%,平均错误率(Equal Error Rate,EER)为0.51%,优于现有检测方法.此外,评估了各种因素对Mag Det的影响,以证明其鲁棒性.即使在未访问过的地点(距离6 km),准确率也高于95%,EER为0.49%.

基于启发式规则的流式在线日志解析方法

为了解决现有日志解析方法中存在的解析不准确、效果不稳定等问题,提出了一种基于启发式规则的流式在线日志解析方法——启发式正则树(HRTree)。其在Drain方法解析结构树基础上,引入启发式规则对日志进行拆分构造,并优化了解析结构树的部分构造方式,从而解决了日志参数过拟合、不同系统日志解析结果不稳定的问题。实现了解析结果分类准确,且参数内容识别准确的解析效果。大量实验结果表明,所提出的HRTree方法在不同的系统日志上均展现了90%以上的解析准确率。

类聚氨基酸大分子的制备及其减水分散性能

聚羧酸减水剂因为具有掺量低、减水率高及绿色环保等优点备受青睐,但实际应用中却因受到混凝土骨料中泥含量的影响,也常伴有相容性差、减水率低及坍落度损失大等问题。因此,文中从聚合物分子结构设计入手,采用异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)进行共聚,再利用支链末端功能环氧基团与氨基乙酸(GA)反应制备了类聚氨基酸大分子(PAAs)。采用凝胶色谱和动态光散射对PAAs相对分子质量与其分布以及在水溶液中的聚集形态进行了表征,通过水泥净浆和混凝土实验对PAAs减水分散和抗泥敏感性能进行了研究。结果表明,PAAs在水溶液中以纳米聚集体的形式存在,粒径约30~120 nm,而正是由于PAAs聚集体的空间位阻效应在有效分散水泥颗粒的同时,还能显著阻止混凝土骨料中“泥”(蒙脱土)对PAAs的竞争插层吸附消耗,因而PAAs具有优异的减水分散和抗泥敏感性能,应用前景广阔。

聚合物表面活性剂在水泥基材料气泡调控中的应用现状

水泥基材料中的气泡调控一直以来都是学科难题,通过多因素提高水泥基材料中气泡的稳定性和可控性,对提高水泥基材料的流变性能和耐久性能具有十分重要的意义。在众多影响因素中,气泡调控型聚合物表面活性剂在水泥基材料气泡调控中起到十分关键的作用。文中首先对新拌混凝土中气泡的形成和破灭过程进行了简单介绍,综述了影响气泡稳定性的主要因素,如引气型外加剂、减水剂及纳米颗粒等对气泡稳定性的影响,同时介绍了近年来引气型外加剂的合成研究进展。最后,讨论了水泥基材料中气泡对混凝土性能的重要意义。

联邦加密流量分类中的细粒度防御方法

为了避免异常流量对联邦加密流量分类模型造成危害,研究者们提出了多种鲁棒算法和防御方案。已有方法通过移除异常模型的所有流量来提高鲁棒性。但这种清除节点所有流量的方法是一种粗粒度的防御方法。粗粒度的防御会造成正常流量损失和防御过当的问题。为避免上述问题,结合协作式联邦加密流量分类框架,提出清除异常流量的一种细粒度防御方法。该方法首先通过高效划分异常节点的本地数据集来缩小异常流量的搜索范围,实现细粒度定位异常节点的流量;然后在模型聚合时通过清除异常流量来降低正常流量损失,实现细粒度防御,解决防御过当问题。实验结果表明,与已有防御方案相比,提出的细粒度防御方法可以在不影响准确率的前提下,显著提高模型检测效率。所提出的细粒度防御方法检测准确率可以达到约91.4%,且检测效率与已有方法相比提高了约32.3%。

基于序参量的云边端分布式体系协同安全评估

基于云边端的分布式计算体系成功服务于众多应用,已经成为一种主流,具有受众广、用户体验好、安全期望高等特点。然而,近年来针对云、边、端的攻击事件频发,给用户造成严重的安全隐患与巨大经济损失。当前云、边、端的防御机制各自为战,抵御风险的能力差异大,全域安全风险消除难。事前配置和事后“亡羊补牢”式的安全手段难以满足高负载、高实时的云边端协同网络的安全需求。其根源在于云、边、端分层架构各自为营,未形成有效的协同防御体系,导致产生跨域安全治理难度大、实时性差、协同一致性评估难等问题。提出了实时感知、动态决策、积极防御三位一体的云边端协同安全架构,深度融合云、边、端,形成安全协同能力,并进行严格理论一致性证明;提出了基于序参量的协同安全评估模型,实现云、边、端风险感知一致,策略决策一致,攻击防御一致,实行高效率、低成本的安全风险协同防护,最大化系统性安全收益;对一致性理论与评估模型进行仿真验证,结果证明了提出的协同安全体系以及一致性评价模型的正确性与有效性。

教研产用相融合的粘合剂课程教学改革探究

结合人才培养需要和粘合剂课程特点以及社会发展需求,构建基于教研产用相融合的粘合剂课程教学改革模式,借助科学研究和区域产业优化课程内容、开展现场教学以及构建开放实验探究平台与学科竞赛相结合,鼓励引导学生积极主动以粘合剂课程为媒介将所学理论知识与应用实践有机结合起来,融会贯通化学、材料与工程应用的知识脉络体系。该文以临沂大学为例,主要介绍材料科学与工程学院在材料科学与工程(高分子方向)专业粘合剂教学改革方面的尝试以及取得的初步进展。

可信执行环境赋能的云数据动态群组访问控制

云存储服务的普及,吸引着众多用户将数据外包存储至云平台。出于个人隐私保护的需要,云外包数据多以密文形式存在,为用户通过云平台共享数据带来极大的不便。其关键挑战在于,如何设计基于密码学的群组访问控制方案,以合理的计算/存储开销,支持用户安全便捷地进行密文数据共享。针对该问题,在既有文献基础之上,提出了一种基于可信计算环境的低开销、细粒度云存储数据动态群组访问控制机制。该方案以一种融合了身份基广播加密、属性加密以及代理重加密的既有方案为基础,通过引入可信执行环境,如英特尔^(■)软件防护扩展(Intel^(■)SGX),对原方案中密码学进行了计算简化,同时通过引入子群划分的思想,近一步优化了动态群组访问控制的管理开销。仿真结果表明,与原方案相比,本方案在有效保护数据隐私、提供细粒度密文数据动态访问控制能力的同时,极大地降低了计算复杂度。

聚合物外加剂气泡性能测试方法研究

气泡不仅在日常生活中的清洁、医药以及工业生产等领域应用广泛,而且在建筑领域也具有十分重要应用价值。混凝土的搅拌成型过程会产生大量的气泡,气泡数量和尺寸会影响水泥基材料初期的流动性、强度和耐久性。目前气泡测量设备往往较为昂贵,且由于气泡以水作为连续相,相对于其他溶剂作为连续相产生的体系稳定性较差。基于此,本文采用搅拌法与打泡器打泡法分别测试不同含量的表面活性剂以及聚合物产生的气泡体积随时间的变化。结果表明:溶液的起泡性和稳泡性受表面活性剂的浓度影响较大,在同一环境下随浓度增加会产生一个最大值。同时,不同类型的表面活性剂作用效果不同。而在加入聚合物后会产生消泡和增泡两种现象,并且在不同类型的表面活性剂中有着不同的作用效果。

开放大数据安全存储与检索系统

数据安全存储与检索是开放大数据安全利用的基础。然而,现有大数据存储与检索系统难以支持存储密钥的高效更新,且无法兼顾多模态数据的密文存储与高效检索,难以满足开放大数据的安全高效利用需求。为此,针对存储密钥更新问题,提出了基于嵌套加密的存储密钥更新机制,支持非解密式存储密钥高效更新,满足非可信环境下密钥定期轮换需求;针对密文索引体积膨胀问题,提出了压缩密文多集合查询过滤器,支持海量数据的高密度密文索引;针对多模态数据密文检索问题,提出了跨类型密文复合关联检索算法,支持文本、空间、图像等多模态数据的单类型和跨类型密文检索。基于以上关键技术研发了多模态加密数据库系统,该系统支持存储计算分离,兼容现有大数据服务的技术架构,现有大数据平台可通过微服务增量部署完成安全加固,保障系统的可扩展性、易用性和高效性。实验结果表明,相比传统的解密重加密机制,所提出的存储密钥更新机制性能提高了80%以上;相比现有的明文数据库系统,所提出的多模态加密数据库系统在文本、空间、图像、跨模态检索等方面综合性能损耗不超过25%。