混沌密码理论研究与应用新进展

混沌密码研究主要包括混沌序列密码、混沌分组密码和混沌公钥密码。混沌序列密码具有软硬件实现简单、加解密处理速度快、没有或只有有限的错误传播等特点。混沌序列密码的设计方面研究成果极为丰硕,但其安全性分析一般停留在统计性验证分析阶段,而对可证明安全性或其他有条件安全性的证明和分析很少,因此证明混沌序列密码的安全性已成为该领域亟需填补的空白。混沌分组密码的研究颇为成熟,但其整体结构一般受限于Feistel结构、SPN结构、Lai-Massey结构及其变形结构。因此,构建突破传统结构的创新性密码架构成为混沌分组密码亟待解决的关键问题之一。混沌公钥密码的研究相对薄弱,利用混沌系统特有的密码特性和公钥密码系统相结合的混沌公钥密码算法不仅具有理论研究意义,而且具有实际应用价值。混沌系统也被广泛应用于通信传输、语音加密、图像加密和扩频通信等保密通信领域。电、光混沌系统实现简便,其计算复杂性不会随着密钥空间的增大而明显增大,能够为无线通信、物理层链路安全、应用层数据安全等不同场景提供安全保护。

基于扰动时空混沌的三维OFDM星座加密方案

无线通信网络的迅猛发展使得传输信息量迅速增加,这对系统的传输效率和通信安全提出了更高的要求。为满足上述要求,提出了一种基于扰动时空混沌的三维OFDM星座加密方案。首先,设计了一种反馈元胞自动机,以提高元胞自动机的周期性和伪随机性。将反馈元细胞自动机的迭代结果进行归一化后,作为扰动加入时空混沌系统中。通过分岔图、李亚普诺夫指数、回归映射分析和随机性测试,证明了添加该扰动的系统具有良好的混沌特性。其次,设计了一种新的三维16-ary星座图,将星座点之间的最小欧氏距离扩大了6.3%,并结合扰动的时空混沌系统实现了三维星座旋转的物理层调制加密。实验仿真结果表明,与其他三维16-ary星座映射旋转加密算法相比,该算法的误码率性能提高了约1 dB。此外,通过密钥空间、密钥灵敏度和统计攻击的安全分析,证明了其良好的安全性能。

基于可逆元胞自动机加密的扩展码索引调制方案

针对直接序列扩频系统伪随机(Pseudo Noise,PN)码资源有限且码索引调制系统误码率性能下降的问题,提出了一种基于可逆的初等元胞自动机加密的扩展码索引调制方案。首先,针对PN码资源有限的问题,提出使用混沌规则的初等元胞自动机对PN码进行迭代的方案,从而实现扩展PN码的目的;其次,针对码索引调制误码率性能下降的问题,提出了一种可逆元胞自动机加密的码索引调制方案,在发射端,把信息比特切割成调制比特和映射比特,并分别映射为调制符号和扩频码索引,使用对应索引的扩频码对同相分量进行扩频,同时使用可逆元胞自动机对映射比特进行加密,加密后的映射比特为调制符号的正交分量选取对应索引的扩频码进行扩频。仿真与分析结果表明,在相同频谱效率条件下,在加性高斯白噪声信道中,当误码率为10-5时,扩展码索引调制方案的误码率性能优于码索引调制和广义码索引调制方案约2~4 dB,优于非正交码移键控码索引调制方案约0.5 dB。

基于变形分数阶Lorenz混沌系统的图像加密算法

提出一种基于变形分数阶Lorenz混沌系统并且结合频域Arnold置乱的图像加密算法,使用离散小波变换对图像进行多次滤波,置乱选取有参数的Arnold映射克服了周期性影响,采用非等长Arnold置乱解决了对明文图像尺寸的限制问题。密钥生成使用安全哈希算法SHA-256,分别产生置乱阶段和扩散阶段的密钥,增强了系统的抗差分攻击能力。性能仿真结果表明,提出的加密算法密钥空间大、密钥敏感性高、密文统计直方图分布均匀、相邻像素相关性低、信息熵接近于理想值、抗差分攻击能力强,具有较高的安全性。

基于扰动法的抗退化数字混沌系统研究

研究数字混沌系统的退化问题对混沌密码学的发展有重要意义,扰动法能有效改善数字混沌系统的退化行为。首次提出对一维Chebyshev混沌系统的全部扰动对象进行扰动的方法,使Chebyshev映射表达式的每一个部分都被扰动源所影响,从而达到抗退化的目的。还对改进方案生成混沌序列的性能进行了对比与分析,结果表明,上述方案在低有限精度情况下不仅大大延长了数字Chebyshev混沌系统周期,使系统的动力学性能得到提高,扩展了密钥空间,可用于混沌密码算法的设计中。

P(AA-AM)/CS/MMT复合水凝胶的吸液与吸附性能

通过水溶液聚合法制备了聚(丙烯酸-丙烯酰胺)/预处理玉米秸秆(PCS)/有机蒙脱土(OMMT)复合水凝胶。采用FT-IR、XRD和SEM表征了水凝胶的微观结构和形貌,并测试了其吸液与吸附性能。结果表明,双单体接枝到纤维素骨架上,聚合物链插入了黏土片层,水凝胶的表面布满褶皱和孔隙。水凝胶的吸水率为150.2g·g^(-1),表现出良好的离子强度敏感性,对亚甲基蓝、结晶紫和孔雀石绿的吸附率分别为98.4%、97.2%和92.4%。

直接序列扩频非正交分组码索引调制技术研究

为了进一步提高传统码索引调制(Code Index Modulation, CIM)的误码率性能和降低伪随机(Pseudo Noise, PN)码索引资源的耗费量,提出非正交分组-码索引调制(Nonorthogonal Grouping-Code Index Modulation, NG-CIM)方案。NG-CIM在发送端将每一个传输时隙并行分为调制块和映射块,调制块通过比特分组后映射成为多组调制符号,映射块为各组调制符号的正交分量和同相分量索引相同的PN码进行直接序列扩频传输。仿真结果表明,在加性高斯白噪声信道中,随着频谱效率的提升,NG-CIM的误码率性能较CIM有着约2~4dB的改善,同时PN码资源的耗费量也大大减少。

基于改进MC算法和分数阶混沌的CT图像三维重建和加密方案

在现代医疗领域的病理诊断与手术实操中,需要对CT进行三维重建实现二维图像的三维可视化以提高诊断和操作的正确性。针对目前三维重建耗时过长、精度欠佳等问题,提出了一种改进的MC算法,采用包围盒分割算法提取包含等值面的体素,有效提高了重建效率;利用三线性插值法计算等值面与体素的交点信息,从而提高了重建精度。为保障医疗信息在云存储以及网络传输的安全性,提出了一种基于分数阶Lorenz混沌的三维模型加密方案,实现了重建数据在频域的混沌加密。实验结果表明,改进的MC算法具有良好的重建效率和重建精度,提出的加密方案能有效地保护重建后的三维数据,并能抵抗穷举攻击、差分攻击和统计攻击。

基于Co-LSTM-FC网络的糖尿病伴周围神经病变临床决策支持系统研究

为了实现辅助医生对糖尿病伴周围神经病变(DPN)进行早期诊断与决策,针对DPN早期预测提出一种基于Co-LSTM-FC网络的临床决策支持系统(DPN-CDSS)。Co-LSTM-FC网络模型使用FC-LSTM网络和ConvLSTM网络共同对患者的临床数据进行特征提取,减轻单一模型运算时出现的权重偏差,同时利用全连接神经网络对患病特征进行分类,提高预测模型准确率。本文方法的准确率、特异度、F1值、G-mean值和AUC值分别为95.51%、94.24%、95.06%、95.08%和94.37%,与对比模型相比获得的结果准确度更高。DPN-CDSS用户界面包括用户登录、数据输入和结果显示界面,方便医生和患者进行使用。该系统可提前筛查患者的得病情况,辅助医生进行初期诊断,提升诊疗效率。

基于变参数的logistic混沌系统图像加密算法

传统基于混沌的加密体制一般会使用固定的参数,对系统轨道的分析和破译使得算法的安全性不高。针对此类问题提出一种新的变参数logistic系统的图像加密算法,利用动态变换产生一组一直变化的logistic系统参数;用此系统产生一组随机序列,分别用于位置置乱和像素变换;双向扩散得到加密后的图像。算法经过仿真实现和性能测试,分析表明该算法能有效应对多种攻击手段,同时对密钥有高度敏感性,表明该算法具有较高的安全性和可靠性。

有限精度下Skew Tent映射的抗退化研究

混沌是指确定性动力学系统在初值变化细微的情况下,经过足够多的迭代后表现出来的不可预测性、类随机性的非周期性运动。随着混沌系统在通信工程、密码学、图像加密等方向的应用,有限精度下混沌系统动力学性能退化的问题就随之出现。提高混沌系统有限精度下的动力学性能有多种方法,其中,直接提升应用环境计算精度的代价太大、实际操作性不强。文中从提高混沌系统的抗退化性能方向入手,提出一种利用Lorenz系统对Skew Tent进行参数、输出扰动,从而提高Skew Tent系统的抗退化性能的方法,同时也克服了Skew Tent系统会进入不动点的情况。随后通过对改进后的系统进行初值敏感性、回归映射、自相关性、近似熵测试以及对量化后混沌序列进行NIST测试,结果表明使用该方案改进后的Skew Tent系统具有良好的混沌性,在通信工程、混沌密码算法设计、图像加密等方面有良好的应用前景。

甲强龙联合阿奇霉素治疗病毒性肺炎的临床效果及安全性分析

目的 分析低剂量甲强龙联合阿奇霉素治疗病毒性肺炎的临床效果及安全性。方法 80例病毒性肺炎患者随机分为两组各40例。对照组给予基础治疗+阿奇霉素,观察组在对照组基础上给予低剂量甲强龙治疗。比较两组的治疗效果、血清炎性因子(CRP、 PCT、 IL-6)水平以及不良反应。结果 观察组的治疗总有效率为95.00%,高于对照组的77.50%(P<0.05)。治疗后,观察组的CRP、 PCT及IL-6水平均低于对照组(P<0.05)。治疗期间,两组的不良反应发生率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论 低剂量甲强龙联合阿奇霉素治疗病毒性肺炎的效果较好,可有效改善患者机体炎性状态,且安全性高。

基于倾向性评分匹配分析艾滋病患者重叠HBV感染的危险因素

目的基于倾向性评分匹配探讨艾滋病患者重叠乙型肝炎病毒(HBV)感染的危险因素。方法回顾性分析南阳市第二人民医院2016年5月至2022年10月收治的456例艾滋病患者的临床资料,根据是否重叠HBV感染将其分为重叠组(64例)和未重叠组(392例)。采用倾向性评分匹配法对两组进行1∶1配对,比较匹配前后两组患者的一般资料。匹配后,采用单因素及多因素Logistic回归分析法分析艾滋病患者重叠HBV感染的危险因素。结果按照倾向性评分匹配进行1∶1配比后,共有55对匹配成功。匹配后,两组年龄、性别、体重指数(BMI)、婚姻状况、艾滋病感染时间及感染途径、白细胞计数(WBC)、红细胞计数(RBC)差异均无统计学意义(P>0.05),重叠组无乙肝疫苗接种史、有HBV感染家族史、肝病史、静脉注射毒品史、有商业性行为、CD4^(+)T淋巴细胞计数≤200个/µL占比均高于未重叠组(P<0.05);经多因素Logistic回归分析显示,HBV感染家族史、肝病史、静脉注射毒品史、有商业性行为、CD4^(+)T细胞计数≤200个/µL均为艾滋病患者重叠HBV感染的危险因素(P<0.05),乙肝疫苗接种史是其保护因素(P<0.05)。结论经倾向性评分匹配后发现,HBV感染家族史、肝病史、静脉注射毒品史、商业性行为、CD4^(+)T细胞计数≤200个/µL均是艾滋病患者重叠HBV感染的危险因素,乙肝疫苗接种史是其保护因素。

基于初等元胞自动机的二维Logistic混沌系统

混沌系统由于其动力学行为复杂、轨道难以预测等特点非常适合用来产生伪随机序列,但由于有限精度效应混沌系统会不可避免的出现动力学特性退化的问题。元胞自动机是时间、空间都离散的动力学系统,能够有效减弱混沌系统在有限精度下的动力学退化问题。结合两者的优点本文提出一种基于初等元胞自动机的二维Logistic混沌系统,将元胞自动机置于混沌系统中进行动态扰动,并对混沌系统的状态值采取了一种改进的量化方式,从而得到一组二进制伪随机序列。通过对混沌系统的动力学性质进行对比分析,并对量化后的序列随机性进行多项检测,实验结果表明,该混沌系统周期更加复杂,更具有遍历性,产生的序列随机性更佳,在序列密码体制中有一定的应用价值。

基于抗退化混沌系统和初等元胞自动机的动态S盒设计

S盒是多数分组密码算法的基本非线性模块,可以满足分组密码算法的混淆、扩散要求。为了提高混沌S盒的安全性,文中利用抗退化混沌系统生成S盒元素,基于初等元胞自动机生成S盒检索表的方式来生成S盒。抗退化混沌系统可以避免发生Skew Tent系统进入不动点的情况,消除低精度下系统进入短周期的现象。因为初等元胞自动机的迭代规则为二元域上的运算,且满足时空上的离散性,所以,将初等元胞自动机运用到混沌分组密码中时,不用考虑动力学退化的问题。当初等元胞自动机的迭代规则为全局混沌规则时,只要元胞个数足够,就可以保证输出的伪随机性。利用初等元胞自动机生成S盒的检索表,在保证S盒设计的混淆原则的同时还可以简化S盒的生成步骤。最后对所设计的S盒进行安全性分析对比,实验结果表明,所提方法生成的S盒具有良好的安全性,满足分组密码的混淆、扩散原则,可用于混沌分组密码算法设计中。

新型一维偏移耦合映像格系统及其动态特性

混沌系统具有复杂的动力学行为,但在数字系统中运行时会出现动力学特性退化的问题。元胞自动机在时间、空间上都具有离散性,能够有效减弱混沌系统在有限精度下的动力学退化问题。基于元胞自动机,提出了一种一维偏移耦合映像格系统,利用初等元胞自动机每次更新的不同状态,动态产生每个格子的耦合索引偏移量,再根据偏移量对混沌序列施加不同的扰动,然后交替切换元胞自动机的迭代规则。最后,对混沌系统的动力学特性进行对比分析以及对该系统产生的时间序列进行量化和随机性检测,仿真实验结果表明,该混沌系统周期更长,遍历性更好,产生的序列随机性更佳,在序列密码算法中有很大的应用价值。

可控网格多涡卷混沌系统族及其硬件电路实现

为加强混沌系统在通信链路的抗干扰和抗截获等性能,提高混沌系统性态的复杂度,基于典型蔡氏电路和阶梯函数,构造了一类数量可控的新型网格多涡卷混沌系统族。首先利用两组阶梯函数作为系统的非线性控制器,分别控制网格多涡卷混沌吸引子的奇偶列数和排列行数,并保持混沌吸引子中涡卷与键带的相互间置,以实现网格多涡卷的任意奇偶列数;然后对系统的平衡点、李雅普诺夫指数和吸引子等动力学特性进行理论分析和数值仿真实现;最后通过现场可编程门阵列(FPGA)给出最多4行12列网格多涡卷的硬件实验结果。软硬件实验结果和理论分析结果完全一致,进一步验证了所提系统的物理可实现性。

空塔横风向振动分析讨论

基于某塔式容器低风速下的空塔共振校核计算过程,讨论不同标准方法判定共振的全面性和可靠性,验证国内标准以临界速度作为判断依据的准确性。分析标准计算振幅与现场实际振幅相差甚远的原因,认为在高径比较高等特殊情况下,塔器的阻尼比会出现小于标准中推荐值的例外情况,从而影响对设备安全性的判定和计算。针对空塔,提出参照烟囱计算阻尼比,然后代入求解振幅并进行相应的应力核算;再计算斯科顿数Sc,以之判定塔器是否需要添加扰流装置或减振控制系统,保证设备安全性。使用ANSYS软件对塔器空塔状态进行分析并进行疲劳强度核算,验证了该方法的可行性,可为塔器共振振幅相关计算提供一定参考。

基于EFA的公共艺术设计体验价值研究

对国内外关于公共艺术设计与体验价值的学术研究进行分析和总结,挖掘公共艺术设计体验价值的不同准则与设计要素;通过文献研究、专家模糊德尔菲法对公共艺术设计体验价值从5个准则进行指标初步筛选与分类;然后运用探索性因子分析以及相关性分析对相关题项进行准则提炼,最后采用层级分析法对各级准则分类下的指标进行权重排序。设计符合公共艺术设计体验价值评价指标体系,并提出公共艺术设计体验价值的评估指标与设计策略。

基于量子混沌映射降低OFDM系统PAPR的算法研究

针对OFDM系统存在较高峰均功率比的问题,提出基于量子loigstic混沌映射的改进选择性映射算法,采用量子loigstic混沌映射作为随机相位序列矢量,解决了传统loigstic混沌映射的不动点和稳定窗问题,提供数目众多,具有良好相关特性和随机特性,易于产生和再生的信号。仿真结果表明所提算法有效降低了系统的峰均比,扩展了候选序列数量,减少了冗余信息传输量,降低了系统的边带功率,并在OFDM技术中具有广阔的应用前景。