基于MILP搜索的ANU算法积分分析

ANU算法是由Bansod等人发表在SCN 2016上的一种超轻量级的Feistel结构的分组密码算法。截至目前,没有人提出针对该算法的积分攻击。为了研究ANU算法抗积分攻击的安全性,根据ANU算法的结构建立起基于比特可分性的MILP模型。对该模型进行求解,首次得到ANU算法的9轮积分区分器;利用搜索到的9轮区分器以及轮密钥之间的相关性,对128 bit密钥长度的ANU算法进行12轮密钥恢复攻击,能够恢复43 bit轮密钥。该攻击的数据复杂度为2^63.58个选择明文,时间复杂度为2^88.42次12轮算法加密,存储复杂度为2³³个存储单元。     

CRAFT算法基于比特可分性的积分区分器搜索

CRAFT算法是一种新型SPN结构的类AES型轻量级可调分组密码算法,可以有效地抵抗差分故障攻击.为了对CRAFT算法抵抗积分攻击的能力进行评估,采用基于混合整数线性规划(MILP)的方法自动化搜索比特可分性的工具,对CRAFT算法的积分区分器进行搜索,搜索到了最长为12轮的积分区分器,同时得到一条平衡比特数最多的9轮...     

改进的混合整数线性模型优化化工厂多层设备布局

化工设备布局是设计化工厂的重要环节,对优化生产管理、整合土地与水电资源、减少输送能耗、降低事故风险以及保证人员安全有着重要的意义。化工设备布局中最常见的是多层设备布局。本文通过对工艺流程特点以及设备特殊性进行分析,预处理某些设备的布置,考虑设备间安全距离,建立改进的混合整数线性规划模型(MILP),用数学规划法求解。将该方法应用于某原油蒸馏工艺流程的布局优化,相较于文献报道的不加入这些工程因素的数学规划方法,模型变量得到了减少,降低求解复杂度,求解时间缩短了38.8%,且布局方案更符合工厂实际,验证了所提方法的有效性和实用性。     

基于比特可分性的BORON和Khudra积分区分器搜索

分别针对近年来提出的SPN结构的BORON密码算法和Feistel结构的Khudra密码算法进行积分性质的评估。根据各自算法线性层和非线性层的结构,建立基于比特可分性的混合整数线性规划（MILP）模型。根据最终搜索的目标轮数生成相应的目标函数,利用Gurobi优化器进行求解,并进行积分区分器的搜索,分别得到了BORON算法的6轮积分区分器和Khudra算法的7轮积分区分器,均是目前已知的最长区分器。利用积分区分器,可以对密码算法进行更多轮数的积分性质的评估。     

基于代数结构视角对轻量分组密码WARP的积分分析

在融合了物联网、5G网络等新一代信息技术的工业互联网中,底层终端设备产生海量数据.数据安全传输的需求使得针对资源受限环境所设计的轻量级密码得到广泛应用.对新提出的轻量级密码进行安全性评估对于保障工业互联网的安全运行至关重要.发现了某种特定结构加密算法基于多变量多项式的积分性质,利用该性质得到了更长积分区分器,改进了基于代数结构的分析方法.提出了基于代数结构构造SPN(substitution permutation network)和Feistel-SP结构分组密码积分区分器的框架,并将其应用于SAC 2020会议上提出的轻量分组密码WARP的分析上,构造了2个复杂度为2¹¹⁶的22轮积分区分器,比设计者给出的区分器多了2轮,并且复杂度更低.利用该积分区分器,实现26轮密钥恢复攻击,比设计者给出的密钥恢复攻击增加了5轮,这是目前在单密钥情境下对WARP最好的攻击结果.此外,还对18轮积分区分器进行了实验验证,运算复杂度为2³².     

轻量级分组密码算法DoT的模板攻击

模板攻击是一种重要的侧信道分析方法,其在实际密码算法破译中具有较强的区分能力.轻量级分组密码算法DoT在硬件和软件实现中都表现出优秀的性能,尽管目前针对DoT算法的传统数学攻击已经取得了一定效果,但是该算法在具体实现中是否足以抵御侧信道攻击仍有待研究.基于DoT算法结构及其S盒特点,提出一种针对DoT算法的模板攻击方法...     

AC分组密码的差分和线性密码分析

讨论AC分组密码对差分和线性密码分析的安全性,通过估计3轮AC的差分活动盒子的个数下界和12轮AC的线性活动盒子的个数下界,本文得到AC的12轮差分特征概率不大于2-128和线性逼近优势不大于2-67.因此,AC分组密码对差分和线性密码分析是安全的.     

模式线性可分时的一种单层感知器算法

在模式识别时常常需要对模式进行分类,线性可分模式的分类是其中最基本的一种.常用的线性分类算法是LMSE算法,它们在本质上都属于几何分类法,当模式线性可分时,一般都能达到令人满意的效果.然而考虑到LMSE算法并非是最简单和有效的线性分类算法,本文基于神经网络中单层感知器的概念,利用单层感知器可以把输入空间划分成两个区域来进行输入向量分类的特点,提出了在模式线性可分时用神经网络中单层感知器进行模式划分的一种新算法.然后对该线性分类算法的原理和算法过程进行了阐述,最后用MATLAB实现了这种分类算法,并解决了两个不同类型的线性模式的划分问题.     

基于MILP方法的LED密码安全性分析

基于自动化搜索算法求解差分特征与线性逼近,成为了分组密码的差分与线性攻击研究热点。提出一种面向半个字节MILP模型自动化搜索密码算法的差分特征与线性逼近方法,对轻量级LED密码进行分析,以较少的变量与约束不等式求解活跃S盒数量,4轮运算至少有25个活跃S盒,这个结果与算法设计者给出的活跃S盒理论值相同,验证了该方法的正确性。最后,计算LED算法的最大差分特征及线性逼近概率,证明其能够抵抗差分与线性攻击。     

RAIN:一种面向软硬件和门限实现的轻量分组密码算法

RAIN算法的设计基于国际上分组密码设计广泛采用的SPN(substitution permutation network)结构,通过迭代混淆层S盒和扩散层字混合提供强雪崩效应,不仅保证强的安全性,还兼顾了软硬件实现.算法支持64b分组和128b分组,2种不同的分组长度采用相同的轮函数结构实现,方案简洁优美.混淆层采用4b的S盒实现,在S盒实现的时候不仅考虑了其安全性,还考虑S盒的软硬件实现,与扩散层的混合运算结合提供高的实现性能.从差分分析、不可能差分分析、积分攻击和不变子空间分析4个方面对算法进行了自评估,在分析的过程中使用了一些最新的分析方法以及基于MILP(mixed integer linear programming)的自动化搜索等,结果显示：算法可以抵抗现有的分析方法,并且具有较大的安全冗余.RAIN算法软硬件实现效率高,在PC机、ARM平台和硬件FPGA(field programmable gate array)平台下都具有出色的实现性能.算法S盒可以转换为基本逻辑运算,抗侧信道攻击实现代价低.     

SPECK型算法的积分分析和不可能差分分析

SPECK系列算法是2013年由美国国家安全局提出的一类重要的轻量分组密码算法.算法整体采用变形的Feistel结构,轮函数是由模加,循环移位和异或组成的ARX模块,其中模加运算为算法主要的非线性部件.目前对于SPECK系列算法的研究主要分为两个方面:一是针对原始SPECK算法安全性的分析,主要的攻击方法包括差分分析、线性分析、积分分析和不可能差分分析等;二是对采用不同移位参数的SPECK型算法的分析,主要包含对它们抗差分分析能力的评估.本文在此基础上研究了采用不同移位参数的SPECK型算法的积分性质和不可能差分性质.我们先利用混合整数线性规划方法,基于可分性搜索了SPECK型算法的积分区分器;接着利用中间相错思想,基于模加运算的差分性质,搜索了SPECK型算法的不可能差分特征.结合已有的差分分析的结论,我们给出了不同分组长度下具有更强抵抗多种攻击能力的好的移位参数.特别的,在减轮情形下,当分组长度为32比特时,我们发现采用移位参数(9,2)的SPECK型算法比原始算法具有更强的抵抗差分分析、积分分析和不可能差分分析的能力.     

Control structure selection for energy integrated distillation column

This paper treats a case study on control structure selection for an almost binary distillation column. The column is energy integrated with a heat pump in order to transfer heat from the condenser to the reboiler. This integrated plant configuration renders the possible control structures somewhat different from what is usual for binary distillation columns. Further the heat pump enables disturbances to propagate faster through the system. The plant has six possible actuators of which three must be used to stabilize the system. Hereby three actuators are left for product purity control. An MILP screening method based on a linear state space model is used to determine economically optimal sets of controlled and manipulated variables. The generated sets of inputs and outputs are analysed with frequency dependent relative gain array (RGA), relative disturbance gain (RDG) and condition number (CN) to determine the best structure in terms disturbance rejection and setpoint tracking. The pairing and controller design are implemented and evaluated through nonlinear simulation. The suggested control structure is also qualitatively compared to a control structure applied experimentally.     

An enumeration algorithm for integer‐valued data envelopment analysis

Data envelopment analysis (DEA) models assume real‐valued inputs and outputs, but on many occasions, some inputs and/or outputs can only take integer values. In these cases, using DEA models can result in misleading efficiency assessments and inaccurate performance targets. In this paper, we propose an enumeration algorithm for computing efficiency scores and performance targets of decision‐making units with integer value inputs/outputs. In the presented algorithm, we do not use any of the mixed integer linear programming (MILP) models that are used in previous studies. We show that the result of our algorithm and that of the MILP model presented in this context is the same. We also generalize our algorithm for different types of returns to scale as well as for the hybrid setting with real‐valued data.     

非方阵指派问题的求解

本文将2 类方阵指派问题——极大极小和总体极小指派问题——的矩阵作业解法推广到非方阵情形, 即求解任务与人员数目不等的指派问题,且维持矩阵作业法的效率．假定m > n,则按本文行优先选取算法求解 m￡n 非方阵指派问题的最大逻辑运算量为O(mn2),其效率通常与执行一轮覆盖的矩阵作业法相当．     

枢纽成本约束下的零担物流轴辐式网络设计

针对考虑枢纽建造成本和货物流的不确定的枢纽新建方案问题,引入全寿命周期理论,建立以轴辐式运营网络总成本最小化为目标的混合整数线性规划模型,并提出改进的最大最小后悔值的不确定性决策方法。通过算例来分析投资年限、枢纽干线折扣系数和不确定枢纽建造成本对零担物流（LTL）轴辐式网络的设计的影响。实验结果表明, 采用改进的不确定性决策方法得到的最优方案的运营成本比5个场景的运营成本平均降低了2.17%,表明基于改进的最大最小后悔值的不确定性决策方法,能够降低整个零担物流轴辐式运营网络总成本。     

基于滚动策略的集装箱码头连续泊位与桥吊集成调度

针对连续泊位与桥吊集成调度大规模求解困难的问题,提出一种基于滚动策略的优化方法。首先,建立了最小化船舶偏离偏好泊位的成本以及延迟靠泊、延迟离港的惩罚成本的基本的多目标优化模型;然后,采用滚动调度方法根据动态抵泊的船舶抵达顺序将调度过程分成连续的调度窗口,并设计窗口的平移策略、当前窗口对下一窗口的参数更新方式;对每个窗口内船舶进行调度优化,根据每个窗口内的优化结果,更新下一个窗口中数学模型的输入参数;通过选取以船舶数量表示的滚动计划窗口和冻结船舶的数量,持续滚动获得每个窗口的最优解,叠加后获得对所有船舶的靠泊计划。通过算例分析表明,滚动调度能够解决较大规模的调度问题,其效率受滚动窗口大小、冻结船舶数量及滚动次数影响     

线性时滞系统的状态观测器设计及其分离性讨论

根据控制和观测间的对偶性，论证了“通过对偶系统控制器的设计来获得线性时滞系统的状态观测器”这一方法的可行性，并就一工业实例作了计算机仿真。另外，对含状态观测器、并具线性状态估计值反馈结构的闭环系统的分离性作了探讨。     

Task allocation and trajectory planning for multiple agents in the presence of obstacle and connectivity constraints with mixed‐integer linear programming

This article addresses the problem of maneuvering multiple agents that must visit a number of target sets, while enforcing connectivity constraints and avoiding obstacle as well as interagent collisions. The tool to cope with the problem is a formulation of model predictive control including binary decision variables. In this regard, two mixed‐integer linear programming formulations are presented, considering a trade‐off between optimality and scalability between them. Simulation results are also shown to illustrate the main features of the proposed approaches.