基于FPGA的Leighton-Micali签名方案密钥生成的高速可配置实现

由于量子计算机的飞速发展,现代密码学面临着巨大的挑战。为了实现抗量子计算机攻击的加密,人们提出了许多新的加密方案,并对后量子密码学(Post-Quantum Cryptography,PQC)开展了标准化进程。Leighton-Micali签名(Leighton-Micali signature,LMS)是一种基于哈希的后量子签名方案,其私钥和公钥尺寸都较小,且安全性已被充分研究。LMS被互联网工程小组(Internet Engineering Task Force,IETF)选为PQC签名协议的标准方案,同时被美国国家标准技术局(National Institute of Standardsand Technology,NIST)选为一种PQC过渡方案。然而,密钥生成过程中的效率低下,成为了LMS实际应用中的瓶颈。在本文中,我们首次对LMS进行基于FPGA的硬件实现与加速。首先,在不损失安全性的基础上,我们将LMS中的主要哈希函数由SHA2替换为SHA3函数。其次,我们设计了一个软硬件协同系统,将核心的哈希运算用硬件进行实现,该系统在消耗较少资源的前提下,可完成LMS协议的所有过程:密钥生成、签名与验证。该系统为物联网(Internet of things,IoT)场景下资源受限的LMS应用提供了参考。接着,我们提出了一个高速的密钥生成架构来加速LMS。该架构中具有可配置性,支持LMS的所有参数集,内部的哈希模块根据使用场景进行设计与部署,且并行度经过精心设计,以使得架构同时达到低延迟和高硬件利用率。此外,设计中的控制逻辑被设计为在适应不同参数集的情况下保持一定程度的恒定功率,以抵御功率分析攻击。该架构使用Verilog实现,并在Xilinx Zynq UltraScale+MPSoC ZCU104 FPGA平台上实验。实验结果表明,与在Intel (R) Core (TM) i7-6850K 3.60GHz CPU上启用多线程的目前较优软件实现相比,本文中的设计在不同参数配置下可实现55x~2091x的加速;与最新的各平台LMS工作相比,本文中设计可实现超过17x的加速;与相近方案的FPGA工作相比,本文中设计可实现约70x的加速。     

后量子加密算法的硬件实现综述

现有的密码体制大多基于RSA、ECC等公钥密码体制,在信息安全系统中实现密钥交换、数字签名和身份认证等,有其独特的优势,其安全性分别依赖于解决整数分解问题和离散对数问题的难度。近年来,随着量子计算机的快速发展,破解上述数学问题的时间大幅减少,这将严重损害数字通信的安全性、保密性和完整性。与此同时,一个新的密码学领域,即后量子密码学应运而生,基于它的加密算法可以对抗量子计算机的攻击,因此成为近年来的热点研究方向。2016年以来,NIST向世界各地的研究者征集候选抗量子密码学方案,并对全部方案进行安全性、成本和性能的评估,最终通过评估的候选方案将被标准化。本文比较了NIST后量子密码学算法征集(第2轮、第3轮)的各个方案,概述目前后量子加密算法的主要实现方法:基于哈希、基于编码、基于格和基于多变量,分析了各自的安全性,签名参数及计算量的特点以及后期的优化方向。PQC算法在硬件实现上的挑战其一是算法规范的数学复杂性,这些规范通常是由密码学家编写的,关注的重点是其安全性而非实现的效率,其二需要存储大型公钥、私钥和内部状态,这可能会导致不能实现真正的轻量级,从而降低硬件实现的效率。本文重点介绍了目前后量子加密算法的硬件实现方式,包括PQC硬件应用程序编程接口的开发,基于HLS的抽象实现和基于FPGA/ASIC平台的硬件实现。PQC方案的硬件化过程中不仅需要算法的高效实现,同时需要抵抗针对硬件结构的侧信道攻击。侧信道攻击可以通过来自目标设备泄露的相关信息来提取密码设备的密钥。本文讨论了后量子加密算法在具体实现和应用中受到侧信道攻击类别和防御对策。     

基于核磁共振成像的混凝土冻融损伤特征

为研究多次冻融循环过程中材料内部孔隙分布的变化特点,采用低强度磁场核磁共振成像扫描仪对经过0,50,100和200次冻融循环的混凝土试件进行扫描,获得了弛豫时间T₂分布谱和扫描图像。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,表征材料孔隙率大小的T₂谱面积呈现初期增速较快,后期增速减小的规律;小孔隙含量随循环次数增加而减小,大孔隙含量随循环次数增加而上升;不同损伤程度的混凝土试件的核磁共振(NMR)扫描图像与T₂分布谱的变化特点具有较好的同步性,体现了扫描结果的准确性。研究成果有助于加深对混凝土在冻融循环过程中结构损伤演化规律的认识。     

对称式基坑渗流涌水量的计算方法

随着地铁、越江隧道等地下工程的日益增多,涌现出了大量的对称式基坑。基于共形映射理论,推导了对称式基坑涌水量计算表达式,并对其计算参数进行分析。研究表明,对称式基坑的单宽涌水量与渗透系数、基坑内外水头差成正比,与（相对）隔水层层顶到坑底的距离和基坑两侧止水帷幕间距的比值、止水帷幕嵌固深度和（相对）隔水层层顶到坑底距离的比值、基坑内外水头差和（相对）隔水层层顶到坑底距离的比值成反相关。     

离子液体辅助提取葡萄籽中原花青素的工艺研究

原花青素是最有效的天然抗氧化剂,具有清除自由基,防癌抗衰老,美容养颜的功效.以赤霞珠葡萄籽为原料,通过添加优选离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)的乙醇水溶液提取原花青素,考察了提取温度、提取时间、乙醇体积分数、液料比4个因素对原花青素提取效率的影响.根据单因素实验结果设计响应面实验,得到原花青素的最佳工艺参数.该工艺的开发为原花青素的工业生产提供参考.     

基于图像处理的水表智能检定系统研究

为实现指针式水表自动判读和提高识别精度,结合水表表盘结构信息来识别表盘读数的图像.水表指针提取过程中采用色差模型对图像进行处理;计算针尖像素质心均值实现对指针方向的确定;特别对指针判读时采用一种改进的角度法实现判读准确性的提高.最后,以检定水表的不同流量点的示值误差作为衡量系统准确性的主要验证指标,通过与其他传统方法相比较,结果表明,利用图像处理和改进的角度判读方法具有很好的准确性和可靠性.     

多维模式下高职《电子技术》课程实践教学研究

文章结合《电子技术》实践环节,指出实验、实训、社团活动、竞赛4种实践方式的联系,探讨了多维模式的实践教学方案。通过实验环节培养基本实践能力,通过实训环节培养综合实践能力,通过社团培养创新能力,通过竞赛提高创新能力。针对多维模式的实践教学提出了多维模式的建设基础。     

"互联网+"时代大学生网络社交行为现状分析及对策研究

以X地区的在校大学生为研究对象,采用大学生网络社交行为现状调查表和人际交往能力问卷对其网络社交行为现状进行了调查研究.结果表明,"互联网+"时代大学生已经把网络社交作为其人际交往的重要工具,并且大学生的人际交往能力存在显著的性别差异和城乡差异.进一步探讨了"互联网+"时代大学生网络社交的对策和建议,在充分发挥网络社交积极作用的基础上,引导大学生科学使用网络社交.     

基于散射光谱的材质分类识别研究

有效的甄别、掌握空间碎片的状态,是合理利用太空资源和在轨航天器规避风险的前提,为了安全、持续地开发和利用空间资源,基于散射光谱,使用夹角余弦和欧式距离嵌入K临近法(KNN-AC-ED),并与经典的朴素贝叶斯分类器作为对比,对实验室测得的空间碎片中常用的四种材质进行分类识别。分类识别的结果显示,KNN-AC-ED法比经典的朴素贝叶斯分类器总体分类精度高4%。研究表明:朴素贝叶斯分类器需要提取每个光谱曲线的三个特征,而特征提取费时费力;KNN-AC-ED法利用光谱线型和强度两种信息,不仅全面的反应了光谱的信息,且计算相对更快捷。通过对空间碎片常用材质的分类,为进一步研究空间碎片的尺寸、材质等信息提供一定的借鉴意义。     

半绝缘衬底上Si掺杂InP的纳米孔腐蚀与电学性质研究

利用MOCVD在InP半绝缘衬底上生长N型InP,在KOH溶液中电化学腐蚀形成纳米多孔结构的。通过实验证实在半绝缘衬底上的InP纳米孔腐蚀具有可行性,并且得到了腐蚀质量较好、图形清晰、结构规整的纳米孔材料。在对其进行霍尔测试,得到了腐蚀孔对于n型InP材料表面电学性质的改变,实现了低掺杂浓度(10~(18)cm~(-3))的InP通过表面纳米孔腐蚀的方式提高载流子浓度,改善n型InP层表面电学性能。