嵌入式终端可信计算环境的关键技术

阐述了在嵌入式终端上构建可信计算环境相关的嵌入式可信引导、TPM的扩展和驱动设计、嵌入式可信软件栈和嵌入式可信安全组件等关键问题。嵌入式可信引导可结合BR,USBKey和TPM等技术,保证用户、终端和应用三者问的可信认证。给出的嵌入式终端可信计算环境的方案保证了嵌入式可信平台的可重用性,同时也使平台具有更高的安全性和实用性。     

基于可信计算的嵌入式系统关键技术处理

嵌入式系统在移动终端中广泛应用,可信计算如何解决嵌入式系统的实时性,在嵌入式系统中可信平台模块和可信软件栈相关组件整合问题,可信平台、终端用户以及系统应用三者的认证问题,TPM驱动设计保证在可信平台上扩展性问题。让可信计算平台与嵌入式系统联系更加紧密,在实用性和安全性上面有更好的保障。     

可信终端动态运行环境的可信证据收集代理

可信计算的链式度量机制不容易扩展到终端所有应用程序,因而可信终端要始终保证其动态运行环境的可信仍然较为困难.为了提供可信终端动态运行环境客观、真实、全面的可信证据,设计并实现了一个基于可信平台模块(trusted platform model,简称TPM)的终端动态运行环境可信证据收集代理.该代理的主要功能是收集可信终端内存、进程、磁盘文件、网络端口、策略数据等关键对象的状态信息和操作信息.首先,通过扩展TPM信任传递过程及其度量功能保证该代理的静态可信,利用可信虚拟机监视器(trusted virtual machine monitor,简称TVMM)提供的隔离技术保证该代理动态可信;然后,利用TPM的加密和签名功能保证收集的证据的来源和传输可信;最后,在Windows平台中实现了一个可信证据收集代理原型,并以一个开放的局域网为实验环境来分析可信证据收集代理所获取的终端动态运行环境可信证据以及可信证据收集代理在该应用实例中的性能开销.该应用实例验证了该方案的可行性.     

嵌入式终端远程可信升级设计

将可信计算技术应用到嵌入式系统中,是一条有效解决嵌入式终端设备安全问题的新思路。基于TPM构建嵌入式可信终端,采用TPM的身份鉴别、数字签名、完整性度量技术进行系统升级,核心模块的升级更新和应用程序的升级更新设计,并解决了升级过程意外中断、远程升级传输误码等关键性技术问题。     

一种可信虚拟平台构建方法的研究和改进

为了减小虚拟环境下虚拟可信平台模块(v TPM)实例及系统软件可信计算基(TCB)的大小,同时进一步保护v TPM组件的机密性、完整性和安全性,解决传统虚拟可信计算平台下可信边界难以界定的问题,文章提出了一种新的构建可信虚拟平台的方法和模型。首先,将Xen特权域Domain 0用户空间中弱安全性的域管理工具、v TPM相关组件等放置于可信域Domain T中,以防止来自Domain 0中恶意软件的攻击及内存嗅探,同时作为Xen虚拟层上面的安全服务实施框架,Domain T可以给v TPM的相关组件提供更高级别的安全保护。其次,通过重构Domain 0中拥有特权的管理和控制应用软件,将特权域的用户空间从可信计算基中分离出来,进而减小虚拟可信平台可信计算基的大小。最后,设计并实现了新的基于可信虚拟平台的可信链构建模型。通过与传统可信虚拟平台比较,该系统可以有效实现将虚拟化技术和可信计算技术相融合,并实现在一个物理平台上同时运行多个不同可信级别的操作系统,且保证每个操作系统仍然拥有可信认证等功能。     

一种适用于嵌入式终端的可信安全方案

针对嵌入式平台的安全问题,提出一种基于可信计算技术的嵌入式终端可信安全方案。采用可移动的启动存储介质作为核心可信度量根的带双启动模式的混合型信任链结构,缩短根节点到每个节点在信任链上的距离;采用预计算摘要值法度量节点完整性;简化并移植在PC平台上的可信软件协议栈;提出嵌入式可信网络接入机制,从而实现了嵌入式终端可信环境的建立。最后实验结果表明,该方案可以在启动中检测出代码是否被篡改,且启动时间开销相比于普通可信启动减少约15.8%,因此可基本上保证终端的安全性。     

嵌入式平台TPM扩展及可信引导设计与实现

为了提高目前嵌入式系统的安全性能,提出了一种针对嵌入式平台的安全设计方案.在研究了可信计算和嵌入式系统的技术基础上,提出通过扩展可信平台模块(TPM)的方法从底层对整个架构进行改进.在ARM嵌入式开发平台上,通过分析TPM芯片的低引脚数(LPC)接口功能,基于通用输入输出接口实现了TPM芯片在嵌入式平台上的扩展,并通过对平台启动代码的研究,设计并完成了该平台上的可信引导,整个过程验证了此设计方案的可行性.     

嵌入式TPM及信任链的研究与实现

为将可信计算技术更有效应用于嵌入式系统,结合链式与星型信任结构,提出了一种带数据恢复功能的混合式信任结构,可降低链式结构的信任损失,减轻星型结构中可信平台模块(TPM)的计算负担.在此基础上构建并实现了一种嵌入式可信平台,以内置可信度量核心根(CRTM)的嵌入式TPM作为信任根,并在其内部设计了双端口内存作为与嵌入式处理器间的通信接口.该平台在启动过程中通过CRTM验证启动程序及操作系统的完整性,利用操作系统动态拦截和验证应用程序的完整性,并在发现完整性度量值被修改时启动数据恢复功能,从而有效保证了嵌入式系统软件组件的完整性和可信启动.     

嵌入式可信终端TPM接口的研究与实现

针对当前嵌入式系统中存在的安全问题,提出带有可信机制的安全解决方案.给出了嵌入式可信终端的总体架构,然后分析了TPM的访问接口,最后讨论了在通用嵌入式开发平台上通过SMBus总线扩展TPM的方法,并介绍了嵌入式系统TPM设备驱动程序的设计.     

嵌入式可信终端的信任链模型研究

针对嵌入式终端的安全问题日益突出以及嵌入式终端信任链传递不完整等问题,结合可信计算的思想,提出了自底向上的和自顶向下的嵌入式可信终端信任链传递模型.基于该模型,以linux嵌入式系统平台为原型,设计了启动可信,操作系统加载可信以及应用程序的加载可信.可以较好地解决目前嵌入式终端面临的安全问题.     

基于混合先验模型的超分辨率重建

在L1范数图像超分辨率重建算法框架下,引入参数自适应估计,结合差分图像统计特性和概率分布模型提出一种基于混合先验模型的超分辨率重建方法。实验证明该方法可以弥补L1范数重建方法的不足,获得更多的图像细节,对模型误差表现出良好的稳健性,可以加速收敛。     

基于识别的凸集投影人脸图像超分辨率重建

人脸图像的超分辨率重建在公安、视频监控等领域有重要应用价值．基于识别的思想,对人脸灰度图像进行统计分析,得到有关人脸灰度整体特征的先验知识,将其描述为属性集合,从而利用凸集投影算法进行超分辨率图像重建．实验结果表明,重建质量较为理想,与通常的超分辨率凸集投影重建方法相比,抑制噪声的能力有显著提高,重建质量改善明显,收敛速度加快,且易于计算和实现．     

规整化人脸图像超分辨率重建的数值解法

提出了基于特征子空间规整化的人脸图像超分辨率重建（SRR）算法并给出了三种数值解法。在仿射变换运动模型下,将图像的四邻域插值方法拓展为图像的梯度场估计问题,推导出了待求高分辨率（HR）图像关于运动参数的雅科比矩阵;并根据对SRR代价函数的全微分和偏微分展开,将非线性的SRR问题转换为线性问题迭代求解,讨论了三种运动参数与HR图像的联合迭代估计算法。给出了SRR规整化参数的自适应计算方法以实现自动SRR。仿真结果证实：采用的人脸子空间规整化方法优于传统规整化方法（拉普拉斯、全变差）,尤其在低信噪比时可以获得良好的人脸图像SRR效果。     

基于双正则化的图像超分辨率盲重建

图像超分辨率重建是利用数字信号处理技术由一系列低分辨率观测图像得到高分辨率图像。大多数重建算法假设成像系统的模糊特性也即点扩散函数(PSF)已知,然而实际的应用环境下PSF事先不知道或部分知道。为此,将未知PSF模型化,提出基于双正则化的图像超分辨率盲重建算法,并且正则化作用的强度随重建图像局部光滑程度的变化而自适应地改变,以便能保护图像细节同时抑制平滑区域的噪声。求解过程中采用交替最小化方法估计PSF参数和高分辨率图像,并随着迭代次数的增加逐步提高每次寻优的精度以节省计算开销。实验结果表明,该算法能够比较准确地估计出PSF参数并取得较好的图像重建效果。     

Tunable magnetic metamaterial based multi-split-ring resonator (MSRR) using MEMS switch components

The split-ring resonator (SRR) arrays are commonly used to form a negative refractive index metamaterial that exhibits an effective negative permeability. However, the region of negative permeability obtained by SRR unit cell is generally limited to a narrow bandwidth at a fixed frequency. In this paper, we present a tunable metamaterial based on multi-split-ring resonators (MSRR) with MEMS switch components to realize controllable magnetic resonant frequency. Numerical simulations are performed to validate the proposed theory and tunability. The simulated results show that the MSRR structure metamaterial can realize digital tuning mode and continuous tuning mode by controlling state and height of MEMS switch components, respectively. Moreover, the simulated results are consistent with the theoretical results, which verify that the proposed theory is effective in prediction and analysis of magnetic resonant frequency. Therefore, such a tunable metamaterial can be reconfigured into a variety of states for use in different applications.     

判别性增强的稀疏子空间聚类

稀疏关系表示(SRR)是一种性能良好的子空间聚类算法,其利用一个数据样本和所有样本间的邻域关系作为新特征来学习自表示系数,由自表示系数矩阵构建相似度矩阵并通过谱聚类得到聚类结果。同时考虑相似度矩阵的稀疏性和聚集性,在SRR算法基础上提出一个判别性增强的稀疏子空间聚类模型。对邻域关系矩阵的自表示矩阵采用平方F范数代替SSR中的核范数,降低模型求解难度,并在邻域关系矩阵的自表示矩阵中引入新的正则项,保证自表示矩阵的类间判别性和邻域关系矩阵的类内聚集性,进一步优化聚类性能。实验结果表明：与SSC、LRR、LSR、BDR-B、SRR等模型相比,该模型具有较好的聚类性能;在MNIST、USPS、ORL数据集上,聚类错误率较SRR模型分别下降9.6、14.1、3.8个百分点;在Extended Yale B数据集上,针对2、3、5、8、10类聚类问题的聚类错误率较SRR模型分别下降0.39、0.72、1.32、2.73、3.28个百分点。     

Adding spatial flexibility to source-receptor relationships for air quality modeling

To cope with computing power limitations, air quality models that are used in integrated assessment applications are generally approximated by simpler expressions referred to as “source-receptor relationships (SRR)”. In addition to speed, it is desirable for the SRR also to be spatially flexible (application over a wide range of situations) and to require a “light setup” (based on a limited number of full Air Quality Models - AQM simulations). But “speed”, “flexibility” and “light setup” do not naturally come together and a good compromise must be ensured that preserves “accuracy”, i.e. a good comparability between SRR results and AQM.In this work we further develop a SRR methodology to better capture spatial flexibility. The updated methodology is based on a cell-to-cell relationship, in which a bell-shape function links emissions to concentrations. Maintaining a cell-to-cell relationship is shown to be the key element needed to ensure spatial flexibility, while at the same time the proposed approach to link emissions and concentrations guarantees a “light set-up” phase. Validation has been repeated on different areas and domain sizes (countries, regions, province throughout Europe) for precursors reduced independently or contemporarily. All runs showed a bias around 10% between the full AQM and the SRR.This methodology allows assessing the impact on air quality of emission scenarios applied over any given area in Europe (regions, set of regions, countries), provided that a limited number of AQM simulations are performed for training.     

Versatile CAD formulation for estimation of the resonant frequency and magnetic polarizability of circular split ring resonators

In this article, we propose a theoretical formulation to estimate the resonant frequency and magnetic polarizability of a circular split ring resonator (SRR). The computed results are compared with experimental and simulation results revealing excellent agreement for a wide range of frequencies. The proposed theory was compared with simulation for different parametric variation of the SRR. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE, 2011.     

Thin-film sensor based tip-shaped split ring resonator metamaterial for microwave application

The artificially constructed materials based split ring resonators (SRRs) may have exotic electromagnetic properties and have received growing interest in recent years. Moreover, the resonance frequency shift of this material is extraordinarily sensitive to the changes in the capacitance of SRR, which makes SRR suit for microwave thin-film sensing applications. Based on such principle, the tip-shaped SRR metamaterial is presented as thin-film sensor in this paper to reduce device size and resonance frequency as well as to improve the Q-factor. The structure is placed inside an X-band waveguide with dimensions of 22.86 mm × 10.16 mm × 12.8 mm to investigate resonance frequency shift in different cases by numerical method. In contrast to the traditional structures, the tip-shaped design exhibits a miniaturization and sharper dip on resonance in their transmission spectra. Furthermore, the proposed sensor can deliver the sensitivity level of 16.2 MHz/μm and less than a 2 μm nonlinearity error when the uniform benezocyclobutene films from 100 nm to 50 μm thick are coated onto the fixed structure. These results indicate that the proposed thin-film sensor has high sensitivity and low nonlinearity error, and make it great promising application for wireless sensors in future.     

基于洛伦兹范数的医学图像超分辨率重建研究

在超分辨率图像重建(SR)模型中,为了达到良好的重建效果,选择一个合适的代价函数是研究的重点。采用SR重建模型中的差错项选择了洛伦兹范数,正则化项选择了吉洪诺夫正则化,重建过程采用了迭代方法。提出的算法可以有效地解决医学图像SR重建过程中的去异值点和图像边缘保持的两大关键问题,达到良好的重建效果。为了验证上述算法的有效性,就一系列添加了运动模糊和不同噪声的低分辨率MRI医学图像进行了SR重建,并且与基于L2范数的重建算法的重建效果进行了比较分析。实验结果显示,所提算法具有良好的实用性和有效性。