四素数RSA数字签名算法的研究与实现

RSA算法中模数和运算效率之间一直存在矛盾,目前一些认证机构已采用模数为2048bit的RSA签名方法,这必然会影响签名效率。针对这一问题,提出四素数CRT-RSA签名算法,并使用安全杂凑函数SHA512来生成消息摘要,采用中国剩余定理结合Montgomery模乘来优化大数的模幂运算。通过安全性分析和仿真实验表明,该签名算法能抵抗一些常见攻击,并且在签名效率方面具有一定优势。     

基于K均值和双支持向量机的P2P流量识别方法

针对目前常用于P2P流量识别的有监督机器学习方法普遍存在时间代价较高的现状,提出采用时间代价为标准支持向量机四分之一的双支持向量机来构建分类器,并采用K均值集成方法快速生成有标签样本集,组合有标签样本集构成双支持向量机的训练样本,最后利用构建好的双支持向量机分类模型进行P2P流量的识别。实验结果表明采用基于K均值集成结合双支持向量机的方法在P2P流量识别的时间代价、准确率和稳定性方面要远优于标准支持向量机。     

流形正则化的交叉一致性语义分割算法

目的 为有效解决半监督及弱监督语义分割模型中上下文信息缺失问题,在充分考虑模型推理效率的基础上,提出基于流形正则化的交叉一致性语义分割算法。方法 首先,以交叉一致性训练模型作为骨架网络,通过骨架网络获得预测分割图像。其次,对输入域图像和输出域图像进行子图像块划分,以获取具有相同几何结构的数据对。再次,通过原始图像和分割图像的子图像块,计算输入数据与预测结果所处流形曲面上的潜在几何约束关系,并根据不同的训练方式分别设计半监督及弱监督的正则化算法。最后,利用流形约束的结果进一步优化图像分割网络中的参数,并通过反复迭代使半监督或弱监督的语义分割模型达到最优。结果 通过加入流形正则化约束,捕获了图像中上下文信息,降低了网络前向计算过程中造成的本征结构的损失,在不改变网络结构的前提下提高了算法精度。为验证算法的有效性,实验分别在半监督和弱监督两种不同类型的语义分割中进行了对比,在PASCAL VOC 2012(pattern analysis, statistical modeling and computational learning visual object classes 2012)数据集上,对半监督语义分割任务,本文算法比原始网络提高了3.7%,对弱监督语义分割任务,本文算法比原始网络提高了1.1%。结论 本文算法在不改变原有网络结构的基础上,提升了半监督及弱监督图像语义分割模型的精度,尤其对图像中几何特征明显的目标与区域,精度提升更加明显。     

AES与RSA算法优化及其混合加密体制

针对AES密钥扩展过程存在的安全隐患,提出一种改进的密钥扩展方法。针对轮函数中列混合和逆列混合运算耗时相差较大的问题,找出有限域GF（2⁸）上最简形式的列混合和逆列混合运算,使其在加解密过程中消耗同样的运算资源;RSA方面,针对其运算效率的缺陷,将传统双素数变为四素数,在签名（解密）过程中,采用中国剩余定理结合蒙哥马利模乘来优化大数的模幂运算。在此基础上,结合两种算法的优点,并采用消息摘要、数字签名、数字信封等技术构建了一个既方便密钥管理又确保加密解密效率的混合加密体制。实验结果表明优化后的算法在运算速度上有一定优势并且有较高的可行性。     

增强奇异值分解和细胞神经网络的零水印

目的 针对奇异值分解算法存在的对角线失真、虚警错误等问题,引入一个寻找最抗攻击缩放比例的参数,提出基于增强奇异值分解的零水印算法。方法 首先将离散小波变换作用于原始图像,对分离出的低频逼近子图进行不重叠分块,对分块后的低频逼近子图作离散余弦变换得到低频系数矩阵,再分别对每个块矩阵进行增强奇异值分解,将得到的最大奇异值与最大奇异值均值作比较构成特征向量;然后对水印图像进行Arnold变换和Logistic映射得到置乱加密后的水印图像;最后将特征向量和置乱加密后的水印图像分别作为细胞神经网络的起始值和控制输入值,通过设定细胞神经网络的反馈模板、控制模板以及阈值来确定具体的可逆逻辑运算。经过可逆逻辑运算处理后的细胞神经网络输出图像即为零水印的注册图像。将注册图像保存到认证中心以证明对图像作品的版权。结果 在JPEG压缩、噪声、滤波、旋转以及剪切等各种攻击下,提取的水印和原始水印的归一化相关值都在96%以上,算法平均运行时间为2.389 s,性能较高。结论 通过利用参数对奇异值矩阵进行调整的方法,不仅增强了算法的鲁棒性,而且解决了奇异值分解（SVD）出现的对角线失真和虚警错误问题。同时通过结合零水印的思想,解决了传统水印算法需在载体图像中嵌入水印而导致的水印不可见性与鲁棒性之间的矛盾。     

流形正则化约束的图像语义分割

目的 在基于深度学习的图像语义分割方法中,损失函数通常只考虑单个像素点的预测值与真实值之间的交叉熵并对其进行简单求和,而引入图像像素间的上下文信息能够有效提高图像的语义分割的精度,但目前引入上下文信息的方法如注意力机制、条件随机场等算法需要高昂的计算成本和空间成本,不能广泛使用。针对这一问题,提出一种流形正则化约束的图像语义分割算法。方法 以经过数据集ImageNet预训练的残差网络(residual network, ResNet)为基础,采用DeepLabV3作为骨架网络,通过骨架网络获得预测分割图像。进行子图像块的划分,将原始图像和分割图像分为若干大小相同的图像块。通过原始图像和分割图像的子图像块,计算输入数据与预测结果所处流形曲面上的潜在几何约束关系。利用流形约束的结果优化分割网络中的参数。结果 通过加入流形正则化约束,捕获图像中上下文信息,降低了网络前向计算过程中造成的本征结构的损失,提高了算法精度。为验证所提方法的有效性,实验在Cityscapes和PASCAL VOC 2012(pattern analysis, statistical modeling and computational learning visual object classes)两个数据集上进行。在Cityscapes数据集中,精度值为78.0%,相比原始网络提高了0.5%;在PASCAL VOC 2012数据集中,精度值为69.5%,相比原始网络提高了2.1%。同时,在Cityscapes数据集中进行对比实验,验证了算法的有效性,对比实验结果证明提出的算法改善了语义分割的效果。结论 本文提出的语义分割算法在不提高推理网络计算复杂度的前提下,取得了较好的分割精度,具有极大的实用价值。     

NMF和增强奇异值分解的自适应零水印算法

针对奇异值分解水印算法导致虚警率高、稳健性不强的问题,提出一种基于分块非负矩阵分解（non-negative matrix factionzation,NMF）和增强奇异值分解（BN-SVD）相结合的自适应零水印算法。首先将原始灰度图像进行二级离散小波变换（DWT）,对变换后的二级低频子带（LL2）进行不重叠分块,并对每一个子块进行秩为◢r◣的NMF分解;然后对NMF分解得到的特征矩阵采用增强奇异值分解,依据每一个块矩阵的最大奇异值与整体最大奇异值均值的大小关系构成特征向量;利用生成的特征向量与经过Arnold变换与混沌映射双重置乱加密水印图像作异或运算生成零水印,并利用天牛须优化算法（BAS）自适应确定增强奇异值分解中最抗攻击缩放比例的参数◢β。实验结果表明,在虚警问题上NC值达◣到0.4以下,JPEG压缩、噪声、滤波、旋转、剪切以及混合攻击下,提取水印图像与原水印图像的归一化系数◢NC◣值均可达到99%以上,该方案高效地解决了虚警问题,具有较强的稳健性,能够有效地抵抗各种攻击。     

基于BBS产生器和椭圆曲线的改进RC4算法

针对RC4算法密钥流序列随机性不高,易受故障引入攻击、区分攻击和“受戒礼攻击”的问题,提出了一种基于BBS产生器和椭圆曲线的RC4改进算法。该算法利用随机比特产生器和随机大素数生成种子密钥Key,利用椭圆曲线产生秘密整数,在每次输出后对S盒中元素重新赋值,生成随机性很高的密钥流序列。改进RC4算法可以通过NIST随机性测试,其中频率检验、游程检验和Maurer检验等比RC4算法分别高出0.129 18,0.107 39,0.197 64,能够有效防止不变性弱密钥的产生,抵抗“受戒礼”攻击;密钥流序列分布均匀,不存在偏差,能够有效抵御区分攻击;基于椭圆曲线产生的秘密整数猜测困难,S盒内部状态不能获知,能够抵抗“故障引入”攻击。理论和实验证明改进RC4算法的随机性和安全性高于RC4算法。     

增强奇异值分解的自适应零水印

目的 针对增强奇异值分解（BN-SVD）中引入最抗攻击缩放比例的参数β,需要进行大量的实验来获取且存在随机性的问题,提出一种增强奇异值分解的自适应零水印算法。方法 首先对原始图像进行不重叠分块,每一个子块都做斜变换处理,再分别对斜变换后得到的每一个块矩阵进行增强奇异值分解,依据每一个块矩阵的最大奇异值与整体最大奇异值均值的大小关系构成特征向量;对水印图像进行Arnold变换和混沌映射得到二次加密的水印图像;最后利用特征向量与二次加密后的水印图像做异或运算构造零水印;利用天牛须优化算法（BAS）中的适应度函数循环迭代自适应确定参数β,更好地解决奇异值分解（SVD）算法在水印的提取时存在的虚警率和对角线失真的问题。结果 仿真实验结果表明,在JPEG压缩、噪声、滤波、旋转、剪切以及混合攻击下,提取水印图像与原水印图像的归一化系数NC值均可达到98%以上,性能较好。结论 利用BAS算法自适应地确定BN-SVD中参数β,找到最佳抗攻击缩放比例,增强了图像的奇异值,降低了图像矩阵在受到攻击时的敏感性。有效地解决奇异值分解带来的对角线失真和虚警错误的问题,最终提高了算法的鲁棒性。     

基于买方-卖方的安全数字水印协议

针对目前数字版权保护协议中第三方负担过重的缺陷,提出一种简洁、高效、安全的保护买、卖方权益的数字水印协议及其模型。该协议通过内容服务器产生数字水印池和移动代理动态分发许可证这两种机制,解决了共谋容限性、中间人攻击、硬盘克隆攻击和用户叛逆等安全问题。并通过加密、认证、数字签名和单向置换函数有效地保证了协议中实体交互数据的安全性和完整性。另外,还采用买方脱离仲裁的机制,使得协议更为完善、可行。