应用科学学报

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2023, 41(2): 1-0.

摘要 ( 1930 )

PDF (85KB) ( 124 )

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基于水印神经网络的可溯源DNN模型保护方法

刘雅蕾, 和红杰, 陈帆, 刘卓华

2023, 41(2): 183-196. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.001

摘要 ( 2203 )

PDF (9105KB) ( 209 )

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针对深度神经网络（deep neural networks,DNN）模型安全与版权认证的问题，提出了一种多用户溯源的水印神经网络模型，通过密钥驱动生成水印图像，将其不可见地嵌入待保护目标模型的输出图像中，实现DNN模型的知识产权保护和版权追踪。在待保护的DNN模型中添加一种编解码器网络实现水印的嵌入，并使用双流篡改检测网络作为判别器，解决了模型的输出图像中可能出现的水印残留问题，提升了水印嵌入过程的不可感知性，减少了对DNN模型性能的影响，增强了安全性。此外，通过本文设计的双阶段训练法针对不同用户分发不同的含水印模型，当发生版权纠纷时，使用另一个残差网络可以从输出图像中提取水印图像。实验证明，本方法分发含水印的模型效率较高，并且即使对多个用户分发了嵌入相似水印图像的DNN模型，水印神经网络依然可以成功对模型进行溯源。

基于双域联合编码和秘密共享的密文域可逆信息隐藏

翁科, 秦健豪, 宋天然, 石慧

2023, 41(2): 197-217. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.002

摘要 ( 2052 )

PDF (7394KB) ( 86 )

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针对如何提高可逆信息隐藏算法的安全性和嵌入容量的问题，提出了一种基于双域联合编码和密码反馈秘密共享的密文域可逆信息隐藏算法。首先，对图像进行中值边缘检测器（median-edge detector,MED）预测，计算最优水平l，并将像素分成可预测像素和不可预测像素；其次，使用双域联合编码分别在像素域和比特域上压缩辅助信息，以便提供更多的可嵌入空间；再次，使用密码反馈秘密共享技术将原始图像加密生成多个加密图像，并将辅助信息和多方的秘密数据嵌入到多个加密图像中；最后，根据提取的辅助信息，100%恢复秘密数据以及原始图像。实验结果表明，该算法显著提高了嵌入容量和安全性。

基于局部和全局梯度上升的分段后门防御

萧晓彤, 丁建伟, 张琪

2023, 41(2): 218-227. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.003

摘要 ( 2156 )

PDF (1267KB) ( 151 )

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针对后门触发器趋于隐蔽且难以检测的问题，提出了一种基于局部和全局梯度上升的分段后门防御方法：在训练前期，引入局部梯度上升扩大后门样本与干净样本平均训练损失之差，隔离出少量高精度后门样本，便于后期进行后门遗忘；在后门遗忘阶段，引入全局梯度上升，打破后门样本与目标类别之间的相关性，实现防御。实验基于3个基准数据集GTSRB、Cifar10和MNIST，在宽残差网络上针对6种先进后门攻击进行了大量实验，分段后门防御方法能够将绝大部分攻击的成功率防御至5%以下。另外，实验也证明了分段防御方法在后门数据集与干净数据集上都能训练出干净等效的学习模型。

基于CycleGAN的图像隐私保护

谢艺艺, 张玉书, 赵若宇, 温文媖, 周玉倩

2023, 41(2): 228-239. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.004

摘要 ( 2200 )

PDF (9135KB) ( 267 )

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社交媒体和云平台为图像的传播和存储带来了便利，但同时也引起了人们对于图像隐私的担忧。因此，需要采取一定的措施去保护图像的隐私，以防止隐私被窃取和非法使用。基于上述目标，本文提出了基于循环对抗网络（cycle-consistent generative adversarialnetworks,CycleGAN）的图像隐私保护。为了在图像隐私保护中兼顾可用性，该方法先用图像分割和CycleGAN组合，选择出不同的分割系数来辅助生成不同程度的隐私保护图像。然后利用可逆信息隐藏对生成的隐私保护图像进行信息的嵌入，从而阻止非法使用者在图像重构中提取隐私信息，进而保证了整个过程图像隐私保护和可用性的平衡。本文用PIPA数据集对该方法进行训练和测试，采用峰值信噪比和结构相似性指数作为客观指标对隐私保护的图像进行评估。实验结果表明，本方案在图像隐私保护和可用性两方面都优于其他对比方案。

抗打印扫描和屏幕拍摄的字形扰动研究进展

王晨, 姚晔, 李黎

2023, 41(2): 240-251. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.005

摘要 ( 2035 )

PDF (3084KB) ( 82 )

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本文介绍了字形扰动的应用场景，系统梳理了抗打印扫描和屏幕拍摄的字形扰动相关工作，将其分为两类：传统字形扰动方法和深度学习字形扰动方法。根据字符的属性特征，传统字形扰动方法细分为：像素翻转、高度调整、间距调整、笔画调整、特征点调整和骨架轮廓调整。深度学习字形扰动方法通过微调字符的高维特征以嵌入额外的信息，根据生成数据的性质，将其分为生成扰动文本图像和矢量字体两类。从鲁棒性、嵌入容量、复杂性等方面对比分析现有字形扰动方法的特点，最后对字形扰动研究面临的挑战和发展方向进行总结和展望。

基于TS-DFT高速光谱解调的FBG温度分布检测

杨梅, 陈娜, 刘真民, 商娅娜, 刘书朋, 陈振宜, 王廷云

2023, 41(2): 252-261. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.006

摘要 ( 2079 )

PDF (2320KB) ( 103 )

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基于时间拉伸-色散傅里叶变换（time-stretch dispersive Fourier transformation,TS-DFT）技术实现了光纤布拉格光栅反射谱高速解调。解调系统由锁模激光器、环行器、色散补偿光纤、参考光栅、传感光栅以及数据采集和处理模块组成。实验得到了传感光栅在不同温度场下的时域映射光谱，通过与光谱仪测量光谱对比，验证了系统高速光谱解调能力，解调速率为51.2 MHz。结合光谱反演算法得到了沿光栅轴向的温度分布，空间分辨率为200 mm，实现了传感光栅高速、高空间分辨率温度传感。

基于NB-IoT的低功耗野生保护动物监测系统研制

张喜民, 詹海生, 刘强, 袁战军, 张金博

2023, 41(2): 262-271. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.007

摘要 ( 2031 )

PDF (10189KB) ( 130 )

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针对野生保护动物跟踪与监测的低功耗、远程监测、可定制、低成本要求，提出了基于窄带物联网（narrow band internet of things,NB-IoT）的分布式系统设计方案，给出了高效能耗管理、并发通信处理、网络透传关键技术的解决方法。系统由跟踪器和监测信息系统组成，跟踪器包括NB-IoT通信与定位模块、低功耗微控制器、锂电池太阳能复合供电组件、高效率电源转换器；监测信息系统包括数据通信设备、服务器和监控终端。实验表明：系统能长期远程采集动物的位置并在WEB地图上显示实时位置和活动轨迹，能对数据进行定制化统计分析并生成报表，跟踪器平均功耗小于50 mW，平均定位误差小于20 m。系统监测范围大、成本低，已试用于某野生动物保护站，效果良好。

基于块分类的密文域多重嵌入可逆信息隐藏算法

张翔宇, 栗风永, 秦川

2023, 41(2): 272-283. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.008

摘要 ( 2118 )

PDF (1824KB) ( 142 )

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针对现有密文域可逆信息隐藏方法中图像块利用不充分，使得嵌入秘密信息量不高的问题，提出了一种基于块分类的多重嵌入可逆信息隐藏算法。首先将原始图像用流密码加密，加密图像被分成若干个不重叠的块。然后，用最高有效位（most significant bit,MSB）自适应预测算法对块内的第1个像素和其他像素进行预测，将每一个块标记为可用块或非可用块。进一步对可用块进行重构嵌入，同时用中值边缘检测器（median-edge detector,MED）预测算法对非可用块进行二次嵌入，最终实现秘密信息的嵌入。当接收方接收到含密图像时，通过嵌入密钥实现秘密信息的正确提取，同时利用加密密钥恢复原始图像。实验证明，该文提出的方法在相同图像恢复质量的情况下能够显著提升秘密信息的嵌入量，在嵌入容量和图像恢复质量上均优于已有的方法。

车载Ka-SAR距离向自适应DBF方法

温靖, 滑伟, 王辉, 宫庆坤

2023, 41(2): 284-295. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.009

摘要 ( 1977 )

PDF (19146KB) ( 74 )

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毫米波合成孔径雷达（Ka-SAR）进行俯仰向数字波束形成（digital beam forming,DBF）车载地面验证时，由于车载高程较小使得成像区域地形起伏不可忽略。采用传统扫描接收（scan on receive,SCORE）算法获得的DBF加权系数会存在误差，使合成波束方向图偏离理想状态，降低系统性能。针对上述问题，本文提出了一种基于多通道SAR的自适应距离向DBF处理算法，对多通道数据进行干涉处理，并通过滤波提取干涉相位，自适应生成加权系数，提高了接收增益。该自适应算法获得的加权系数精度较高，具有处理流程简单、运算量小、便于实时处理的特点。最后，基于仿真和车载实验数据成像，验证了该算法的有效性。

基于模糊隶属度的船舶中断航迹关联识别方法

陈兆彤, 陈江平, 潘励

2023, 41(2): 296-310. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.010

摘要 ( 2145 )

PDF (2053KB) ( 214 )

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为实现对中断的航迹进行准确的关联识别，形成统一的海上态势，提出了基于航迹预测和模糊隶属度评价的航迹关联识别方法。采用多项式拟合方法进行航迹的双向推测，选取位置、航向、速度作为模糊因素集，采用岭型模糊隶属度函数计算预测的航迹点之间各模糊因素的隶属度并加权得到单时刻隶属度，构造加权函数计算综合隶属度，通过阈值门限判断两航迹是否关联。在仿真实验中，所提方法精确率大于90%，召回率大于80%，关联性能优于传统方法。为进一步研究该方法的场景适应性，仿真了不同场景下的船舶航迹雷达监测数据，包括中断区间内船舶运动稳定场景、速度变化场景、航向变化场景等，船舶运动状态稳定时关联结果的召回率大于90%，中断区间内速度变化小于8 km/h时召回率大于84%，航向变化低于25–时召回率大于88%。该方法为解决非合作船舶交叉环境下的中断航迹关联识别问题提供了有效途径。

一种图像块旋转的马赛克拼图伪装隐写

刘钊志, 赵琰

2023, 41(2): 311-325. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.011

摘要 ( 1959 )

PDF (3356KB) ( 72 )

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为了提高无载体隐写效率以及隐写鲁棒性，提出了一种图像块旋转的马赛克拼图伪装隐写方法。首先在发送端将共享图像库中利用密钥随机选择的图像缩小并调整色调，再依据秘密信息和密钥对每个图像块添加随机旋转角度形成编码图像，最后将编码图像按规则排列产生含密马赛克图像；接收端依据密钥去除随机旋转，读取编码图像旋转角度获得秘密信息。实验结果表明，所提方法在嵌入容量方面优于其他无载体隐写方法，在鲁棒性方面也有良好的性能。

基于结构覆盖和状态识别的FSM一致性测试实验评估

林玮玮, 曾红卫, 缪淮扣, 王晓琳

2023, 41(2): 326-343. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.012

摘要 ( 1941 )

PDF (786KB) ( 166 )

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针对在测试资源紧张的情况下所面临的不同测试技术中测试方法选择问题，阐明了对基于结构覆盖和基于状态识别的测试生成技术进行实验评估的必要性，以10个有限状态机（finite state machine,FSM）应用实例为实验对象，从测试开销和错误覆盖能力两方面对这两种技术进行了实证研究，为FSM一致性测试中这两种技术的选择应用提供了经验性的参考建议。

基于双流LSTM神经网络的股价趋势预测

吴峰, 谢聪, 姬少培

2023, 41(2): 344-358. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.013

摘要 ( 2039 )

PDF (1900KB) ( 276 )

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股价波动研究依赖分析金融新闻数据集浅层特征，而忽略了金融新闻句子中单词之间的结构关系，从而导致股价波动预测研究效果不佳。针对该问题，提出了一种基于双流长短时记忆网络（long short term memory network,LSTM）神经网络的股价趋势预测模型（Sent2Vec-DLSTM）。该模型的创新之处在于：提出了基于金融股票新闻数据集和哈佛IV-4情绪词典训练的情感词向量生成模型——Sent2Vec；提出了新型的双流LSTM神经网络（Dual-stream LSTM,DLSTM）。在实验中，首先用标普500指数历史数据以及爬取获得的金融类文章进行标普500指数的趋势预测，然后用VietStock新闻和来自Cophieu68的股票价格数据预测VN指数的变化趋势。结果表明，Sent2Vec-DLSTM相较于现有模型在股价趋势预测中具有更好的效果。

一种基于区块链的电子合同共享方案

赵海鸿, 姚中原, 祝卫华, 朱自强, 潘长风, 斯雪明

2023, 41(2): 359-368. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.014

摘要 ( 2083 )

PDF (725KB) ( 161 )

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为解决电子合同在存储、共享过程中出现的数据被篡改或泄露等问题，提出了一种基于区块链的电子合同共享方案。首先，将智能合约与代理重加密技术相结合，构造出一个代理智能合约来代替传统代理重加密过程中的代理商，去中心化地实现了电子合同的安全共享。其次，利用星际文件系统（inter planetary file system,IPFS）存储电子合同密文，区块链存储电子合同索引地址，有效缓解了区块链的存储压力。最后，从方案对比、安全性等方面对所提方案进行分析。

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