Journal of Zhejiang University

Current Issue: <FITEE>

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering (former title: Journal of Zhejiang University SCIENCE C (Computers & Electronics), 2010-2014)

ISSN 2095-9184 (print); ISSN 2095-9230 (online); CN 33-1389/TP; Monthly.

FITEE is an international peer-reviewed journal indexed by SCI-E, Ei Compendex, DBLP, IC, Scopus, JST, CSA, etc. It covers research in Electrical and Electronic Engineering, including Computer Science, Information Sciences, Control, Automation, Telecommunications, and related disciplines.

Impact factor: 0.308 (2011), 0.297 (2012), 0.380 (2013), 0.415 (2014), 0.392 (2015), 0.622 (2016), 0.910 (2017), 1.033 (2018), 1.604 (2019), 2.161 (2020), 2.545 (2021), 3.0 (2022).

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering

ISSN 2095-9184 (print), ISSN 2095-9230 (online)

2024 Vol.25 No.10 P.1295-1420

Cover:

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Contents:

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CONTENTS

Review Article

Review Article: Convergence of blockchain and Internet of Things: integration, security, and use cases

Robertas DAMAŠEVIČIUS, Sanjay MISRA, Rytis MASKELIŪNAS, Anand NAYYAR

DOI: 10.1631/FITEE.2300215 Downloaded: 1141 Clicked: 1027 Cited: 0 Commented: 0(p.1295-1321) <Full Text> <PPT > 38

Chinese summary <0> 区块链和物联网的融合：集成、安全性和用例

Robertas DAMASEVICIUS¹, Sanjay MISRA² ,Rytis MASKELIUANAS³, Anand NAYYAR⁴
¹维陶塔斯·马格努斯大学应用信息学系，立陶宛考纳斯市，44404
²能源技术研究所应用数据科学系，挪威哈尔登市，1777
³考纳斯理工大学多媒体工程系，立陶宛考纳斯市，51368
⁴维新大学信息技术学院研究生院，越南岘港市，550000
摘要：物联网（IoT）设备变得越来越普遍，其采用率呈指数级增长。然而，它们很容易受到安全漏洞的影响，传统的安全机制不足以保护它们。物联网设备生成的大量数据很容易被操纵或窃取，从而带来严重的隐私问题。本文旨在全面概述区块链和物联网技术的集成及其增强物联网系统安全性和隐私性的潜力。研究了物联网中的各种安全问题和漏洞，探讨如何使用基于区块链的方案来解决这些问题。提供了对物联网中各种安全问题和漏洞的见解，并探讨如何使用区块链来增强安全性和隐私性。还讨论了基于区块链的物联网（B-IoT）系统在医疗保健、运输和供应等各个领域的潜在应用。揭示了区块链和物联网的集成可增强物联网系统的安全性、隐私性和可信度。B-IoT的多层架构包括感知层、网络层、数据处理层和应用层，为区块链和物联网技术的集成提供了全面的框架。该研究确定了B-IoT的各种安全解决方案，包括智能合约、去中心化控制、不可变数据存储、身份和访问管理（IAM）以及共识机制。该研究还讨论了B-IoT领域的挑战和未来研究方向。

关键词组：区块链；物联网（IoT）；基于区块链的物联网（B-IoT）；安全性；可扩展性；隐私

Research Articles

Traffic-oriented reconfigurable NoC with augmented inter-port buffer sharing

Chenglong SUN, Yiming OUYANG, Huaguo LIANG

DOI: 10.1631/FITEE.2300458 Downloaded: 496 Clicked: 756 Cited: 0 Commented: 0(p.1322-1336) <Full Text> <PPT > 63

Chinese summary <0> 基于端口间缓冲区共享的流量感知可重构片上网络

孙成龙¹，欧阳一鸣²，梁华国³
¹阜阳师范大学计算机与信息工程学院，中国阜阳市，236041
²合肥工业大学计算机与信息学院，中国合肥市，230601
³合肥工业大学微电子学院，中国合肥市，230601
摘要：随着多核系统中核数量的增加，片上互连网络的通信压力也随之增大。片上网络（NoC）的通信架构能够承载因核数量不断增加而引发的不断扩大的通信需求。NoC架构的通信行为表现出明显的时空变化，给多核互连系统的重新配置带来巨大挑战。本文提出一种面向流量的可重构NoC，其采用端口间缓冲区共享策略，可灵活适应不同的流量特征，具有很高灵活性。首先，修改输入端口以支持相邻端口之间的缓冲区共享。具体而言，修改后的输入端口可动态重新配置，以响应按需流量。其次，采用一种面向输出的集中式缓冲区管理机制，配合可重构的输入端口。最后，这种可重构方法可通过较低开销的硬件设计实现，不会给系统实现带来很大负担。实验结果表明，与其他方案相比，本文所提出的NoC架构大大降低了数据包延迟，提高了饱和吞吐量，而且不会产生显著的面积和功耗开销。

关键词组：片上网络；可重构；面向流量；缓冲区共享

HSDBA: a hierarchical and scalable dynamic bandwidth allocation for programmable data planes

Dengyu RAN, Xiao CHEN, Lei SONG

DOI: 10.1631/FITEE.2300593 Downloaded: 434 Clicked: 774 Cited: 0 Commented: 0(p.1337-1352) <Full Text>

Chinese summary <0> HSDBA：一种面向可编程数据平面的分层可扩展动态带宽分配方法

冉登宇^1,2，陈晓^1,2，宋磊^1,2
¹中国科学院声学研究所，国家网络新媒体工程技术研究中心，中国北京市，100190
²中国科学院大学电子电气与通信工程学院，中国北京市，100049
摘要：动态带宽分配（DBA）是网络中一项经典问题。快速、准确和公平的带宽分配对于网络服务提供商的服务等级保障（SLA）、链路拥塞缓解和网络攻击应对具有重要意义。然而，现有的带宽分配算法主要在软件定义网络（SDN）范式的控制平面中实现，可能导致较大的探测开销和收敛延迟。此外，当代网络架构需要一个能满足延迟要求的分层带宽分配系统。本文提出HSDBA，这是一种完全在可编程数据面实现的细粒度、可扩展的动态带宽分配方案，消除了数据面与控制器的网络开销和延迟，并能应对随时到来的配置节点加入和退出。本文在协议无关转发软件交换机上探索了HSDBA的可行性。实验结果表明，HSDBA在接收到大约25个数据包内实现带宽的公平分配和隔离性保障。算法收敛速度比最新的近似分层带宽分配算法（AHAB）快0.5倍，并且带宽限制准确率达到98.1%。

关键词组：动态带宽分配；软件定义网络；可编程数据平面；协议无关转发交换机（POFSwitch）

Reversible data hiding scheme for encrypted JPEG bitstreams using adaptive RZL rotation

Yongning GUO, Guodong SU, Zhiqiang YAO, Wang ZHOU

DOI: 10.1631/FITEE.2300749 Downloaded: 461 Clicked: 923 Cited: 0 Commented: 0(p.1353-1369) <Full Text> <PPT > 62

Chinese summary <0> 基于自适应RZL旋转的加密JPEG比特流可逆信息隐藏方法

郭永宁^1,3，苏国栋^1,3，姚志强²，周望^3,4
¹福建技术师范学院大数据与人工智能学院，中国福州市，350300
²福建师范大学数学与信息学院，中国福州市，350117
³非遗数字化与多源信息融合福建省高校工程研究中心(福建技术师范学院)，中国福州市，350300
⁴西华大学计算机与软件工程学院，中国成都市，610039
摘要：JPEG图像因具有出色的压缩比和图像品质被广泛应用于实际案例。考虑到人们对其隐私侵犯的担忧，本文提出了一种有效的加密JPEG比特流可逆信息隐藏方案，旨在为秘密消息和载体提供安全和隐私。首先，采用一种具有格式兼容性和文件大小保留性的加密算法将明文JPEG图像加密为类噪声版本。然后，构建一种基于自适应RZL旋转策略的加密JPEG比特流可逆数据隐藏技术，该技术将秘密消息映射到有序的RZL对序列。授权用户可以从标记的加密JPEG比特流中实现无差错的秘密消息提取并无损恢复原始明文JPEG图像。大量实验表明，与一些最先进的方案相比，本文方案在嵌入容量方面具有较好性能，同时兼具文件大小保留性和格式兼容性。

关键词组：JPEG；可逆信息隐藏；嵌入容量；文件大小保留；格式兼容性

Semi-tensor product approach to controllability, reachability, and stabilizability of extended finite state machines

Chao DONG, Yongyi YAN, Huiqin LI, Jumei YUE

DOI: 10.1631/FITEE.2300578 Downloaded: 733 Clicked: 1173 Cited: 0 Commented: 0(p.1370-1377) <Full Text> <PPT > 56

Chinese summary <0> 扩展有限状态机可控性、可达性和稳定性的半张量积方法

董超¹，闫永义¹，李会钦¹，岳菊梅²
¹河南科技大学信息工程学院，中国洛阳市，471000
²河南科技大学农业装备工程学院，中国洛阳市，471000
摘要：本文利用矩阵的半张量积，采用代数方法研究了扩展有限状态机的可控性、可达性和稳定性。首先，建立扩展有限状态机的双线性动态系统模型，为进一步的研究奠定基础。其次，结合该双线性动态系统模型，给出扩展有限状态机双线性动态系统模型的可控性、可达性和稳定性定理。最后，设计一种算法确定扩展有限状态机的可控性和稳定性。通过算例验证了主要结果的正确性。

关键词组：半张量积；矩阵方法；代数方法；有限值系统

Event-triggered finite-time guaranteed cost control of asynchronous switched systems under the round-robin protocol via an AED-ADT method

Hangli REN, Qingxi FAN, Linlin HOU

DOI: 10.1631/FITEE.2400427 Downloaded: 244 Clicked: 471 Cited: 0 Commented: 0(p.1378-1389) <Full Text> <PPT > 58

Chinese summary <0> 基于AED-ADT方法的循环协议下异步切换系统事件触发有限时间保性能控制

任航丽¹，范庆锡¹，侯琳琳²
¹郑州轻工业大学电气信息工程学院，中国郑州市，450000
²曲阜师范大学信息科学与工程学院，中国日照市，276826
摘要：本文研究了异步切换系统的有限时间界限和保性能控制问题。为减少冗余信息传输和缓解传感器节点的数据拥塞，提出事件触发方案（ETS）和循环协议（RRP），旨在确保系统表现良好的动态特性的同时减少通信资源。在有限时间控制领域，采用允许边依赖平均停留时间（AED-ADT）方法设计切换信号。该方法涉及慢速AED-ADT切换和快速AED-ADT切换，分别适用于被控系统在异步切换间隔内的有限时间稳定和有限时间不稳定情况。通过构造双模态依赖的李雅普诺夫函数，得到切换系统的有限时间有界准则和控制器增益。最后，通过一个升降压电路模型验证了所提结果的有效性。

关键词组：切换系统；事件触发方案；循环协议；异步切换；允许边依赖平均停留时间（AED-ADT）；保性能控制

Research on electromagnetic interference resistance performance of three kinds of CMOS inverters

Fangjun LIU, Jiaming SHEN, Jizhong SHEN

DOI: 10.1631/FITEE.2400264 Downloaded: 382 Clicked: 591 Cited: 0 Commented: 0(p.1390-1405) <Full Text> <PPT > 45

Chinese summary <0> 三种CMOS反相器抗电磁干扰性能研究

刘芳君，沈嘉明，沈继忠
浙江大学信息与电子工程学院，中国杭州市，310027
摘要：电磁干扰会影响CMOS电路工作性能，研究电路抗信号干扰能力将有利于设计性能更优的电路。电流型CMOS电路因在深亚微米工艺下相较于传统电路有高速度、低功耗等优势，近些年得到不断发展，其抗干扰能力值得进一步研究。文中介绍传统电压型CMOS、MOS电流型逻辑电路（MOS Current-Mode Logic，MCML）、电流型CMOS三种结构的非门电路。通过Cadence Virtuoso软件仿真模拟电磁干扰对三种非门电路的影响，并定义一个受干扰程度因子，用来研究比较不同干扰点、不同干扰波形、不同干扰频率在65纳米工艺下对电路的影响。并通过改变电流型CMOS电路输入端串联电阻值，研究干扰信号电阻与电路抗干扰性的关系。仿真结果表明：在高工作频率下，电流型CMOS电路具有更好的抗干扰性，且电流型CMOS电路工作频率越高，电路抗干扰性越强。此外，还研究了不同温度和不同工艺对三种电路抗干扰性能的影响。在-40 °C至125 °C温度范围内，温度越高，电压型CMOS和MCML型电路抗干扰能力越弱，电流型CMOS电路抗干扰能力越强。28纳米工艺下，电流型CMOS电路比其他两种电路的相对抗干扰能力更强；28纳米工艺下电压型CMOS和MCML电路的相对抗干扰能力与65纳米工艺下的相对抗干扰能力相似，而28纳米工艺下电流型CMOS电路的相对抗干扰能力比65纳米工艺下的相对抗干扰能力强。论文工作为设计抗电磁干扰的电流型CMOS电路提供依据。

关键词组：电压型CMOS；MOS电流型逻辑电路；电流型CMOS；电磁干扰；反相器

Improved deep learning aided key recovery framework: applications to large-state block ciphers

Xiaowei LI, Jiongjiong REN, Shaozhen CHEN

DOI: 10.1631/FITEE.2300848 Downloaded: 424 Clicked: 763 Cited: 0 Commented: 0(p.1406-1420) <Full Text> <PPT > 47

Chinese summary <0> 改进的深度学习辅助密钥恢复框架：大状态分组密码的应用

李肖伟，任炯炯，陈少真
信息工程大学网络空间安全学院，中国郑州市，450000
摘要：在2019年的年度国际密码学会议上，Gohr提出一种基于深度学习的密码分析技术，适用于分组较短的减轮轻量级分组密码SPECK32/64。Gohr遗留了一个关键问题，即如何实现基于深度学习的大状态分组密码密钥恢复攻击。本文设计了一种基于深度学习的大状态分组密码的密钥恢复框架。首先，提出基于深度学习的密钥比特敏感性测试(KBST)客观划分密钥空间。其次，提出一种新的构造神经区分器组合方法，以改进用于大状态分组密码深度学习辅助密钥恢复框架，并从密码分析角度证明其合理性和有效性。在改进的密钥恢复框架下，本文为SIMON和SPECK各大状态训练了一个有效的神经区分器组合，并执行了对SIMON和SPECK大状态成员的实际密钥恢复攻击。本文提出的13轮SIMON64攻击是迄今为止最有效的实际密钥恢复攻击方法。这是首次尝试在18轮SIMON128、19轮SIMON128、14轮SIMON96和14轮SIMON64上进行基于深度学习的实用密钥恢复攻击。此外，本文改进了针对SPECK大状态成员的实际密钥恢复攻击结果，提高了密钥恢复攻击的成功率。

关键词组：深度学习；大状态分组密码；密钥恢复；差分分析；SIMON；SPECK