2020年, 第60卷, 第6期　
刊出日期：2020-06-15

  

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专题：可信计算与信息安全
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  基于性能分析的Cache侧信道攻击循环定位

  彭双和, 赵佳利, 韩静

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(6): 449-455. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.26.008

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  为了有效地对Cache侧信道攻击进行检测并定位，该文提出了基于性能分析的Cache侧信道攻击循环定位方法，分为攻击检测和攻击循环定位2阶段进行。攻击检测阶段采用硬件性能计数器检测二进制程序是否为Cache侧信道攻击程序；攻击循环定位阶段主要进行攻击循环的定位，首先采样性能事件，然后获取二进制程序的循环和函数等内部结构，结合采样数据定位攻击循环。最后选取典型的Cache侧信道攻击程序和良性程序进行检测，结果表明：该方法能准确区分攻击程序和良性程序；通过对比定位结果和攻击源代码，该方法能精确定位攻击循环。
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  机器学习算法在同态加密数据集上的应用

  贾春福, 王雅飞, 陈阳, 孙梦洁, 葛凤仪

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(6): 456-463. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.011

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  大数据时代要求数据在云端进行存储和计算，这导致敏感数据隐私泄露的问题。该文提出了一种在同态加密数据集上应用机器学习分类算法的方案：首先对明文进行预处理，保证其满足对数据进行同态加密的要求；然后在加密数据集上通过协议实现比较、排序等操作；最后获取分类结果。客户端将加密数据上传，可以保证服务器端不会获取任何敏感信息；选取同态加密算法，能够保证服务器端仍可对密文执行相关操作。实验结果表明：该方案适用于Bayes、超平面和决策树分类器，其经过修正具有良好的适用性能，准确率高。
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  具备撤销单一密钥功能的TPM动态密钥管理机制

  余发江, 陈宇驰, 张焕国

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(6): 464-473. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.26.007

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  可信平台模块（TPM）的内部存储空间很小，密钥大多以加密的形式存储在模块外部，因此需要一种可以单独撤销某一存储在模块外部密钥的方法。该文通过使用变色龙散列函数，提出了一种具备撤销单一外部密钥功能的动态密钥管理方法。该方法构建了一个动态密钥管理树，将密钥存储在叶节点中。基于TPM保存的私钥，可以在不影响其他密钥的情况下添加新密钥、更新和撤销旧密钥。动态密钥管理树中每一层最左侧的节点存储在TPM内部，其余节点存储在外部，更新和撤销密钥时，只需遍历从密钥叶节点到密钥子树根节点的路径，因此该方法的内部存储开销和时间开销和密钥总数量呈对数关系。动态密钥管理方法能很好地兼容现有的TPM应用程序，同时也可以应用在其他嵌入式密码模块中。
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  基于无监督生成推理的网络安全威胁态势评估方法

  杨宏宇, 王峰岩, 吕伟力

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(6): 474-484. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.005

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  针对基于数据类别标记的监督式网络数据建模方式在评估网络威胁态势时存在计算成本高，效率低和耗时长的问题，该文提出一种基于无监督生成推理的网络安全威胁态势评估方法。首先，设计一种变分自动编码器-生成式对抗网络（VAE-GAN）模型，将只包含正常网络流量的训练数据集输入到由VAE-GAN组成的网络集合层进行训练，统计每层网络输出的重构误差，并使用输出层的3层变分自动编码器训练重构误差；然后使用包含异常网络流量的测试数据集进行分组威胁测试，统计每组测试的威胁发生概率；最后根据威胁发生概率确定网络安全威胁严重度，结合威胁影响度计算威胁态势值对网络安全威胁态势进行评估。仿真实验结果表明，与反向传播（BP）和径向基函数（RBF）方法相比，该方法能够更直观地评估网络威胁的整体态势，对网络威胁具有更好的表征效果。
专题：能源领域中的多相流动基础及应用
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  高速圆射流中典型非球形颗粒的扩散特性

  黄文仕, 吴玉新, 冯乐乐, 张缦, 张扬

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(6): 485-492. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.015

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  低氧稀释（moderate and intense low-oxygen dilution，MILD）燃烧具有传热均匀、NO_x污染物排放低的特点。新一代MILD煤粉燃烧技术主要通过高速射流引起强烈的湍流混合来实现。其中，煤颗粒在高速射流中的扩散行为非常关键。目前对球形颗粒在气固射流中扩散行为的研究已非常深入，然而化石燃料属于典型的非球形颗粒，其在射流中的扩散行为与球形颗粒具有一定的差异，该类非球形颗粒在高速射流下的扩散特性值得进一步研究。为此，该文采用玻璃珠、玻璃渣和煤粉等颗粒开展了宽Re范围下的高速两相圆射流实验，通过激光Doppler相位分析技术（phase-Doppler anemometry，PDA）获取并分析了颗粒的质量浓度、速度及湍动能分布随球形度、粒径以及射流速度的变化规律。结果表明：非球形颗粒在射流中的质量浓度、速度、湍动能分布与粒径较小的球形颗粒具有一定相似性，但其扩散行为不能仅通过Stokes数进行定量表征，除曳力之外，升力对非球形颗粒扩散也具有一定影响；与球形颗粒相比，非球形颗粒的扩散更为显著，其主要原因是其径向湍动能显著增强所致；射流速度的增加促进了颗粒的剪切层集聚和径向扩散，对非球形颗粒的促进作用更强。
  
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  转轮分离器风量和转速对叶片流道涡的影响

  冯乐乐, 吴玉新, 张海, 张扬, 岳光溪

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(6): 493-499. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.018

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  研究转轮分离器相邻叶片间的流场对理解其气固分离行为非常重要。为此，该文利用粒子图像测速（particle image velocimetry，PIV）测量了不同转速、风量下转轮分离器叶片流道间的流场，然后利用坐标变换算法分析了相对切向速度和径向速度随转速的变化，并定量分析了叶片流道间旋涡的位置和涡量随转速、风量的变化。实验结果表明：在实验范围内，随着转速提高，旋涡先往转轮外部移动，再往转轮内部移动；随着转速提高，旋涡涡量先增大后减小；随着风量提高，旋涡位置变化不明显，而旋涡涡量不断增大；随着转速提高，总分离效率先升高后降低，切割粒径先减小后增大。这种非单调趋势可以用叶片间旋涡位置的变化和流道入口处相对切向速度的变化来解释。基于坐标变换的转轮机械流场分析可以避免拍摄时相机定位的误差，也便于分析气体相对于转动叶轮的运动。
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  垂直上升光管中气液两相摩擦因子分析

  唐国力, 吴玉新, 顾君苹, 刘青, 吕俊复

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(6): 500-506. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.017

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  管内气液两相流动压降是水动力计算中的重要参数，选取不同摩擦因子会影响到计算结果的精度。为分析不同摩擦因子的适用性，该文讨论了5种常见的全液相两相摩擦因子计算方法，对关键参数选取进行了敏感性分析，并将5种方法的计算结果与文献中高压下汽水工质在垂直光管内的实验结果进行了比较。结果表明：管径对5种计算方法的影响有限；壁面粗糙度对Chisholm方法和Chisholm B系数方法的计算结果影响较大，这2种方法的结果均随着壁面粗糙度的增加而减小；工质压力的增加会导致压降的计算结果减小；质量流速对Chisholm方法和83国标方法的计算结果影响较大，并且质量流速增加，计算压降减小。计算结果与实验结果的比较表明：在中、低干度区域，Chisholm方法、Friedel方法和改进Friedel方法的计算结果与实验数据比较接近；在高干度区域，83国标方法的计算结果与实验数据更为接近。
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  流化床燃烧中N₂O生成机理与减排技术

  苗苗, 张缦, 吕俊复, 杨海瑞, 张凯

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(6): 507-517. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.040

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  循环流化床（CFB）由于煤种适应性好、负荷调节能力强、污染物排放低等优点近些年获得越来越广泛的应用，然而N₂O排放浓度较高成为制约循环流化床应用的一大因素，因此对N₂O的生成机理以及影响因素进行调研、总结N₂O的减排措施是十分必要的。本文探讨了在循环流化床燃煤中N₂O的生成机理，并对煤的各项性质、床温、过量空气系数等影响N₂O排放的因素进行分析，从各类影响因素出发对现有的N₂O减排技术进行归纳总结，最后对反向分级、混燃生物质及CFB解耦燃烧技术进行了前景展望。
电子工程
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  监控视频异常检测：综述

  王志国, 章毓晋

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(6): 518-529. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.008

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  监控视频在社会安全领域具有重要应用。该文对经典和新兴的监控视频异常检测算法进行分类和总结。首先，依据算法的3个属性，算法的发展阶段、算法的模型类型、算法的异常判别标准，将算法分类并逐类概述。然后，将不同类别的算法进行关联对比，分析不同模型的优缺点以及聚类判别与重构判别在不同发展阶段的特点。最后，提炼了领域内常用的模型假设与相关知识、汇总了不同算法的异常检测效果，并对未来的研究方向进行了探讨和展望。
  
电机工程
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  双主动全桥变换器的高频振荡影响因素

  崔彬, 李欣阳, 薛芃, 蒋晓华

  清华大学学报（自然科学版）. 2020, 60(6): 530-536. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.037

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  随着新一代宽禁带半导体器件在双主动全桥（DAB）变换器中的应用，变换器交流侧出现较高的电压上升率（dv/dt）。高dv/dt含有丰富的高频谐波成分，引起变压器分布电容与系统感性元件之间产生严重的高频振荡问题。该文基于高频变压器π型三电容分布参数模型，推导了变压器端口电压高频振荡的时域解析方程，定量分析了dv/dt和变压器分布电容对高频振荡幅值的影响，并通过调节系统dv/dt实现了对高频振荡幅值的抑制。搭建了DAB变换器实验样机系统和对应的LTspice电路仿真模型，验证了高频振荡问题理论分析的合理性和正确性。