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ZUC-128的量子电路实现
被引量：
1
1
作者
刘嘉宏
谭晓青
黄睿
《密码学报(中英文)》
北大核心
2025年第3期513-526,共14页
近来,对称密码算法的量子实现受到了广泛的关注.ZUC流密码算法是我国自主研发的对称密码算法,于2011年9月被3GPP采纳为新一代宽带无线移动通信系统的国际标准.本文主要研究ZUC-128算法的高效量子电路实现,设计了更高效的S1盒量子电路和...
近来,对称密码算法的量子实现受到了广泛的关注.ZUC流密码算法是我国自主研发的对称密码算法,于2011年9月被3GPP采纳为新一代宽带无线移动通信系统的国际标准.本文主要研究ZUC-128算法的高效量子电路实现,设计了更高效的S1盒量子电路和线性变换L2的量子电路,使用流水线结构进一步优化了已有的ZUC-128算法量子电路.本文提出的ZUC-128量子电路需要753个量子比特、10399 Toffoli门、279532个CNOT门、28150个X门,Toffoli深度为45282,比已有方案节省6371个Toffoli门、68585个CNOT门.
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关键词
zuc
算法
流密码
S盒
量子电路
塔域分解
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职称材料
基于FPGA的ZUC算法快速实现研究
2
作者
卫志刚
李鑫
高园
《电子技术应用》
2025年第10期69-73,共5页
祖冲之(ZUC)算法是我国自主研发的商用序列密码算法,已被应用于服务器实时运算和大数据处理等复杂需求场景,ZUC的高速实现对于其应用推广具有重要的实用意义。基于此,针对ZUC适用环境的FPGA实现高性能要求,通过优化模乘、模加等核心运算...
祖冲之(ZUC)算法是我国自主研发的商用序列密码算法,已被应用于服务器实时运算和大数据处理等复杂需求场景,ZUC的高速实现对于其应用推广具有重要的实用意义。基于此,针对ZUC适用环境的FPGA实现高性能要求,通过优化模乘、模加等核心运算,并采用流水化结构设计,在FPGA硬件平台上实现了ZUC算法。实验结果表明,ZUC算法核的数据吞吐量可达10.4 Gb/s,与现有研究成果相比,降低了关键路径的延迟,提升了算法工作频率,在吞吐量和硬件资源消耗方面实现了良好的平衡,为ZUC算法的高性能实现提供了新的解决方案。
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关键词
序列密码
祖冲之算法
优化设计
FPGA
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职称材料
ZUC-256流密码算法
被引量：
20
3
《密码学报》
CSCD
2018年第2期167-179,共13页
为了应对5G通信与后量子密码时代的来临,本文提出ZUC-256流密码.ZUC-256流密码是3GPP机密性与完整性算法128-EEA3和128-EIA3中采用的ZUC-128流密码的256比特密钥升级版本,与ZUC-128流密码高度兼容.ZUC-256流密码的设计目标是提供5G应用...
为了应对5G通信与后量子密码时代的来临,本文提出ZUC-256流密码.ZUC-256流密码是3GPP机密性与完整性算法128-EEA3和128-EIA3中采用的ZUC-128流密码的256比特密钥升级版本,与ZUC-128流密码高度兼容.ZUC-256流密码的设计目标是提供5G应用环境下的256比特安全性;其认证部分在初始向量不可复用的条件下支持多种标签长度.
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关键词
祖冲之算法
流密码
256比特安全性
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职称材料
ZUC算法软件快速实现
被引量：
7
4
作者
张宇鹏
高莹
+1 位作者
严宇
刘翔
《密码学报》
CSCD
2021年第3期388-401,共14页
ZUC算法,即ZUC-128流密码算法,是首个成为国际商业密码标准的国产密码算法.目前,ZUC-128算法和后续ZUC-256算法的硬件优化工作卓有成效,其IP核的运行速度可以达到100 Gbps.但对ZUC算法软件实现速度的研究一直比较缓慢,相关研究不多.为优...
ZUC算法,即ZUC-128流密码算法,是首个成为国际商业密码标准的国产密码算法.目前,ZUC-128算法和后续ZUC-256算法的硬件优化工作卓有成效,其IP核的运行速度可以达到100 Gbps.但对ZUC算法软件实现速度的研究一直比较缓慢,相关研究不多.为优化ZUC算法的软件实现速度,我们尝试了8种软件优化方式.通过实验分析得知,使用多线程并行的方式优化ZUC算法反而会降低算法的运行效率,且有些方法单独使用有效但与其他方法组合之后算法的实现速度不增反减.因此需进行优化组合,通过实验最终选择了顺序组合:(1)使用优化函数的调用过程;(2)编译器优化;(3)延迟取模;(4)合并S盒,探索出了一种ZUC算法软件优化方法的高效组合方式.利用这种高效组合方式,在Intel Core i7-8750H@2.20 GHz处理器上,生成长密钥流时,ZUC算法的软件实现速度达到4.22 Gbps.和已有的最新结果3.34 Gbps相比速度提高26%,本方法同样适用于ZUC-256流密码算法的软件提速.
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关键词
zuc
算法
软件优化
流密码
SIMD
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职称材料
祖冲之算法在数字图像加密中的应用与实现
被引量：
9
5
作者
任高峰
乔树山
黑勇
《科学技术与工程》
北大核心
2013年第3期766-770,共5页
分析了多种现有的数字图像加密算法,以寻求一种安全性高、软硬件实现简单的数字图像加密算法。祖冲之(ZUC)算法因其采用了线性反馈移位寄存器(LFSR),比特重组(BR)和非线性函数F的三层结构设计,极大地增强了该算法的安全性。而且,ZUC算...
分析了多种现有的数字图像加密算法,以寻求一种安全性高、软硬件实现简单的数字图像加密算法。祖冲之(ZUC)算法因其采用了线性反馈移位寄存器(LFSR),比特重组(BR)和非线性函数F的三层结构设计,极大地增强了该算法的安全性。而且,ZUC算法在设计时充分考虑了软硬件实现的复杂度,所以ZUC算法的软硬件实现开销较小,硬件实现功耗小。此外,由于ZUC算法流式产生密钥的快速实时性,非常适合用于数字图像的加解密。最后,将ZUC算法实现,并对数字图像进行加解密,取得了很好的加密效果。
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关键词
数字图像加密
祖冲之算法
线性反馈移位寄存器
比特重组
非线性函数
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职称材料
一种针对祖冲之算法的猜测决定攻击
被引量：
1
6
作者
赵跃华
刘文山
韩牟
《江苏大学学报（自然科学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2015年第5期578-582,共5页
为了分析ZUC算法在抵御猜测决定攻击方面的安全性,针对ZUC算法在比特重组以及非线性函数中独特的16比特半字的运算,提出基于16比特半字的猜测决定攻击.该攻击方法首先将ZUC中的状态转换运算变换为半位的运算,将线性反馈移位寄存器中的...
为了分析ZUC算法在抵御猜测决定攻击方面的安全性,针对ZUC算法在比特重组以及非线性函数中独特的16比特半字的运算,提出基于16比特半字的猜测决定攻击.该攻击方法首先将ZUC中的状态转换运算变换为半位的运算,将线性反馈移位寄存器中的每个状态分为上下半位,然后通过使用Viterbi-like算法计算出猜测决定攻击的基本点,根据已知的基本点状态和变换后的半位运算,决定出其他未知的状态,从而实现对内部状态的恢复.结果表明,这种猜测决定攻击计算复杂度为2398,所需数据量为6个32比特密钥字,该结果优于已有的针对ZUC的猜测决定攻击.
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关键词
3GPP
zuc
猜测决定攻击
密码分析
流密码
Viterbi-like算法
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职称材料
祖冲之序列密码算法
被引量：
17
7
作者
冯秀涛
《信息安全研究》
2016年第11期1028-1041,共14页
祖冲之算法,简称ZUC,是一个面向字设计的序列密码算法,其在128b种子密钥和128b初始向量控制下输出32b的密钥字流.祖冲之算法于2011年9月被3GPP LTE采纳为国际加密标准(标准号为TS 35.221),即第4代移动通信加密标准,2012年3月被发布为国...
祖冲之算法,简称ZUC,是一个面向字设计的序列密码算法,其在128b种子密钥和128b初始向量控制下输出32b的密钥字流.祖冲之算法于2011年9月被3GPP LTE采纳为国际加密标准(标准号为TS 35.221),即第4代移动通信加密标准,2012年3月被发布为国家密码行业标准(标准号为GM/T 0001—2012),2016年10月被发布为国家标准(标准号为GB/T 33133—2016).简单介绍了祖冲之算法,并总结了其设计思想和国内外对该算法安全性分析的主要进展.
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关键词
3GPP
LTE
4G移动通信
保密性和完整性算法
序列密码
祖冲之算法
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职称材料
面向5G配电网保护控制报文的实时安全压缩方法
8
作者
梅沁
刘志仁
+4 位作者
赵辰阳
陈亦寒
宿明睿
王刚
王俊波
《计算机与现代化》
2025年第11期1-9,共9页
随着新型电力系统建设的稳步推进,利用5G通信网络承载配电保护控制业务数据,已成为近年来的研究与应用热点。但5G网络运行的流量及安全问题,对该技术的大规模推广构成了阻碍。本文提出一种面向5G配电网保护控制的实时报文压缩加密联合...
随着新型电力系统建设的稳步推进,利用5G通信网络承载配电保护控制业务数据,已成为近年来的研究与应用热点。但5G网络运行的流量及安全问题,对该技术的大规模推广构成了阻碍。本文提出一种面向5G配电网保护控制的实时报文压缩加密联合设计方案。针对GOOSE报文的数据特征,设计直传与压缩相结合的帧间压缩方法;考虑到待加密数据的短包特征及实时性要求,基于祖冲之序列密码算法,进行双会话密钥池及密钥双线程周期更新的改进设计;针对5G传输中可能出现的丢帧、错序等异常情况,设计密钥流同步机制和密钥池重启机制;依托国产化边缘计算平台完成系统开发。实验结果表明,本文方法在充分满足保护控制业务实时性需求的同时,显著降低了5G配网保护控制的数据流量,实现了系统安全性的自主可控。本文为基于5G的配电网保护控制方案的推广应用提供了全新思路。
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关键词
配电网
保护控制
5G
帧间压缩
祖冲之序列密码算法
边缘计算
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职称材料
题名
ZUC-128的量子电路实现
被引量：
1
1
作者
刘嘉宏
谭晓青
黄睿
机构
暨南大学信息科学技术学院
粤港澳大湾区(广东)量子科学中心
深圳职业技术大学人工智能学院
深圳市松岗中学
出处
《密码学报(中英文)》
北大核心
2025年第3期513-526,共14页
基金
广东省量子科学战略专项(GDZX2403007)
广东省基础与应用基础研究基金自然科学基金面上项目(2024A1515013066)
+1 种基金
国家自然科学基金青年科学基金(62302318)
深圳市科技计划(20231124122522001)。
文摘
近来,对称密码算法的量子实现受到了广泛的关注.ZUC流密码算法是我国自主研发的对称密码算法,于2011年9月被3GPP采纳为新一代宽带无线移动通信系统的国际标准.本文主要研究ZUC-128算法的高效量子电路实现,设计了更高效的S1盒量子电路和线性变换L2的量子电路,使用流水线结构进一步优化了已有的ZUC-128算法量子电路.本文提出的ZUC-128量子电路需要753个量子比特、10399 Toffoli门、279532个CNOT门、28150个X门,Toffoli深度为45282,比已有方案节省6371个Toffoli门、68585个CNOT门.
关键词
zuc
算法
流密码
S盒
量子电路
塔域分解
Keywords
zuc
algorithm
stream
cipher
s
S-box
quantum circuit
tower filed decomposition
分类号
TP309.7 [自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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职称材料
题名
基于FPGA的ZUC算法快速实现研究
2
作者
卫志刚
李鑫
高园
机构
郑州信大捷安移动信息安全关键技术国家地方联合工程实验室
郑州大学数学与统计学院
出处
《电子技术应用》
2025年第10期69-73,共5页
基金
河南省重大科技专项(181200211200)。
文摘
祖冲之(ZUC)算法是我国自主研发的商用序列密码算法,已被应用于服务器实时运算和大数据处理等复杂需求场景,ZUC的高速实现对于其应用推广具有重要的实用意义。基于此,针对ZUC适用环境的FPGA实现高性能要求,通过优化模乘、模加等核心运算,并采用流水化结构设计,在FPGA硬件平台上实现了ZUC算法。实验结果表明,ZUC算法核的数据吞吐量可达10.4 Gb/s,与现有研究成果相比,降低了关键路径的延迟,提升了算法工作频率,在吞吐量和硬件资源消耗方面实现了良好的平衡,为ZUC算法的高性能实现提供了新的解决方案。
关键词
序列密码
祖冲之算法
优化设计
FPGA
Keywords
stream
cipher
zuc
algorithm
optimal design
FPGA
分类号
TN918 [电子电信—通信与信息系统]
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职称材料
题名
ZUC-256流密码算法
被引量：
20
3
机构
ZUC算法研制组
出处
《密码学报》
CSCD
2018年第2期167-179,共13页
文摘
为了应对5G通信与后量子密码时代的来临,本文提出ZUC-256流密码.ZUC-256流密码是3GPP机密性与完整性算法128-EEA3和128-EIA3中采用的ZUC-128流密码的256比特密钥升级版本,与ZUC-128流密码高度兼容.ZUC-256流密码的设计目标是提供5G应用环境下的256比特安全性;其认证部分在初始向量不可复用的条件下支持多种标签长度.
关键词
祖冲之算法
流密码
256比特安全性
Keywords
zuc
algorithm
stream
cipher
s
256-bit security
分类号
TP309.7 [自动化与计算机技术—计算机系统结构]
在线阅读
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职称材料
题名
ZUC算法软件快速实现
被引量：
7
4
作者
张宇鹏
高莹
严宇
刘翔
机构
北京航空航天大学网络空间安全学院
空天网络安全工业和信息化部重点实验室
出处
《密码学报》
CSCD
2021年第3期388-401,共14页
基金
北京市自然科学基金(M21033)
国家自然科学基金(61932011,61972017)。
文摘
ZUC算法,即ZUC-128流密码算法,是首个成为国际商业密码标准的国产密码算法.目前,ZUC-128算法和后续ZUC-256算法的硬件优化工作卓有成效,其IP核的运行速度可以达到100 Gbps.但对ZUC算法软件实现速度的研究一直比较缓慢,相关研究不多.为优化ZUC算法的软件实现速度,我们尝试了8种软件优化方式.通过实验分析得知,使用多线程并行的方式优化ZUC算法反而会降低算法的运行效率,且有些方法单独使用有效但与其他方法组合之后算法的实现速度不增反减.因此需进行优化组合,通过实验最终选择了顺序组合:(1)使用优化函数的调用过程;(2)编译器优化;(3)延迟取模;(4)合并S盒,探索出了一种ZUC算法软件优化方法的高效组合方式.利用这种高效组合方式,在Intel Core i7-8750H@2.20 GHz处理器上,生成长密钥流时,ZUC算法的软件实现速度达到4.22 Gbps.和已有的最新结果3.34 Gbps相比速度提高26%,本方法同样适用于ZUC-256流密码算法的软件提速.
关键词
zuc
算法
软件优化
流密码
SIMD
Keywords
zuc
algorithm
software optimization
stream
cipher
s
SIMD
分类号
TP309.7 [自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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职称材料
题名
祖冲之算法在数字图像加密中的应用与实现
被引量：
9
5
作者
任高峰
乔树山
黑勇
机构
中国科学院微电子研究所
出处
《科学技术与工程》
北大核心
2013年第3期766-770,共5页
基金
"核高基"重大专项[2009ZX01034-002-004-007(002)]资助
文摘
分析了多种现有的数字图像加密算法,以寻求一种安全性高、软硬件实现简单的数字图像加密算法。祖冲之(ZUC)算法因其采用了线性反馈移位寄存器(LFSR),比特重组(BR)和非线性函数F的三层结构设计,极大地增强了该算法的安全性。而且,ZUC算法在设计时充分考虑了软硬件实现的复杂度,所以ZUC算法的软硬件实现开销较小,硬件实现功耗小。此外,由于ZUC算法流式产生密钥的快速实时性,非常适合用于数字图像的加解密。最后,将ZUC算法实现,并对数字图像进行加解密,取得了很好的加密效果。
关键词
数字图像加密
祖冲之算法
线性反馈移位寄存器
比特重组
非线性函数
Keywords
digital image encryption
zuc stream cipher algorithm
linear feedback shift register bit reorganization nonlinear function
分类号
TP309.7 [自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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职称材料
题名
一种针对祖冲之算法的猜测决定攻击
被引量：
1
6
作者
赵跃华
刘文山
韩牟
机构
江苏大学计算机科学与通信工程学院
出处
《江苏大学学报（自然科学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2015年第5期578-582,共5页
基金
国家自然科学基金资助项目(61300229)
中国博士后基金资助项目(2013M531283)
+3 种基金
江苏省博士后基金资助项目(1201037C)
江苏省"六大人才高峰"计划项目(DZXX-012)
江苏省高校自然科学基金资助项目(12KJD580002)
江苏省研究生创新基金资助项目(KYLX-1057)
文摘
为了分析ZUC算法在抵御猜测决定攻击方面的安全性,针对ZUC算法在比特重组以及非线性函数中独特的16比特半字的运算,提出基于16比特半字的猜测决定攻击.该攻击方法首先将ZUC中的状态转换运算变换为半位的运算,将线性反馈移位寄存器中的每个状态分为上下半位,然后通过使用Viterbi-like算法计算出猜测决定攻击的基本点,根据已知的基本点状态和变换后的半位运算,决定出其他未知的状态,从而实现对内部状态的恢复.结果表明,这种猜测决定攻击计算复杂度为2398,所需数据量为6个32比特密钥字,该结果优于已有的针对ZUC的猜测决定攻击.
关键词
3GPP
zuc
猜测决定攻击
密码分析
流密码
Viterbi-like算法
Keywords
3GPP
zuc
guess and determine attack
cryptanalysis
stream
cipher
Viterbi-like
algorithm
分类号
TP309 [自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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职称材料
题名
祖冲之序列密码算法
被引量：
17
7
作者
冯秀涛
机构
中国科学院数学与系统科学研究院
出处
《信息安全研究》
2016年第11期1028-1041,共14页
基金
国家自然科学基金项目(61572491)
文摘
祖冲之算法,简称ZUC,是一个面向字设计的序列密码算法,其在128b种子密钥和128b初始向量控制下输出32b的密钥字流.祖冲之算法于2011年9月被3GPP LTE采纳为国际加密标准(标准号为TS 35.221),即第4代移动通信加密标准,2012年3月被发布为国家密码行业标准(标准号为GM/T 0001—2012),2016年10月被发布为国家标准(标准号为GB/T 33133—2016).简单介绍了祖冲之算法,并总结了其设计思想和国内外对该算法安全性分析的主要进展.
关键词
3GPP
LTE
4G移动通信
保密性和完整性算法
序列密码
祖冲之算法
Keywords
3GPP LTE
4G mobile communication
confidentiality and integrity
algorithm
stream
cipher
zuc
分类号
TP309 [自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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职称材料
题名
面向5G配电网保护控制报文的实时安全压缩方法
8
作者
梅沁
刘志仁
赵辰阳
陈亦寒
宿明睿
王刚
王俊波
机构
无锡广盈集团有限公司
出处
《计算机与现代化》
2025年第11期1-9,共9页
基金
国网江苏省电力有限公司省管产业科技项目(JC2024007)。
文摘
随着新型电力系统建设的稳步推进,利用5G通信网络承载配电保护控制业务数据,已成为近年来的研究与应用热点。但5G网络运行的流量及安全问题,对该技术的大规模推广构成了阻碍。本文提出一种面向5G配电网保护控制的实时报文压缩加密联合设计方案。针对GOOSE报文的数据特征,设计直传与压缩相结合的帧间压缩方法;考虑到待加密数据的短包特征及实时性要求,基于祖冲之序列密码算法,进行双会话密钥池及密钥双线程周期更新的改进设计;针对5G传输中可能出现的丢帧、错序等异常情况,设计密钥流同步机制和密钥池重启机制;依托国产化边缘计算平台完成系统开发。实验结果表明,本文方法在充分满足保护控制业务实时性需求的同时,显著降低了5G配网保护控制的数据流量,实现了系统安全性的自主可控。本文为基于5G的配电网保护控制方案的推广应用提供了全新思路。
关键词
配电网
保护控制
5G
帧间压缩
祖冲之序列密码算法
边缘计算
Keywords
power distribution networks
protection and control
5G
inter-frame compression
zuc stream cipher algorithm
edge computing
分类号
TM769 [电气工程]
TM73 [电气工程—电力系统及自动化]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
ZUC-128的量子电路实现
刘嘉宏
谭晓青
黄睿
《密码学报(中英文)》
北大核心
2025
1
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职称材料
2
基于FPGA的ZUC算法快速实现研究
卫志刚
李鑫
高园
《电子技术应用》
2025
0
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职称材料
3
ZUC-256流密码算法
《密码学报》
CSCD
2018
20
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职称材料
4
ZUC算法软件快速实现
张宇鹏
高莹
严宇
刘翔
《密码学报》
CSCD
2021
7
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职称材料
5
祖冲之算法在数字图像加密中的应用与实现
任高峰
乔树山
黑勇
《科学技术与工程》
北大核心
2013
9
在线阅读
下载PDF
职称材料
6
一种针对祖冲之算法的猜测决定攻击
赵跃华
刘文山
韩牟
《江苏大学学报（自然科学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2015
1
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职称材料
7
祖冲之序列密码算法
冯秀涛
《信息安全研究》
2016
17
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职称材料
8
面向5G配电网保护控制报文的实时安全压缩方法
梅沁
刘志仁
赵辰阳
陈亦寒
宿明睿
王刚
王俊波
《计算机与现代化》
2025
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职称材料
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