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网络安全中的联合学习：应用，挑战和未来的方向
摘要：联合学习是一种创新的分散机器学习技术，为增强网络安全提供了重要潜力。通过使多个实体能够在不共享原始数据的情况下进行协作训练模型，联合学习可以保留数据隐私和安全性，同时利用各种数据集的集体智能。本文探讨了联合学习的核心原理，其在威胁检测，入侵检测系统（IDS）和恶意软件检测中的应用。它还解决了与数据隐私，通信开销和模型准确性相关的技术挑战，从而提供了克服这些障碍的解决方案。此外，本文讨论了未来的趋势和研究机会，包括将联合学习与区块链等新兴技术的整合。通过案例研究和现实世界实例，我们证明了联邦学习在改善网络安全措施方面的有效性。本文结束了，强调正在进行的研究和协作的重要性，以充分实现联合学习在维护数字基础设施中的潜力。关键字：联合学习，网络安全，威胁检测，入侵检测系统，恶意软件检测，数据隐私，安全汇总，通信开销，模型准确性，区块链集成
e b o k架构事件驱动的api-first平台，以构建所有内容，即服务
当我们用这些知识构建应用程序时，我们倾向于不将此原则扩展到新产品或服务中。这意味着当我们构建产品或服务时，我们从低级基础架构组件开始，并添加应用程序以支持所需的功能。这种方法的问题是，我们最终在整个组织中重复了工作，这会影响到上市的成本和时间，并增加了额外的操作开销，以支持多个团队的相同功能。
动态用户聚类，以提供高效和隐私权...
摘要 - 随着机器学习的更广泛采用以及对数据隐私的越来越关注，联邦学习（FL）受到了极大的关注。FL计划通常使一组参与者（即数据所有者）使用其本地数据单独训练机器学习模型，然后将其通过中央服务器的协调来汇总以构建全局FL模型。对标准FL的改进包括（i）通过利用梯度稀疏和（ii）通过采用隐私性汇总（PPAGG）协议来增强聚合的安全性，从而减少梯度传输的通信开销。但是，由于用户稀疏梯度向量的异质性，最新的PPAGG协议并不能轻易与梯度稀疏相互互操作。为了解决此问题，我们提出了一种动态用户聚类（DUC）方法，并采用一组支持协议，根据PPAGG协议和梯度稀疏技术的性质将用户分配到集群中，提供安全性的质量和通信效率。实验结果表明，与基准相比，DUC-FL显着降低了通信开销，并实现了相似的模型精度。所提出的协议的简单性使其对实施和进一步的改进都具有吸引力。
令牌和令牌化解决方案传单
•非结论令牌化最初意味着令牌是通过随机生成值并存储clearText并在数据库中存储相应的令牌来创建的，例如第一代信托通信产品。此数据库或拱形方法在概念上很简单，但意味着任何令牌化或陈旧的请求都必须提出服务器请求，并添加开销，复杂性和风险。它也不能很好地扩展。考虑一个请求以使平底锅的要求。服务器必须首先执行数据库查找，以查看该服务器是否已经具有该锅的令牌。如果这样做，它将返回该令牌。如果没有，则必须生成一个新的令牌，然后执行另一个数据库查找，以确保尚未将令牌分配给其他锅。如果有的话，它必须产生另一个令牌，检查一个等等。随着令牌创建的数量的增长，这些数据库查找所需的时间增加了，更糟糕的是，此类碰撞的可能性呈指数增长。此类实现通常还使用多个代币服务器来实现负载平衡，可靠性和故障转移，并且这些服务器必须执行实时数据库同步以确保可靠性和一致性，从而增加了进一步的复杂性和开销。
cifher：具有可重大结构的基于芯片的FHE加速器
摘要 - 同构加密（FHE）是备受关注的隐私解决方案，但是FHE的高计算开销对其实际采用构成了挑战。尽管先前的研究试图设计ASIC加速器来减轻开销，但他们的设计需要过多的芯片资源（例如，区域）来包含和处理大量操作数据。我们提出了一个基于芯片的FHE加速器Cifher，它具有可重大的结构，以通过具有成本效益的多芯片模块（MCM）设计来应对挑战。首先，我们设计了一种灵活的核心体系结构，其配置可调节以符合chiplets的全球组织和设计约束。其独特的功能是一个可组合功能单元，为数字理论变换提供了不同的计算吞吐量，这是FHE中最主要的函数。然后，我们建立了一般的数据映射方法，以最大程度地减少互连开销，当将芯片组织到MCM包装中时，由于包装约束，这将变成了重要的瓶颈。这项研究表明，由许多紧凑型芯片组成的Cifher软件包提供的性能可与最先进的单片ASIC加速器相提并论，同时大大降低了整个包装范围的功耗和制造成本。索引术语 - 同构加密，域特异性档案，chiplet
确保量子密钥分发的新方法
摘要：本研究通过在 SARG04 和 BB84 协议中实现快速经典信道认证，引入了一种增强量子密钥分发 (QKD) 安全性的新方法。我们提出了单认证，这是一种开创性的范例，采用抗量子签名算法（具体来说是 CRYSTALS-DILITHIUM 和 RAINBOW）仅在通信结束时进行认证。我们的数值分析全面检查了这些算法在基于块和连续光子传输场景中在不同块大小（128、192 和 256 位）下的性能。通过 100 次模拟迭代，我们细致地评估了噪声水平对认证效果的影响。我们的研究结果特别突出了 CRYSTALS-DILITHIUM 始终优于 RAINBOW 的表现，当量子比特错误率 (QBER) 增加到 8% 时，QKD-BB84 协议的签名开销约为 0.5%，QKD-SARG04 协议的签名开销约为 0.4%。此外，我们的研究揭示了更高的安全级别与增加的身份验证时间之间的相关性，CRYSTALS-DILITHIUM 在高达 10,000 kb/s 的所有密钥速率上都保持了卓越的效率。这些发现强调了单一身份验证可以大幅降低成本和复杂性，尤其是在嘈杂的环境中，为更具弹性和更高效的量子通信系统铺平了道路。
通过不完善的智能反射表面实现无需信道状态信息的大规模无线能量传输
摘要 — 智能反射面 (IRS) 利用低成本、无源反射元件来增强无源波束增益、提高无线能量传输 (WET) 效率，并使其能够部署到众多物联网 (IoT) 设备中。然而，IRS 元件数量的增加带来了相当大的信道估计挑战。这是由于 IRS 中缺少有源射频 (RF) 链，而导频开销变得难以忍受。为了解决这个问题，我们提出了一种无信道状态信息 (CSI) 的方案，该方案最大化特定方向的接收能量并通过相位波束旋转覆盖整个空间。此外，我们考虑了不完善的 IRS 的影响，并精心设计了有源预编码器和 IRS 反射相移以减轻其影响。我们提出的技术不会改变现有的 IRS 硬件架构，允许在当前系统中轻松实现，并且无需额外成本即可访问或移除任何能量接收器 (ER)。数值结果证明了我们的无 CSI 方案在促进大规模 IRS 方面非常有效，并且不会因过多的导频开销而影响性能。此外，在涉及大规模 ER 的场景中，我们的方案优于基于 CSI 的方案，使其成为物联网时代的一种有前途的解决方案。
RISC-V 处理器中的 CSD 驱动加速
摘要。本文介绍了一种可综合的 µ 架构设计方法，通过在处理器流水线内的执行阶段利用规范有符号数字 (CSD) 表示来提高给定 RISC-V 处理器架构的性能。CSD 是一种独特的三进制数系统，无论字长 N 是多少，都可以在常数时间 O (1) 内实现无进位/无借位加法/减法。CSD 扩展以 Potato 处理器为例进行了演示，这是一种简单的 RISC-V FPGA 实现。但是，该方法原则上也可以应用于其他实现。我们通过 CSD 实现的性能提升需要二进制和 CSD 表示之间的转换开销。该开销通过扩展到七级流水线架构来补偿，该架构具有三步执行阶段，可提高吞吐量和工作频率并实现循环展开，这在具有连续计算的应用中尤其有利，例如信号处理。根据实验结果，我们将基于 CSD 的三元解决方案与原始实现进行了比较，后者使用通常的纯二进制数表示操作数。与 FPGA 上的原始 RISC-V 处理器相比，我们的方法实现了 2.41 倍的运行频率提升，其中超过 20% 的增益归功于 CSD 编码。对于计算密集型基准测试应用程序，这种增强使吞吐量提高了 2.40 倍，执行时间缩短了 2.37 倍。
猫量子比特的量子控制，比特翻转时间超过十秒
量子比特 (qubits) 由于与环境的交互不受控制，容易出现多种类型的错误。纠正这些错误的常用策略是基于涉及惊人硬件开销的量子比特架构 1 。一种可能的解决方案是构建本质上可以防止某些类型错误的量子比特，这样可以大大减少纠正其余错误所需的开销 2–7 。然而，这种策略依赖于一个条件：对量子比特的任何量子操作都不能破坏精心设计的保护 5,8 。一种称为猫量子比特的量子比特被编码在量子动力系统的亚稳态流形中，从而获得持续、自主的防位翻转保护。在这里，在超导电路实验中，我们实现了一个猫量子比特，其位翻转时间超过 10 秒。这比之前发布的猫量子比特实现提高了四个数量级。我们制备并成像了量子叠加态，并测量了大于 490 纳秒的相位翻转时间。最重要的是，我们在不破坏位翻转保护的情况下控制了这些量子叠加的相位。该实验以前所未有的水平展示了量子控制和固有位翻转保护的兼容性，展示了这些动态量子比特在未来量子技术中的可行性。
![arxiv：2301.13241v1 [Quant-ph] 2023年1月30日](/simg/5\5a5055a34d22fff8d45e7d5f1ebca3ed82481e2f.webp)
arxiv：2301.13241v1 [Quant-ph] 2023年1月30日
尽管NISQ设备受到严格限制，但已经开发了硬件和算法 - 感知的量子电路映射技术，以实现成功的算法执行。由于实验设备及其小尺寸的稀缺性，对自旋量子量子处理器的映射和汇编实现没有太多关注。但是，基于它们的高可扩展性潜力和快速进步，及时开始在此类设备上探索解决方案。在这项工作中，我们讨论了具有共享控件的可扩展横文架构的独特映射挑战，并引入Spinq，这是第一个用于可扩展自旋量子体系结构的本机编译框架。Spinq的核心是综合策略，该策略旨在解决横杆的唯一操作约束，同时考虑编译可伸缩性并获得O（n）计算复杂性。为了评估Spinq在这种新颖体系结构上的性能，我们编制了一组明确定义的量子电路，并基于多个指标（例如Gate开销，深度开销和估计的成功概率）进行了深入的分析，这反过来又使我们能够创建独特的映射和建筑洞察力。最后，我们提出了新型的映射技术，这些技术可能会提高该体系结构上的算法成功率，并有可能激发有关其他可扩展自旋量子体系结构的量子电路映射的进一步研究。