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), 2.526 (2021).

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering

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

2022 Vol.23 No.3 P.351-510

Cover:

<285>

Contents:

<204>

<<< CONTENTS >>>

Research Articles

Automatic protocol reverse engineering for industrial control systems with dynamic taint analysis

Rongkuan MA, Hao ZHENG, Jingyi WANG, Mufeng WANG, Qiang WEI, Qiang WEI

DOI: 10.1631/FITEE.2000709 Downloaded: 5646 Clicked: 5878 Cited: 0 Commented: 0(p.351-360) <Full Text> <PPT> 423

Chinese summary <28> 基于動态污點分(fēn)析的工(gōng)業控制系統協議自動逆向工(gōng)程分(fēn)析

麻榮寬¹，鄭豪²，王竟亦²，汪慕峰²，魏強¹，王清賢¹
¹數學工(gōng)程與先進計算國家重點實驗室，中(zhōng)國鄭州市，450001
²浙江大(dà)學NGICS平台，中(zhōng)國杭州市，310000
摘要：私有（或半私有）協議廣泛應用于工(gōng)業控制系統（ICS）。通過逆向工(gōng)程推斷協議格式對于許多網絡安全應用（例如程序測試和入侵檢測）具有重要意義。傳統協議逆向工(gōng)程方法耗時，繁瑣、易出錯。最近提出的自動化逆向協議方法既不能有效處理基于網絡流量分(fēn)析的二進制ICS協議，也不能從協議程序實現中(zhōng)準确提取協議字段。本文提出一(yī)個工(gōng)業控制系統協議逆向工(gōng)程框架（ICSPRF），旨在以更高準确度提取ICS協議字段。ICSPRF基于以下(xià)關鍵見解架構：消息中(zhōng)單個字段通常在同一(yī)執行上下(xià)文中(zhōng)處理，例如基本塊（BBL）組。通過監視程序的執行，ICSPRF可以在執行跟蹤中(zhōng)收集每個BBL組中(zhōng)處理的污染數據信息，并将它們聚類以得出協議格式。用6個開(kāi)源ICS協議實現評估所提方法。結果表明，ICSPRF可以高精度地識别各個協議字段（平均匹配率爲94.3％）。ICSPRF還具有較低粗粒度匹配率和過細粒度匹配率。對于同一(yī)指标，ICSPRF比Autoformat更準确（後者對于所有評估協議匹配率爲88.5％，對二進制協議匹配率爲80.0％）。

關鍵詞組：工(gōng)業控制系統（ICS）；ICS協議逆向工(gōng)程；動态污點分(fēn)析；協議格式

Generic, efficient, and effective deobfuscation and semantic-aware attack detection for PowerShell scripts

Chunlin XIONG, Zhenyuan LI, Yan CHEN, Tiantian ZHU, Jian WANG, Hai YANG, Wei RUAN

DOI: 10.1631/FITEE.2000436 Downloaded: 5058 Clicked: 6141 Cited: 0 Commented: 0(p.361-381) <Full Text> <PPT> 341

Chinese summary <25> 通用、有效且輕量的PowerShell解混淆和語義敏感的攻擊檢測方法

熊春霖¹，李振源¹，陳焰²，朱添田³，王箭¹，楊海⁴，阮偉⁵
¹浙江大(dà)學計算機科學與技術學院，中(zhōng)國杭州市，310027
²西北(běi)大(dà)學電氣工(gōng)程與計算機科學系，美國伊利諾伊州埃文斯頓市，60208
³浙江工(gōng)業大(dà)學計算機科學與技術學院，中(zhōng)國杭州市，310023
⁴杭州奇盾信息技術有限公司，中(zhōng)國杭州市，310027
⁵浙江大(dà)學控制科學與工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州市，310027
摘要：近年來，PowerShell攻擊越來越多見諸報道。然而，由于PowerShell語言的動态特性，且可在不同級别構造腳本片段，即使基于最先進的靜态腳本分(fēn)析的PowerShell攻擊檢測方法，其本質上也容易受到混淆的影響。本文爲PowerShell腳本設計了一(yī)種通用、有效且輕量的去(qù)混淆方法。首先，爲精準識别模糊腳本片段，根據混淆方法對PowerShell抽象語法樹(shù)的影響，提出一(yī)種全新混淆片段檢測方法，在此基礎上提出一(yī)種基于仿真的恢複技術。此外(wài)，設計了一(yī)個語義敏感的PowerShell攻擊檢測系統，該系統利用經典的面向目标的關聯挖掘算法，新識别31個用于惡意腳本檢測的語義特征。在2342個良性樣本和4141個惡意樣本上的實驗結果表明，所提去(qù)混淆方法平均耗時不到0.5秒，且将模糊腳本和原始腳本的相似度從0.5%提至93.2%。采用該去(qù)混淆方法，Windows Defender和VirusTotal的攻擊檢測率分(fēn)别從0.33%和2.65%提至78.9%和94.0%。實驗還表明，我(wǒ)們的檢測系統優于現有兩種工(gōng)具（平均真正例率爲96.7%，假正例率爲0%）。

關鍵詞組：PowerShell；抽象語法樹(shù)；混淆和解混淆；惡意腳本檢測

Reducing power grid cascading failure propagation by minimizing algebraic connectivity in edge addition

Supaporn LONAPALAWONG, Jiangzhe YAN, Jiayu LI, Deshi YE, Wei CHEN, Yong TANG, Yanhao HUANG, Can WANG

DOI: 10.1631/FITEE.2000596 Downloaded: 3905 Clicked: 5663 Cited: 0 Commented: 0(p.382-397) <Full Text> <PPT> 361

Chinese summary <21> 通過最小(xiǎo)化邊緣添加中(zhōng)的代數連接度來減少電網級聯故障傳播

Supaporn LONAPALAWONG¹,顔姜哲²,李家雨³,葉德仕²,陳爲¹，湯湧⁴，黃彥浩⁴，王燦²
¹浙江大(dà)學計算機輔助設計與圖形學國家重點實驗室，中(zhōng)國杭州市，310058
²浙江大(dà)學計算機科學與技術學院，中(zhōng)國杭州市，310058
³浙江大(dà)學數學科學學院，中(zhōng)國杭州市，310058
⁴中(zhōng)國電力科學研究院電網安全與能源轉換國家重點實驗室，中(zhōng)國北(běi)京市，100192
摘要：在各種情況下(xià)分(fēn)析網絡魯棒性通常被認爲是一(yī)個具有挑戰性的問題。應對故障的魯棒性是大(dà)型動态網絡系統（如電力網、運輸系統、通信系統和計算機網絡）的基本特性之一(yī)。由于網絡的多樣性和複雜(zá)性，人們已提出許多拓撲特征以捕獲系統特定屬性。對于電網，通過拓撲設計提高網絡結構魯棒性是常見做法。然而，大(dà)多數現有方法集中(zhōng)于局部網絡度量，例如節點連接度和邊連接度，而非從全局視角看待電網中(zhōng)的級聯傳播。本文使用信息量大(dà)的全局度量代數連接度，因爲它對譜圖的全局連接度敏感。我(wǒ)們通過最小(xiǎo)化代數連接度的增量以減少電網中(zhōng)的平均傳播。提出一(yī)種基于拓撲的貪婪策略，以優化電網魯棒性。爲評估網絡魯棒性，使用MATCASC計算電網中(zhōng)級聯故障中(zhōng)斷的平均傳播。實驗結果表明，所提方法優于現有技術。

關鍵詞組：網絡魯棒性；級聯故障；平均傳播；代數連接度；電網

Three-dimensional face point cloud hole-filling algorithm based on binocular stereo matching and a B-spline

Yuan HUANG, Feipeng DA

DOI: 10.1631/FITEE.2000508 Downloaded: 5909 Clicked: 5999 Cited: 0 Commented: 0(p.398-408) <Full Text> <PPT> 328

Chinese summary <20> 基于雙目立體(tǐ)匹配和B樣條的三維人臉點雲孔洞修補算法

黃源^1,2，達飛鵬^1,2
¹東南(nán)大(dà)學自動化學院，中(zhōng)國南(nán)京市，210096
²東南(nán)大(dà)學深圳研究院，中(zhōng)國深圳市，518000
摘要：在基于結構光的三維人臉點雲數據采集過程中(zhōng)，由于環境、遮擋以及光照強度等因素影響，采集到的數據往往會出現孔洞區域，從而影響後續識别效果。本文提出一(yī)種采用立體(tǐ)匹配技術結合B樣條的孔洞修補方法。算法首先利用光栅投影過程中(zhōng)獲取的相位信息定位點雲中(zhōng)的孔洞區域，同時提取邊界點集。然後将立體(tǐ)匹配算法獲取的人臉點雲數據同光栅投影法采集的數據進行配準，在孔洞處選取初始修補控制點。再利用B樣條曲線形狀可由少數關鍵點大(dà)緻描述這一(yī)特性，将控制點作爲關鍵點放(fàng)入孔洞區域進行曲面重建叠代計算。仿真使用光滑陶瓷杯和人臉模型進行，結果表明，該算法能夠準确再現被測物(wù)體(tǐ)表面的細節和複雜(zá)形狀。同時也說明所提方法具有強魯棒性，能夠在完全無先驗信息的情況下(xià)對物(wù)體(tǐ)複雜(zá)區域實現孔洞修補，并且修補後的點雲更加接近原始數據。該方法可廣泛應用于需要精确人臉識别的領域。

關鍵詞組：三維點雲；孔洞修補；立體(tǐ)匹配；B樣條

NGAT: attention in breadth and depth exploration for semi-supervised graph representation learning

Jianke HU, Yin ZHANG

DOI: 10.1631/FITEE.2000657 Downloaded: 3960 Clicked: 5626 Cited: 0 Commented: 0(p.409-421) <Full Text> <PPT> 358

Chinese summary <21> NGAT：基于廣度和深度探索注意力機制的半監督圖表示學習

胡薦苛，張引
浙江大(dà)學計算機科學與技術學院，中(zhōng)國杭州市，310027
摘要：近年來圖神經網絡（GNN）在圖結構數據表示學習方面取得顯著成績。然而，随着網絡層數增加，由于過度平滑問題，基于鄰域信息聚合策略的GNN性能惡化，這也是GNN應用于真實圖的主要瓶頸。研究人員(yuán)對直連節點的特征信息聚合過程進行了許多改進，即廣度探索。然而，這些模型僅在層數爲3或更少的情況下(xià)才表現最佳，而在深層情況下(xià)性能迅速下(xià)降。爲緩解過度平滑，本文提出一(yī)種嵌套的圖注意網絡，即基于雙重注意力機制的多尺度特征融合模型NGAT，該網絡可以半監督形式工(gōng)作。除廣度探索，k層NGAT運用注意力機制引導的分(fēn)層聚合策略，選擇性地利用來自k階鄰域的信息特征，即深度探索。即使對于10層或更深的架構，NGAT也能平衡保留局部性（包括根節點特征和局部結構）和從大(dà)型鄰域聚合信息的需求。本文在公開(kāi)數據集上對比了現有圖神經網絡模型，實驗表明本文提出的NGAT模型具備更強的節點嵌入學習能力。

關鍵詞組：圖學習；半監督學習；節點分(fēn)類；注意力機制

A novel multiple-outlier-robust Kalman filter

Yulong HUANG, Mingming BAI, Yonggang ZHANG

DOI: 10.1631/FITEE.2000642 Downloaded: 4721 Clicked: 5706 Cited: 0 Commented: 0(p.422-437) <Full Text> <PPT> 344

Chinese summary <19> 一(yī)種新型多樣野值魯棒卡爾曼濾波器

黃玉龍，柏明明，張勇剛
哈爾濱工(gōng)程大(dà)學智能科學與工(gōng)程學院，中(zhōng)國哈爾濱市，150001
摘要：針對線性離(lí)散随機系統，提出一(yī)種新型多樣野值魯棒卡爾曼濾波器（MORKF）。首先提出一(yī)種新的多重統計相似度來衡量兩個随機向量各維度之間的相似性。然後，通過最大(dà)化基于多重統計相似度量的代價函數，得到所提出的MORKF。MORKF保證了叠代在弱約束下(xià)的收斂性，且本文從理論上分(fēn)析了近似誤差的有界性。給出了相似函數的選擇策略，并與現有魯棒方法進行比較。仿真結果驗證了該濾波器的優越性。

關鍵詞組：卡爾曼濾波；多重統計相似度量；多樣野值；定點叠代；狀态估計

Minimax Q-learning design for H_∞ control of linear discrete-time systems

Xinxing LI, Lele XI, Wenzhong ZHA, Zhihong PENG

DOI: 10.1631/FITEE.2000446 Downloaded: 4315 Clicked: 6526 Cited: 0 Commented: 0(p.438-451) <Full Text> <PPT> 374

Chinese summary <22> 線性離(lí)散時間系統H_∞控制的極小(xiǎo)極大(dà)Q-學習設計

李新興¹，奚樂樂^2,3，查文中(zhōng)¹，彭志(zhì)紅²
¹中(zhōng)國電子科技集團公司信息科學研究院，中(zhōng)國北(běi)京市，100086
²北(běi)京理工(gōng)大(dà)學自動化學院，中(zhōng)國北(běi)京市，100081
³鵬城實驗室，中(zhōng)國深圳市，518052
摘要：H_∞控制是一(yī)種消除系統擾動的有效方式，但是由于需要求解非線性哈密頓-雅克比-伊薩克斯方程，H_∞控制器往往很難得到，即便對于線性系統。本文考慮了線性離(lí)散時間系統的H_∞控制器設計問題。爲求解涉及的博弈代數黎卡提方程，在離(lí)線策略算法基礎上提出一(yī)種新型無模型極小(xiǎo)極大(dà)Q-學習算法，并證明離(lí)線策略叠代算法是求解博弈代數黎卡提方程的牛頓法。提出的極小(xiǎo)極大(dà)Q-學習算法采用離(lí)軌策略強化學習技術，利用行爲策略産生(shēng)的系統狀态數據，可實現對最優控制器和最佳幹擾策略的在線學習。不同于當前Q-學習算法，本文提出一(yī)種基于梯度的策略提高方法。證明在一(yī)定持續激勵條件下(xià)，對于初始可行的控制策略并結合合适學習率，提出的極小(xiǎo)極大(dà)Q-學習算法可收斂到鞍點策略。此外(wài)，算法收斂所需的持續激勵條件可通過選擇包含一(yī)定噪聲激勵的合适行爲策略實現，且不會引起任何激勵噪聲偏差。将提出的極小(xiǎo)極大(dà)Q-學習算法用于受負載擾動的電力系統H_∞負載頻(pín)率控制器設計，仿真結果表明，最終得到的H_∞負載頻(pín)率控制器具有良好抗幹擾性能。

關鍵詞組：H_∞控制；零和動态博弈；強化學習；自适應動态規劃；極小(xiǎo)極大(dà)Q-學習；策略叠代

Efficient normalization for quantitative evaluation of the driving behavior using a gated auto-encoder

Xin HE, Zhe ZHANG, Li XU, Jiapei YU

DOI: 10.1631/FITEE.2000667 Downloaded: 4095 Clicked: 5142 Cited: 0 Commented: 0(p.452-462) <Full Text> <PPT> 309

Chinese summary <19> 基于門控自編碼器的駕駛行爲量化評價标準化策略

何欣，張哲，許力，俞佳培
浙江大(dà)學電氣工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州市，310027
摘要：在評估駕駛風格時，對駕駛行爲的标準化至關重要。本文對車(chē)輛的縱向控制進行了研究。通過歸一(yī)化任務将不同環境中(zhōng)的駕駛行爲映射到統一(yī)條件下(xià)。前人工(gōng)作采用必要的駕駛員(yuán)模型進行駕駛循環測試；與這種基于模型的方法不同，我(wǒ)們提出的方法在遵循标準速度曲線時使用自動編碼器直接對駕駛行爲進行标準化。爲确保車(chē)速和駕駛行爲之間滿足正相關約束條件，在編碼器和解碼器之間設計了門控函數。所提方法無需模型且高效。測試結果驗證了該方法與已有方法的一(yī)緻性。同時，測試了其在駕駛行爲和燃料消耗分(fēn)析的定量評估中(zhōng)的應用。仿真結果驗證了所提方法的有效性。

關鍵詞組：駕駛行爲；标準化；門控自編碼器；定量評價

Sampling formulas for 2D quaternionic signals associated with various quaternion Fourier and linear canonical transforms

Xiaoxiao HU, Dong CHENG, Kit Ian KOU

DOI: 10.1631/FITEE.2000499 Downloaded: 4068 Clicked: 5178 Cited: 0 Commented: 0(p.463-478) <Full Text> <PPT> 476

Chinese summary <19> 基于四元數傅裏葉變換和線性正則變換的二維四元數信号采樣定理

胡曉曉¹，程冬²，高潔欣³
¹溫州醫科大(dà)學第一(yī)臨床醫學院（信息與工(gōng)程學院），中(zhōng)國溫州市，325000
²北(běi)京師範大(dà)學珠海分(fēn)校數學與數學教育研究中(zhōng)心，中(zhōng)國珠海市，519087
³澳門大(dà)學科技學院數學系，中(zhōng)國澳門
摘要：本文主要研究在不同形式四元數傅裏葉變換和線性正則變換下(xià)有限帶寬四元數函數的采樣定理。證明了有限帶寬四元數函數可通過它們的直接采樣或經過微分(fēn)和希爾伯特變換後的采樣重構。此外(wài)，讨論了不同形式變換下(xià)不同類型采樣公式之間的關系。首先，如果四元數函數有限帶寬區域是關于原點對稱的矩形區域，則不同形式四元數傅裏葉變換下(xià)四元數采樣公式具有相同形式；否則，采樣公式是不同的。其次，利用雙邊四元數傅裏葉變換和線性正則變換的關系，得到不同形式四元數線性正則變換下(xià)有限帶寬四元數函數采樣定理。再次，分(fēn)析了采樣公式的截斷誤差。最後，通過仿真展示采樣公式的應用。

關鍵詞組：四元數傅裏葉變換；四元數線性正則變換；采樣定理；部分(fēn)和總體(tǐ)四元數希爾伯特變換；部分(fēn)和總體(tǐ)廣義四元數希爾伯特變換；截斷誤差

Caustics of developable surfaces

Miklós HOFFMANN, Imre JUHÁSZ, Ede TROLL

DOI: 10.1631/FITEE.2000613 Downloaded: 3209 Clicked: 5477 Cited: 0 Commented: 0(p.479-487) <Full Text> <PPT> 349

Chinese summary <19> 可展曲面的焦散曲線

Miklós HOFFMANN^1,2, Imre JUHáSZ³, Ede TROLL¹
¹埃斯特爾哈茲大(dà)學數學與計算機科學學院，匈牙利埃格爾，3300
²德布勒森(sēn)大(dà)學計算機圖形與圖像處理系，匈牙利德布勒森(sēn)，4010
³米什科爾茨大(dà)學畫法幾何系，匈牙利米什科爾茨，3515
摘要：考慮來自點光源或無窮遠的光線經過某個鏡面曲面反射時，反射光線可産生(shēng)一(yī)個包絡，被稱爲焦散曲線。本文我(wǒ)們研究了鏡面曲面爲可展曲面的情形。這些具有顯式表達的焦散曲面也是可展曲面，并且與初始鏡面曲面類型相同。提供了高效的算法以找到3種可展曲面（錐面、柱面和空間曲線的切線面）的焦散面。此外(wài)，提供了焦散面在當代自由形式建築設計中(zhōng)的潛在應用。

關鍵詞組：焦散曲線；可展曲面；反射光線；回歸曲線

Interval type-2 fuzzy logic based radar task priority assignment method for detecting hypersonic-glide vehicles

Fanqing MENG, Kangsheng TIAN

DOI: 10.1631/FITEE.2000560 Downloaded: 4916 Clicked: 6229 Cited: 0 Commented: 0(p.488-501) <Full Text> <PPT> 401

Chinese summary <22> 探測高超聲速滑翔飛行器的區間二型模糊邏輯雷達任務優先級分(fēn)配方法

孟繁卿¹，田康生(shēng)²
¹預警學院研究生(shēng)大(dà)隊，中(zhōng)國武漢市，430019
²預警學院四系，中(zhōng)國武漢市，430019
摘要：針對相控陣雷達探測臨近空間高超聲速滑翔飛行器時的資(zī)源管理問題，設計了一(yī)種基于區間二型模糊邏輯系統的雷達任務優先級分(fēn)配方法。詳細闡述了雷達任務數學模型、高超聲速滑翔目标的運動模型和探測模型。将高超聲速滑翔飛行器的目标威脅劃分(fēn)爲機動威脅、速度威脅、方位威脅和距離(lí)威脅。此方法中(zhōng)，機動因子、速度、方位、距離(lí)和初始優先級爲輸入變量，雷達任務優先級爲輸出變量。爲減少模糊規則數、避免規則爆炸，設計了分(fēn)層結構的區間二型模糊邏輯系統。最後，通過仿真驗證該方法可行性。結果表明，基于區間二型模糊邏輯系統的任務優先級分(fēn)配方法具有更高的精确跟蹤率、平均初始優先級和目标威脅度以及更短的偏移時間。

關鍵詞組：高超聲速滑翔飛行器；相控陣雷達；區間二型模糊邏輯系統；優先級分(fēn)配

Correspondence

Correspondence: Monopulse transmitarray antenna fed by aperture-coupled microstrip structure

Na KOU, Shixing YU, Zhao DING, Zhengping ZHANG

DOI: 10.1631/FITEE.2000547 Downloaded: 3876 Clicked: 4852 Cited: 0 Commented: 0(p.502-510) <Full Text> <PPT> 400

Chinese summary <19> 基于孔徑耦合微帶結構饋電的單脈沖透射陣天線

寇娜^1,2,3，餘世星^1,2,3，丁召^1,2,3，張正平^1,2,3
¹貴州大(dà)學大(dà)數據與信息工(gōng)程學院，中(zhōng)國貴陽市，550025
²貴州省微納電子與軟件技術重點實驗室，中(zhōng)國貴陽市，550025
³半導體(tǐ)功率器件可靠性教育部工(gōng)程研究中(zhōng)心，中(zhōng)國貴陽市，550025
摘要：設計、加工(gōng)、并測試了一(yī)款X波段單脈沖透射陣天線，該天線由平面透射陣和饋源天線組成，其中(zhōng)饋源天線集成了基于孔徑耦合的微帶結構以及和差網絡。仿真和測試結果表明，所提單脈沖天線具有21.5 dBi主波束增益，副瓣電平值在−13.4 dB以下(xià)，交叉極化電平值小(xiǎo)于−20 dB。此外(wài)，和波束與差波束在E面和H面的增益比值分(fēn)别爲5.6 dB和4 dB。該天線具有重量輕、成本低等優點，有望用于低成本動中(zhōng)通系統。

關鍵詞組：孔徑耦合；單脈沖天線；微帶；透射陣列