PIBG Toolkit:一个笔式界面工具箱的分析与设计

PIBG Toolkit是一个基于PIBG交互范式构造而成的笔式应用开发平台:PIBG Toolkit中包含了纸、框等多种交互组件，定义了纸、框和内容三个层次之间的静态结构和动态机制: 开发者开发笔式交互系统时，可以用PIBG Toolkit来建立整体的软件框架和交互机制，并有选择地在系统中添加Toolkit中所提供的交互组件.这样，开发者的精力将会集中在应用领域的内容上.目前，基于该平台已经开发出多个具有很好应用前景的笔式应用系统.

co-creativepen toolkit: a pen-based 3d toolkit for children cooperatly designing virtual environment

Co-CreativePen Toolkit is a pen-based 3D toolkit for children cooperatly designing virtual environment. This toolkit is used to construct different applications involved with distributedpen-based 3D interaction. In this toolkit,sketch method is encapsulated as kinds of interaction techniques. Children can use pen to construct 3D and IBR objects, to navigate in the virtual world, to select and manipulate virtual objects, and to communicate with other children. Children can use pen to select other children in the virtual world, and use pen to write message to children selected The distributed architecture of Co-CreativePen Toolkit is based on the CORBA. A common scene graph is managed in the server with several copies of this graph are managed in every client.Every changes of the scene graph in client will cause the change in the server and other client.

基于GEANT4的CsI(Tl)闪烁体探测器的Monte Carlo模拟；Monte Carlo Simulation of CsI(Tl) Scintillator Detector with GEANT4 ToolKit

对闪烁光在晶体内的传输以及光电子倍增过程进行了建模,基于GEANT4软件包对CsI(T1)闪烁体探测器进行了蒙特卡罗模拟,得到了不同形状、尺寸和包装的CsI(Tl)晶体测量γ射线的能谱。对比模拟和测试结果,两者得到了很好的符合,从而验证了模拟参数的合理性和可靠性。该模拟程序的建立为闪烁体探测器的设计提供了更精确的开发工具。

The Application of Toolkit of Optimization in Designs of Accelerator Magnets

The traditional design of accelerator magnet usually involves many time consuming iterations of the manual analysis process. A software platform to do these iterations automatically is proposed in this paper. In this platform, we use DAKOTA (a open source software developed by Sandia National Laboratories) as the optimizing routine, which provides a variety of optimization methods and algorithms, and OPERA (software from Vector Fields) is selected as the electromagnetic simulating routine. In this paper, two examples of designs of accelerator magnets are used to illustrate how an optimization algorithm is chosen and the platform works.

Genome-wide SNP and haplotype analyses reveal a rich history underlying dog domestication

Advances in genome technology have facilitated a new understanding of the historical and genetic processes crucial to rapid phenotypic evolution under domestication(1,2). To understand the process of dog diversification better, we conducted an extensive genome-wide survey of more than 48,000 single nucleotide polymorphisms in dogs and their wild progenitor, the grey wolf. Here we show that dog breeds share a higher proportion of multi-locus haplotypes unique to grey wolves from the Middle East, indicating that they are a dominant source of genetic diversity for dogs rather than wolves from east Asia, as suggested by mitochondrial DNA sequence data(3). Furthermore, we find a surprising correspondence between genetic and phenotypic/functional breed groupings but there are exceptions that suggest phenotypic diversification depended in part on the repeated crossing of individuals with novel phenotypes. Our results show that Middle Eastern wolves were a critical source of genome diversity, although interbreeding with local wolf populations clearly occurred elsewhere in the early history of specific lineages. More recently, the evolution of modern dog breeds seems to have been an iterative process that drew on a limited genetic toolkit to create remarkable phenotypic diversity.

Gnomon 分布式密码计算环境设计与实现

随着网络技术和信息技术的飞速发展，互联网环境下的安全问题越来越受到 政府、军事和商业部门的重视。密码技术是信息安全的核心技术，密码算法的设 计和实现一直是信息安全学界的重要研究内容。近年来，随着计算技术和网络的 飞速发展，计算工具和模式发生了变化，出现了分布式计算、网格计算和云计算 等新技术。在国内外已经分别采取过大型机、并行计算和分布式计算等方式来提 高密码计算的速度。采用新技术来设计和实现新的密码计算平台，对密码算法的 设计、分析以及应用有重要意义。分布式计算和网格计算在信息安全领域中的应 用是本文的主要研究内容。 首先，通过分析密码计算和网格计算的特点，确定了本文的研究目标，即构 建一个通用的、高效的、可扩展的、可移植的分布式计算环境。其次，分析研究 目标的特点以及遇到的问题，详细讨论系统所采用解决方案的特点及优势。在系 统分析设计的基础上，基于Globus Toolkit 和SWT/JFace 工具包，对Gnomon 分 布式密码计算环境进行了实现，并详细介绍了各个模块的功能。最后，设计和实 现了两个问题实例：大整数因子分解和Rainbow 攻击。针对问题实例，进行了多 组实验，并给出了相应的实验结果和分析。 Gnomon 分布式计算环境为密码的分布式计算提供支持，其易用性和可扩展 性为密码分析和设计人员带来了方便。本文研究成果推动了分布式密码计算的研 究与发展。

并行计算模型参数动态分析软件包设计

并行计算模型的发展引入越来越多的模型参数。对并行计算模型参数动态采集分析软件包DEMPAT的整体框架进行研究,实现基于硬件性能计数器的存储层次参数采集模块。实验表明,该模块能够准确快速地获取存储层次参数且具有较好的可移植性。

能量分析攻击有效性评估技术研究

侧信道攻击是密码分析研究的一个重要分支。研究实践表明，即使密码算法在数学意义下是安全的，不恰当的任何实现所泄漏的侧信道信息仍会导致严重的安全隐患。能量分析攻击就是这样一种功能强大的典型侧信道攻击。这种攻击方法实际效果显著，受到广泛关注，迅速成为侧信道攻击领域的研究热点问题。本文对能量分析攻击有效性评估的基础方法和关键技术进行研究，旨在通过评估能量分析攻击的有效性来认识能量分析攻击的严重威胁，进而为密码系统的设计和分析提供必要的基础方法和支撑工具。本文的主要贡献如下： 第一、给出了高斯区分器的形式化定义，刻画了两个典型区分器的统计特性；提出了区分度量化度量指标，用以评估一类典型差分能量分析攻击的有效性。区分器是差分能量分析攻击中不可或缺的关键部件，它在很大程度上决定了能量分析攻击的有效性。为刻画区分器的统计特性，提出了高斯区分器的概念，给出了相应的形式化定义，并研究了两类典型区分器的实际特性；基于高斯区分器提出度量指标区分度，可以方便地对典型差分能量分析攻击的有效性进行量化度量，部分解决了已有同类度量指标应用困难的问题。最后,论文通过大量的模拟实验，验证了这种刻画方式和度量方法的合理性与可行性。 第二、基于对典型能量分析攻击进行模拟分析和评估研究工作的客观需要，设计了一个通用的差分能量分析攻击框架，研制出一个可扩展的DPA模拟分析工具集DPA Toolkit。该工具集支持基于均值差检验、皮尔逊相关系数、贝叶斯决策等典型区分器的DPA模拟攻击，并且可以对相关模拟攻击结果进行初步评估，为密码模块抵御能量分析攻击能力评估提供了一种基础技术支撑工具，亦为进一步研制侧信道攻击与评估综合实验平台提供借鉴。

一种网格环境下的密码计算模型

由于密码学和信息安全领域的许多问题最终都被转化为一个耗时的计算,其中许多计算需要利用多台异构的和地理分布的计算机协同,才能有效完成.密码算法的设计、分析和应用对于计算环境敏感,且依赖性较强,不同类型的算法和算法的不同实现模式对计算环境要求差异很大,而且到目前为止还不存在一种通用的分布式密码计算模型.为此,本文根据密码计算本身的需求,首先分别分析了密码算法设计、分析和应用的目标和特征,提出了相应的计算模式,给出了一种网格环境下的通用密码计算模型.进而讨论了密码计算任务分割策略,资源分配和负载平衡问题.最后给出了网格环境Globus Toolkit下的模型构架、实现与实验结果.

协作笔式用户界面开发工具研究

笔式用户界面是一种重要的Post-WIMP(window icon menu pointer)界面,它给用户提供了自然的交互方式.然而,当前的笔式用户界面工具箱大多是面向单用户任务的,不能很好地支持协作应用场景.通过对笔式交互特征和协作环境功能需求的分析,设计并实现了一个工具箱CoPen Toolkit,用于支持协作笔式用户界面的开发.它提供了灵活的架构和可扩展的组件,支持笔迹描述、事件处理和网络协作等功能.基于CoPen Toolkit,构造了多个原型系统,实践表明,它能够很好地支持协作笔式用户界面的开发.

面向虚拟装配的三维交互平台

针对当前装配领域的特点 ,提出一个面向虚拟装配的三维交互平台 (Virtual Assem bly Toolkit,VAT) .VAT中包含了新的三维交互思想 ,定义了装配领域中常用的三维交互原语 ,设计和实现了交互原语的捕获、解释和处理框架 .同时 ,VAT封装了三维图形构造、零件间的约束和碰撞检测等功能 .VAT可以大大简化虚拟装配应用的构造 ,便于应用的快速生成

Gnomon分布式密码计算环境设计与实现

随着网络技术和信息技术的飞速发展，互联网环境下的安全问题越来越受到政府、军事和商业部门的重视。密码技术是信息安全的核心技术，密码算法的设计和实现一直是信息安全学界的重要研究内容。近年来，随着计算技术和网络的飞速发展，计算工具和模式发生了变化，出现了分布式计算、网格计算和云计算等新技术。在国内外已经分别采取过大型机、并行计算和分布式计算等方式来提高密码计算的速度。采用新技术来设计和实现新的密码计算平台，对密码算法的设计、分析以及应用有重要意义。分布式计算和网格计算在信息安全领域中的应用是本文的主要研究内容。 首先，通过分析密码计算和网格计算的特点，确定了本文的研究目标，即构建一个通用的、高效的、可扩展的、可移植的分布式计算环境。其次，分析研究目标的特点以及遇到的问题，详细讨论系统所采用解决方案的特点及优势。在系统分析设计的基础上，基于Globus Toolkit和SWT/JFace工具包，对Gnomon分布式密码计算环境进行了实现，并详细介绍了各个模块的功能。最后，设计和实现了两个问题实例：大整数因子分解和Rainbow攻击。针对问题实例，进行了多组实验，并给出了相应的实验结果和分析。 Gnomon分布式计算环境为密码的分布式计算提供支持，其易用性和可扩展性为密码分析和设计人员带来了方便。本文研究成果推动了分布式密码计算的研究与发展。

并行计算模型参数动态采集分析软件工具包DEMPAT的设计初探

根据目标平台体系结构尤其是存储系统组织结构的差异，并行计算模型可以分成三代：共享存储并行计算模型、分布存储并行计算模型和层次存储并行计算模型。并行计算模型从第一代发展到第三代的过程中引入了越来越多的模型参数，而且随着处理器与存储系统之间速度差的不断增大，把存储层次引入并行计算模型成为一个新的发展趋势。这在提高模型分析精确度的同时也导致了模型的分析工作越来越复杂，因此有必要设计一个能够对并行计算模型参数进行半自动的获取和分析工具包，以便辅助模型分析工作。 本文首先介绍并行计算模型的发展过程和每个模型涉及到的模型参数，在此基础上提出了我们的并行计算模型参数动态采集分析软件工具包（DEMPAT）及其整体框架，并对现有的基准测试工具进行了简要介绍。我们着重分析了存储层次参数采集模块的设计理论和方法，实现了基于PAPI的高速缓存和TLB参数采集工具，并在主流的平台上进行了相关实验。另外我们采集了两种三角矩阵求逆算法的动态访存行为和浮点运算次数，揭示了存储访问复杂性对算法性能的影响。从实验结果可以看出我们的采集工具具有较好的可用性和精确性，可以作为并行计算模型参数动态采集分析工具中一个重要的组成部分。

自动微分程序设计及在PETSc中的集成与应用

大规模科学计算已经广泛应用在气象、海洋、化学、生物医药、电子工程等领域。科学计算软件的开发是科学计算的关键环节。开发一个具有良好可靠性的计算工具，并与大型计算工具箱集成而完成大规模、复杂实际问题的计算，具有重要意义。 PETSc（Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation）是国际流行的科学计算工具箱，它可用于偏微分方程的求解及相关的高性能计算问题。本文分析了PETSc的主要功能、结构与特色，并剖析了其核心组件，包括向量、矩阵、线性方程组求解器KSP、非线性求解器SNES等。 自动微分是计算函数导数的重要方法，它可以应用在最优化问题的实际计算中。在PETSc中提供了ADIC、ADIFOR等自动微分软件包的接口。本文分析了自动微分计算函数一阶导数的切线性模式与伴随模式的基本原理，介绍了现有的自动微分软件的情况，特别是ADIC的开发及其与PETSc的接口。 DTC（Differentiation Transforming System in C）是针对C语言自动微分工具，用于生成切线性模式。DTC生成的切线性代码可用于计算雅可比矩阵-向量乘积等。本文详细介绍了DTC系统的设计及关键技术，包括编译技术、输入/输出（IO）相关分析等。针对PETSc的复杂数据结构，开发了DTC与PETSc的接口，将两者集成，并应用在求解二维全球正压大气浅水波方程中。最后给出了DTC系统的相关测试结果。