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信息数学团队

发布者:   发布时间:2021-11-17   浏览数:

上世纪80年代初,著名数学家潘承洞院士开启了山东大学网络空间安全相关学科密码学的研究历程,经过近二十年的发展,在科研方面成绩斐然,取得了一批具有重要国际影响力的学术成果。由王小云院士带领的研究团队成功破解了两大国际通用Hash函数算法SHA-1MD5,产生重要国际影响,获得国家自然科学二等奖并入选国家自然基金成立二十周年巡礼20项研究成果之一;密码数学学科带头人、长江学者特聘教授和杰出青年基金获得者刘建亚教授带领的研究团队成功将高维自守形式应用到素数分布,取得重要突破,获国家自然科学二等奖,是1982年之后首个数论项目获奖。由王美琴教授承担的十二五国家密码发展基金项目获得国家密码科技进步一等奖(省部级)。成立于2007年的密码技术与信息安全教育部重点实验室,是国内唯一的专门从事密码理论与技术研究的教育部重点实验室,并于2011年和2017年两次通过教育部评估。王小云院士作为清华大学和山东大学双聘教授,进一步推动了山东大学与清华大学在密码领域的深度交叉。同时,依托山东大学和航天五院共建的航天密码与信息安全实验室,联合开展研究生培养工作,为国家航天事业输出信息安全优秀人才。近年来,实验室在国际顶级密码会议发表论文多篇,位居国内高校前列。

在通信领域和算法研发方面,中心团队从事无线通信基础理论研究,在信道建模、信息传输、无线资源管理以及智能通信等方面,取得了一系列具有原创性的研究成果,具体归纳如下:(1)建立一系列具有国际先进和国际领先水平的电波预测方法,其中在对流层散射通信、陆地移动通信和卫星移动通信等方面的六套方法已分别替代美国、英国和日本等国原有权威方法形成国际电信技术标准(国际电信联盟无线通信技术建议),广泛应用于国内外。(2)提出了三维联合映射空间调制新方案,解决了传统空间调制技术对发射天线数目限制的这一业界性难题,拓宽了高效三维信号调制的适用范围,丰富完善了无线传输链路设计理论体系;(3)构建了联合物理层、媒体接入层、应用层的跨层资源优化框架,提出了时延敏感性资源优化方案,并将其应用于视频传输领域,有效地提升媒体业务无线传输可靠性,形成一套完备的跨层传输理论,并撰写了我国首部跨层传输理论专著,填补了我国在该领域的研究空白。(4)首次提出了新型的波束空间调制与复用方案,刷新了基于少量射频链路的多天线通信领域信息传输频谱效率性能上界,并从理论上证明了该方案优于目前业界最优传输方案,拓展了多天线系统信息高效传输技术发展新方向;(5)结合自组网络实际,实现物理层和网络层的跨层优化,利用概率统计方法,系统设计了完成无线媒介入口控制、网络组织、链路调度和基础通信任务的分布式算法,有效实现了频谱空间复用,降低通信延迟,构建了自组网络动态组网和快速通信的理论和算法基础。(6)在分布式通信环境下,利用分布式计算理论和随机过程理论设计了解决强化学习中最为典型的多臂老虎机的分布式算法,充分利用节点之间的协同合作加速最优策略的选择,并将之用于多信道通信,取得了良好的应用效果。(7)创新性地利用计算几何方法研究无线传感器网络的边界检测、路由算法、传感器覆盖问题以及信道分配等经典基础问题,通过充分发掘大规模无线传感器网络的几何特征,针对具体问题构造相应的几何模型,突破了传统计算几何算法依赖全局信息并不适用于分布式无线传感器网络的不足,开创性地提出面向无线传感器网络的基于局部信息的分布式计算几何算法设计理论与方法,有效提升大规模无线传感器网络在能耗、资源利用效率、数据传输时延、系统鲁棒性和自适应性等方面的性能,为大规模无线传感器网络的实际部署和应用,奠定了理论基础并提供了技术支撑。

在数学理论和复杂网络方面,团队中闫桂英教授、王光辉教授、吴建良教授等人一直以来从事图理论及应用、复杂网络和组合优化等问题的研究工作,为通信与数学的结合奠定了坚实的基础,其中代表性的工作包括:(1)闫桂英教授在最小网络问题研究方面, 给出了60 度平面最小Steiner 树问题的所有Steiner 点的代点的最好上界。在图的边划分方面得到了一系列的深刻成果,推广和包含了该方面的几乎所有的前人的结论。(2)王光辉教授提出的彩色匹配的存在性问题成为该领域研究的热点问题被《Discrete Mathematics》主编West 作为REGS 的重要问题列出,引起众多图论学者的高度关注。在图的r-无圈边染色中,成功运用Entropy Compression 的方法渐进地解决了著名组合数学家和理论计算机学家Alon 提出的无圈边染色问题r 为偶数的情况(3)吴建良教授及其团队基于最大流方法提出了一种将网络划分的算法,无论在现实网络还是在人造网络中都能很好地识别两个子模块;同时研究了重叠模块中,重叠节点在网络传导中的重要作用,并提出一种基于模块结构的有效的网络传播算法。(4)在时序网络方面,团队提出一种基于信息收集的节点重要性框架。在此框架下,网络中每个节点都包含初始信息,随时间的演化各节点的重要性不断变化,可以用其邻域内节点来估计。基于这一框架,我们可以设计时序网络上的节点重要性指标,也可以利用该框架研究时间因素对网络中节点排序的影响。该工作为探索时间因素在大数据环境下对网络结构、功能等影响的相关研究提供了新的工具和思路。在符号网络方面,提出自回避修剪随机游走模型,并从理论和仿真上分析了网络的结构性质(包括度分布、度相关性、社团结构、结构平衡性等)对游走者行为的影响。

PI团队

(1)密码理论研究团队(PI:王小云):对称密码算法的新型分析模型

主要成员:王明强、孙秋梅、张玲、魏普文、王薇等。

2)网络安全研究团队(PI:王美琴):APT攻击、暗网、僵尸网络、移动互联网等检测、防御、溯源技术

主要成员:秦静、纪广华、朱冬梅、王志伟等。

3)信息安全应用研究团队(PI:周洪超):云计算、物联网、区块链等环境的安全需求,安全高效的新型公钥密码算法。面向安全的逆向方法、程序分析理论与方法、软件漏洞挖掘技术、各类网络设备抵御软件攻击的能力

主要成员:郑来波白智全周斌王洪君陈辉等。

(4) 网络基础理论与图神经网络研究团队(PI:王光辉):团队主要研究内容是网络基础理论及图神经网络在通信领域中的应用,包括对信道编码理论的分析;图深度嵌入问题组合优化中离散数据到连续数据的映射问题并求解在连续数据下的图优化问题;以及信道传输中高吞吐量的信息解码问题等。进一步从通信网络出发,结合复杂网络、随机图等数学模型,建立一套分析和处理通信中的寻址与路由等问题的图与网络基础理论;设计在无线网络中对设备部署、资源调度、和数据收集存储的算法。

主要成员:吴建良、颜谨、汲晨璐、谭蕾、曲存全等。

5)算法分析研究团队(PI:成秀珍):团队主要研究内容分布式处理系统,计算机网络和无线通信技术。设计社交网络中的分布式算法和各种系统中的安全和隐私保护算法和协议设计;同时利用物联网与边缘计算方法对智慧城市与“云端”协同技术进行探索。

主要成员:于东晓、陈竹敏、李峰、任昭春、张江华等。

6)通信理论研究团队(PI:张海霞):团队长期致力于研究团队从事无线通信基础理论研究,在信道建模、信息传输、无线资源管理以及智能通信等方面等。

主要成员:张明高、郭帅帅、戎晓霞、胡思煌等。

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