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Camellia密码算法S盒的量子电路优化
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作者 吕轶 罗庆斌 +1 位作者 李强 郑圆梦 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2024年第S01期1017-1022,共6页
S盒是Camellia密码算法重要的非线性组件。使用Toffoli门、CNOT门和NOT门构建Camellia密码算法S盒的量子电路。为了降低计算的复杂度,根据S盒的代数表达式,将有限域GF(2^(8))中的乘法求逆运算同构到GF((2^(4))^(2))的复合域中的运算,构... S盒是Camellia密码算法重要的非线性组件。使用Toffoli门、CNOT门和NOT门构建Camellia密码算法S盒的量子电路。为了降低计算的复杂度,根据S盒的代数表达式,将有限域GF(2^(8))中的乘法求逆运算同构到GF((2^(4))^(2))的复合域中的运算,构造出Camellia密码算法S盒的量子电路。在优化方面,将仿射矩阵、同构矩阵以及一组CNOT门对应的矩阵先进行乘法操作,再进行综合,使用DORCIS工具优化GF(2^(4))中乘法求逆的量子电路,运用W-Type算法优化矩阵运算的量子电路。最终得到的S盒的量子电路只需使用20个量子比特,52个Toffoli门、178个CNOT门和13个NOT门,Toffoli深度为40,电路深度为130。该量子电路的正确性通过IBM公司的Aer模拟器进行验证。相比于已有的结果,文中使用的量子资源有了进一步的减少。 展开更多
关键词 量子电路 camellia S盒 复合域
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对于5轮Camellia密码的Square攻击 被引量:3
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作者 贺也平 吴文玲 卿斯汉 《中国科学院研究生院学报》 CAS CSCD 2001年第2期177-180,共4页
讨论了Square方法对于Camellia密码的攻击 .结果表明 ,Square方法是攻击Camellia密码最有效的方法之一 .Camellia密码是欧洲NESSIE密码计划中 ,分组密码候选加密算法之一 .它是 1 2 8比特密码分组 ,支持 1 2 8、1 92和 2 5
关键词 分组密码 camellia密码 SQUARE攻击 ∧集 网络安全 加密算法 比特密钥
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S盒密码学指标自动评估系统设计与实现
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作者 冷永清 敖天勇 +2 位作者 邱昕 崔兴利 李邵石 《信息网络安全》 北大核心 2025年第7期1103-1110,共8页
针对分组密码核心部件S盒的密码学指标计算繁琐、低效且缺乏便捷的评估软件问题,文章提出一种S盒多项密码学指标的计算方法及快速求解算法和一种S盒分量布尔函数的代数正规型形式快速求解算法。基于这些计算方法,利用MFC/C++编程技术,... 针对分组密码核心部件S盒的密码学指标计算繁琐、低效且缺乏便捷的评估软件问题,文章提出一种S盒多项密码学指标的计算方法及快速求解算法和一种S盒分量布尔函数的代数正规型形式快速求解算法。基于这些计算方法,利用MFC/C++编程技术,文章设计并实现了一套S盒密码学指标快速评估软件。该软件能够自动计算S盒的非线性度、线性逼近优势、差分均匀性、代数次数、代数项数分布、雪崩特性、扩散特性、不动点个数等多项密码学指标,具有操作简便、评估全面等优点,能够有效减少评估S盒的工作量。 展开更多
关键词 信息安全 分组密码 S盒 密码学指标 评估系统
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基于代数关系的轻量级密码DEFAULT统计故障分析
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作者 李玮 秦梦洋 +2 位作者 谷大武 连晟 温云华 《软件学报》 北大核心 2025年第5期2270-2287,共18页
DEFAULT是于2021年亚洲密码学年会中提出的一种新型轻量级密码算法,适用于保护物联网中的微型芯片、微控制器和传感器等设备的信息安全.基于唯密文的基本假设,针对DEFAULT密码提出了一种基于代数关系的统计故障分析方法.该方法使用随机... DEFAULT是于2021年亚洲密码学年会中提出的一种新型轻量级密码算法,适用于保护物联网中的微型芯片、微控制器和传感器等设备的信息安全.基于唯密文的基本假设,针对DEFAULT密码提出了一种基于代数关系的统计故障分析方法.该方法使用随机半字节故障模型,通过对代数关系的构造分析并结合故障注入前后中间状态的统计分布变化来破译密码.此外,采用AD检验-平方欧氏距离(AD-SEI)、AD检验-极大似然估计(ADMLE)和AD检验-汉明重量(AD-HW)等新型区分器,最少仅需1344个故障即可以99%及以上的成功率破解该算法的128比特原始密钥.理论分析和实验结果表明,DEFAULT密码不能抵抗基于代数关系的统计故障分析的攻击.该研究为其他轻量级分组密码算法的安全性分析提供了有价值的参考. 展开更多
关键词 DEFAULT 轻量级密码系统 密码分析 统计故障分析 代数关系
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茶树‘大面白’线粒体基因组结构特征及其密码子偏好性分析
5
作者 尹明华 张牧彤 +3 位作者 徐子林 欧阳茜 王美暄 李文婷 《茶叶科学》 北大核心 2025年第1期61-78,共18页
茶树‘大面白’(Camellia sinensis cv.‘Damianbai’)是上饶市广信区自主培育的国家级品种,其线粒体基因组结构特征及密码子偏好性尚不清楚。以‘大面白’为试验材料,采用高通量测序技术对其线粒体全基因组进行测序、组装、注释,采用... 茶树‘大面白’(Camellia sinensis cv.‘Damianbai’)是上饶市广信区自主培育的国家级品种,其线粒体基因组结构特征及密码子偏好性尚不清楚。以‘大面白’为试验材料,采用高通量测序技术对其线粒体全基因组进行测序、组装、注释,采用生物信息学软件对其线粒体基因组的结构特征和密码子偏好性进行分析。结果表明,‘大面白’线粒体基因组全长886354 bp,结构为完整单环状分子,GC含量为45.76%;共注释到78个功能基因,包括41个蛋白质编码基因,33个tRNA基因,4个rRNA基因;共检测到59个SSR(主要为A/T单核苷酸重复)和100个Longrepeat(主要为正向重复和回文重复)。‘大面白’线粒体基因组密码子偏好性较弱,密码子偏好以A/U结尾,密码子使用偏好性主要受自然选择的影响,受内部突变压力的影响小;‘大面白’线粒体基因组的最优密码子为14个(AAU、GAU、CAU、UUU、AUU、GCU、GGA、ACU、GUU、CGA、UUA、UUG、UCA、UCU)。11个近缘物种的线粒体基因组在基因区与‘大面白’线粒体基因组具有高度同源性;‘大面白’线粒体基因组与‘凌云白毫’(ON782577)线粒体基因组的共线性最高,两者的基因排列顺序基本一致;‘大面白’线粒体基因组与其叶绿体基因组之间具有62个高度同源性的基因片段;‘大面白’与‘凌云白毫’单独聚成一小分支,两者亲缘关系较近。本研究分析了‘大面白’线粒体基因组序列特征及系统发育进化关系,为加强‘大面白’种质鉴定及其资源多样性的开发利用提供了参考依据。 展开更多
关键词 ‘大面白’ 线粒体基因组 结构特征 密码子偏好性
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面向人工智能的密码学未来发展思考 被引量:1
6
作者 冯登国 《密码学报(中英文)》 北大核心 2025年第1期I0001-I0002,共2页
人工智能(artificial intelligence,AI)技术和应用不断走进人类社会的生活与生产活动中,在给人类生活带来便利、提高生活质量与生产效率的同时,也带来了更加严重的安全问题.AI安全问题主要表现在三个方面:一是AI自身安全;二是AI应用引... 人工智能(artificial intelligence,AI)技术和应用不断走进人类社会的生活与生产活动中,在给人类生活带来便利、提高生活质量与生产效率的同时,也带来了更加严重的安全问题.AI安全问题主要表现在三个方面:一是AI自身安全;二是AI应用引发的安全;三是AI赋能安全.密码学与AI相互影响相互赋能,AI的发展和应用的确为密码学的创新发展提供了新动力和新场景,大大驱动了密码学(如安全多方计算、零知识证明、同态加密、新形态对称密码等)的发展和进步.但更为重要的是AI赋能密码学,一方面AI赋能密码攻击技术提升密码攻击的精准性、效率和成功率,例如,神经网络、机器学习、深度学习等AI技术可在大规模数据和复杂模型下提供高效的计算能力,从而威胁基于数学难题的密码系统;另一方面AI赋能密码设计和实现技术及应用场景提升密码防御的能力和性能,例如,深度学习等AI技术的非线性性和随机性有助于为密码系统生成随机密钥和初始向量,从而增强密码系统的安全性.关于密码学与AI的融合,在Springer出版社2023年出版的由大阪大学学者Zolfaghari B、北卡罗来纳大学学者Nemati H等联合编著的《Crypto and AI:From Coevolution to Quantum Revolution》一书中有更多的描述. 展开更多
关键词 人工智能 安全多方计算 设计和实现 零知识证明 数学难题 机器学习 深度学习 密码
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序列密码设计与分析发展趋势思考
7
作者 戚文峰 《密码学报(中英文)》 北大核心 2025年第4期I0001-I0002,共2页
序列密码是对称密码的重要分支.与分组密码相比,过去很长一段时间,序列密码的设计结构和设计模块缺乏标准化、安全性评估缺乏通用工具和准则,在很大程度上限制了序列密码的推广应用.在ASIACRYPT 2004的特邀报告中,Shamir分析了序列密码... 序列密码是对称密码的重要分支.与分组密码相比,过去很长一段时间,序列密码的设计结构和设计模块缺乏标准化、安全性评估缺乏通用工具和准则,在很大程度上限制了序列密码的推广应用.在ASIACRYPT 2004的特邀报告中,Shamir分析了序列密码影响力逐渐减弱而分组密码研究备受关注的现状及原因,同时指出序列密码应用的两个重点场景:资源受限的硬件环境和高速率的软件环境.之后的十年,序列密码设计与分析的发展主要围绕这两个方面的应用,例如欧洲eSTREAM序列密码征集项目及其后续影响.近十年,随着Sponge结构、认证加密、全同态密码的提出和发展,未来序列密码可能有更多的应用场景,并且序列密码设计与分析和分组密码、认证加密、Hash函数一体化的发展趋势越来越明显.面向未来十年,序列密码有以下四个值得关注的重要研究方向. 展开更多
关键词 安全性评估 序列密码 标准化 分组密码
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后量子公钥密码研究的问题与挑战
8
作者 胡磊 《密码学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期I0001-I0002,共2页
在密码应用中,由于对密钥尺寸和签名加密结果大小的限制性需求以及对清晰安全性论证的必备需要,那些基础困难问题简洁且研究充分的算法如RSA、ECC,被选择作为公钥密码应用标准.但这些标准算法不能抵抗即将到来的量子计算攻击,于是密码... 在密码应用中,由于对密钥尺寸和签名加密结果大小的限制性需求以及对清晰安全性论证的必备需要,那些基础困难问题简洁且研究充分的算法如RSA、ECC,被选择作为公钥密码应用标准.但这些标准算法不能抵抗即将到来的量子计算攻击,于是密码界不得不下大力气研究所谓的后量子密码。 展开更多
关键词 后量子公钥密码 量子计算攻击 RSA ECC
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桂牧一号杂交象草中烟草花叶病毒的鉴定及其密码子偏好性和遗传结构分析
9
作者 洪森荣 章雪丽 +1 位作者 林子贻 林道兴 《西南农业学报》 北大核心 2025年第6期1150-1161,共12页
【目的】明确桂牧一号杂交象草中的主要危害病毒种类及其病毒的发生和群体遗传结构,了解桂牧一号杂交象草该病毒的遗传变异机制。【方法】首先利用Illumina Hiseq 2500平台对桂牧一号杂交象草进行小RNA深度测序,然后利用大肠杆菌重组蛋... 【目的】明确桂牧一号杂交象草中的主要危害病毒种类及其病毒的发生和群体遗传结构,了解桂牧一号杂交象草该病毒的遗传变异机制。【方法】首先利用Illumina Hiseq 2500平台对桂牧一号杂交象草进行小RNA深度测序,然后利用大肠杆菌重组蛋白表达和RT-PCR技术对其病毒进行检测和鉴定,最后利用生物信息学软件对其病毒进行密码子偏好性的分析和群体遗传结构分析。【结果】桂牧一号杂交象草经小RNA测序检测出烟草花叶病毒;病毒蛋白的大肠杆菌重组表达和病毒基因的RT-PCR结果验证小RNA测序结果的可靠性;桂牧一号杂交象草烟草花叶病毒具有外壳蛋白、运动蛋白、带电蛋白等6个基因,基因总长度为11037 bp,基因平均长度为1839.5 bp,基因间区GC含量为43.35%;桂牧一号杂交象草烟草花叶病毒CP基因的密码子偏好性均较弱,偏好使用以A/T结尾;桂牧一号杂交象草烟草花叶病毒CP基因密码子偏好性的主要影响因素为自然选择,次要影响因素为内部压力;桂牧一号杂交象草烟草花叶病毒CP基因的最优密码子为6个(GAA、GCA、GCC、ACU、UUA和AGA),多以A、U结尾;桂牧一号杂交象草烟草花叶病毒CP基因与重庆烟草分离物Fengjie-1(HE818423.1和HE818424.1)CP基因的核苷酸和氨基酸序列一致性较高。重庆、广西、贵州、湖北、辽宁、四川、云南、韩国、德国、美国10个烟草花叶病毒群体分离物CP基因具有较高的遗传多样性水平,其中美国、韩国和湖北烟草花叶病毒的遗传多样性最高;10个烟草花叶病毒群体分离物CP基因错配曲线图的实际观测值均背离期望值,均出现锯齿状的峰形分布,均处于动态平衡状态,近期均无群体扩张事件;10个烟草花叶病毒群体分离物CP基因的遗传分化明显(F_(ST)>0.25),基因交流频繁(Nm>1);10个烟草花叶病毒群体分离物CP基因的dN/dS均远小于1。【结论】桂牧一号杂交象草烟草花叶病毒与重庆烟草分离物Fengjie-1(HE818423.1和HE818424.1)的亲缘关系较近,遗传漂变是引起烟草花叶病毒不同群体分离物CP基因遗传分化的主要原因。烟草花叶病毒群体分离物CP基因处于负向选择的压力之下,保守性较高,序列的遗传结构较为稳定。研究结果为桂牧一号杂交象草中烟草花叶病毒病的防控及其抗病育种提供一定的理论支持。 展开更多
关键词 桂牧一号杂交象草 烟草花叶病毒 小RNA深度测序 密码子偏好性 最优密码 遗传结构分析
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基于随机栅格的防欺骗多级别可视密码方案
10
作者 韩妍妍 周麟 黄晓雨 《信息安全研究》 北大核心 2025年第6期532-538,共7页
可视密码是通过将秘密图像分成n份共享图像实现加密、并通过叠加共享图像恢复图像的一种秘密共享图像技术.但是在其恢复秘密图像的过程中可能存在欺骗行为.针对这一问题,通过引入可信第三方,提出了一种基于随机栅格的防欺骗多级别可视... 可视密码是通过将秘密图像分成n份共享图像实现加密、并通过叠加共享图像恢复图像的一种秘密共享图像技术.但是在其恢复秘密图像的过程中可能存在欺骗行为.针对这一问题,通过引入可信第三方,提出了一种基于随机栅格的防欺骗多级别可视密码方案.方案在秘密分发和恢复的过程中均可对各级别的共享图像进行验证.实验结果显示,该方案可有效检验分发者和参与者是否存在欺骗行为,提高了方案实施过程中的安全性. 展开更多
关键词 可视密码 随机栅格 防欺骗 多级别 可信第三方
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新一代密码杂凑算法研究的问题与挑战
11
作者 吴文玲 《密码学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期I0001-I0002,共2页
密码杂凑算法作为最常用的数据完整性保护算法,广泛应用于数据完整性验证、数字签名、随机数生成等领域,是保障信息安全的基础性底层密码算法.为应对量子计算威胁,推动新一代商用密码算法标准制定,商用密码标准研究院将面向全球开展新... 密码杂凑算法作为最常用的数据完整性保护算法,广泛应用于数据完整性验证、数字签名、随机数生成等领域,是保障信息安全的基础性底层密码算法.为应对量子计算威胁,推动新一代商用密码算法标准制定,商用密码标准研究院将面向全球开展新一代公钥密码算法、密码杂凑算法、分组密码算法征集活动,遴选产生优胜算法,推动形成我国新一代商用密码算法标准.格公钥密码作为目前最有前景的后量子密码算法之一,需要调用密码杂凑算法产生伪随机数,密码杂凑算法的性能将直接影响格公钥密码算法的性能. 展开更多
关键词 密码杂凑算法 数字签名 数据完整性保护
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基于R-LWE密码体制的RFID三方认证协议
12
作者 邹同浩 《计算机应用与软件》 北大核心 2025年第4期353-357,380,共6页
针对现有大多数协议无法实现服务器、电子标签及读写器三方之间相互认证的缺陷,提出一种基于R-LWE(Learning with Errors over Ring)密码体制下可实现三方认证的协议。协议采用理想格对重要隐私信息进行加密,且加密同时混入不同随机数,... 针对现有大多数协议无法实现服务器、电子标签及读写器三方之间相互认证的缺陷,提出一种基于R-LWE(Learning with Errors over Ring)密码体制下可实现三方认证的协议。协议采用理想格对重要隐私信息进行加密,且加密同时混入不同随机数,既可保障隐私信息安全,亦可使得消息具备新鲜性和不确定性。对所设计协议进行安全性分析、基于GNY逻辑形式化证明、性能分析,结果表明该协议具备良好的安全要求、严谨的推理、性能优于其他对比协议。 展开更多
关键词 射频识别技术 三方认证 R-LWE密码 新鲜性 穷举攻击
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白蜡树FcF6′H1基因的密码子偏好性分析
13
作者 孙晓春 黄文静 李会容 《山西农业科学》 2025年第1期35-47,共13页
利用CodonW、EMBOSS在线程序分析白蜡树FcF6'H1基因的密码子偏好性,对芸香科、豆科、伞形科、木犀科以及模式植物拟南芥、烟草和番茄中F6'H1的基因密码子进行聚类分析、中性绘图、ENC-plot分析和PR2-plot偏倚分析,研究影响白蜡... 利用CodonW、EMBOSS在线程序分析白蜡树FcF6'H1基因的密码子偏好性,对芸香科、豆科、伞形科、木犀科以及模式植物拟南芥、烟草和番茄中F6'H1的基因密码子进行聚类分析、中性绘图、ENC-plot分析和PR2-plot偏倚分析,研究影响白蜡树FcF6'H1基因密码子偏好性形成的因素,通过FcF6'H1与模式生物的密码子使用频率比较获得最佳受体。结果表明,白蜡树FcF6'H1的GC、GC1、GC2、GC3和GC12含量分别为0.4312、0.5125、0.3490、0.4321和0.4308,CAI值为0.216,ENC值为57.84,表明白蜡树FcF6'H1基因的偏好性较弱;中性绘图、ENC-plot和PR2-plot偏倚分析结果表明,碱基突变和自然选择均会影响FcF6'H1密码子的偏好性;CDS进化树和RSCU值聚类分析结果不完全一致,但是均表明白蜡树FcF6'H1与木樨榄XM_023028611.1、XM_023036788.1、XM_023034893.1聚为一类,确定了F6'H1基因的6个最优密码子,分别是CUC、AUC、AAG、GAG、UCG和ACA;密码子使用频率分析表明,模式生物中番茄和烟草适合作为遗传转化受体,大肠杆菌表达系统适合作为FcF6'H1的异源表达载体。文章初步阐明了白蜡树FcF6'H1基因密码子的使用规律。 展开更多
关键词 白蜡树 FcF6'H1 密码子偏好性 ENC-plot PR2-plot 异源表达
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山铜材叶绿体基因组特征及密码子偏好性分析 被引量:1
14
作者 王晨璐 黄振北 +3 位作者 赖文峰 施国政 刘浩洋 张国防 《森林与环境学报》 北大核心 2025年第1期82-90,共9页
为揭示山铜材(Chunia bucklandioides)叶绿体基因组基本结构和蛋白编码信息,以及为未来研究山铜材的分子标记、基因工程和遗传多样性等提供参考,基于高通量测序数据对山铜材的叶绿体基因组全序列进行组装和分析。结果表明,山铜材叶绿体... 为揭示山铜材(Chunia bucklandioides)叶绿体基因组基本结构和蛋白编码信息,以及为未来研究山铜材的分子标记、基因工程和遗传多样性等提供参考,基于高通量测序数据对山铜材的叶绿体基因组全序列进行组装和分析。结果表明,山铜材叶绿体基因组总长度为159801 bp,呈典型的四分体结构,基因组的GC含量为38.1%,有效密码子数(ENC)为35.19~54.38,含131个编码基因,其中有80个蛋白编码基因,8个rRNA和37个tRNA,并鉴定出71个简单重复序列位点;根据中性绘图、有效密码子数绘图、偏倚性绘图分析表明,山铜材叶绿体基因组的蛋白编码基因在密码子选择过程中主要受自然选择的影响,更倾向于使用A、U碱基进行编码;相对密码子使用度>1的高频密码子有29个,其中有28个以A或U结尾,筛选出的8个最优密码子分别为GCU、GAU、GGA、AAU、CCU、AGA、UCA、ACA。山铜材叶绿体基因组的组装和分析揭示了其四分体结构、基因组成及密码子使用偏好性,明确了自然选择在密码子选择中的主导作用,并显示出对A、U结尾密码子的高度偏好。 展开更多
关键词 山铜材 叶绿体基因组 密码子偏好性 最优密码子筛选
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高能效格基后量子密码并行采样算法与硬件结构研究 被引量:1
15
作者 别梦妮 李伟 +3 位作者 付秋兴 陈韬 杜怡然 南龙梅 《电子学报》 北大核心 2025年第2期420-430,共11页
在后量子密码高速演进的过程中,为兼顾灵活性与高效性的需求,本文面向多种格基后量子密码算法提出了一款并行可重构的采样加速器.本文结合数学推导分别提出了7种采样的高效并行实现模型,并从中提炼了4种共同运算逻辑.以这4种共同运算逻... 在后量子密码高速演进的过程中,为兼顾灵活性与高效性的需求,本文面向多种格基后量子密码算法提出了一款并行可重构的采样加速器.本文结合数学推导分别提出了7种采样的高效并行实现模型,并从中提炼了4种共同运算逻辑.以这4种共同运算逻辑为核心,引入数据重排限制运算数据的有效位宽,提高了拒绝采样的接受率并简化了运算逻辑,提出了一种高能效的可重构并行采样算法.为提升采样算法的硬件实现效能,本文采用蝴蝶变换网络在单个时钟周期内完成任意有效位宽数据的并行切分、归并与查找,高效实现了算法前后处理的并行化,构建了参数化的并行可重构采样加速器架构模型,结合实验探索,提出了一款数据带宽为1 024 bit的并行可重构采样加速器.实验结果表明,使用40 nm CMOS工艺库,在ss、125℃工艺角条件下进行后仿,电路最高工作频率可达到667 MHz,平均功耗为0.54 W.完成256点均匀采样需6 ns,完成256点拒绝值小于216的拒绝采样平均仅需22.5 ns,完成256点8 bit以内的二项采样需18 ns,完成509点简单三值采样需36 ns,完成701点非负相关三值采样需124.5 ns,完成509点固定权重三值采样需11.18μs,完成一次Falcon算法中的离散高斯采样需3 ns.与现有研究相比,本文提出的采样器完成一次均匀-拒绝采样的能耗值降低了约30.23%,完成一次二项采样的能耗值降低了约31.6%. 展开更多
关键词 后量子密码算法 采样器 高能效 可重构
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紫叶苔(Pleurozia purpurea)线粒体基因组密码子偏好性分析 被引量:2
16
作者 杜梦雪 张鑫 +3 位作者 高洁 毕胜 郝杰威 张莉娜 《河北科技大学学报》 北大核心 2025年第1期91-99,共9页
为了丰富对紫叶苔属遗传基础的认识,探究了紫叶苔([WTBX]Pleurozia purpurea)线粒体基因组密码子使用的偏好性及其影响因素。首先,基于完整紫叶苔线粒体基因组筛选蛋白编码序列;然后,利用CodonW、EMBOSS explorer计算各基因的GC含量、... 为了丰富对紫叶苔属遗传基础的认识,探究了紫叶苔([WTBX]Pleurozia purpurea)线粒体基因组密码子使用的偏好性及其影响因素。首先,基于完整紫叶苔线粒体基因组筛选蛋白编码序列;然后,利用CodonW、EMBOSS explorer计算各基因的GC含量、有效密码子数(ENC)、密码子适应指数(CAI)和同义密码子相对使用度(RSCU)等指标;最后,采用R软件进行参数间的相关性分析并绘图。结果表明:1)从紫叶苔线粒体基因组中筛选出31条蛋白编码序列,平均GC含量和密码子第3位碱基的GC含量分别为38.17%和32.28%,ENC和CAI平均值为50.29、0.17,表明密码子偏好使用以A/U结尾的碱基,且密码子偏好性较弱;2)ENC分别与GCall、GC3以及基因编码氨基酸的长度呈极显著正相关,表明GC含量和基因的长度对密码子的偏好有显著影响;3)中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析表明,突变压力和自然选择等因素共同塑造了密码子的使用偏好性,其中突变是最主要的影响因素;4)筛选出23个最优密码子,多数以A/U结尾。因此,紫叶苔线粒体基因组密码子偏好性较弱,除了主要受突变压力影响外,还受到自然选择、碱基组成和基因长度等因素的影响,研究结果可为苔藓植物线粒体基因组的进化研究提供参考。 展开更多
关键词 分子遗传学 紫叶苔属 密码子偏好性 线粒体基因组 最优密码
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‘白毫早’叶绿体与线粒体基因组密码子偏好性分析
17
作者 曾文娟 刘珊 +4 位作者 文聪 张其湘 黄静 龚意辉 陈致印 《茶叶科学》 北大核心 2025年第4期587-603,共17页
密码子使用偏好性作为基因表达调控与分子进化的关键驱动机制,在植物细胞器基因组演化中具有重要生物学意义。以茶树品种‘白毫早’(Camellia sinensis cv.‘Baihaozao’)为对象,系统解析其叶绿体(52个基因)与线粒体(29个基因)基因组的... 密码子使用偏好性作为基因表达调控与分子进化的关键驱动机制,在植物细胞器基因组演化中具有重要生物学意义。以茶树品种‘白毫早’(Camellia sinensis cv.‘Baihaozao’)为对象,系统解析其叶绿体(52个基因)与线粒体(29个基因)基因组的密码子使用模式及进化驱动力。结果表明:(1)叶绿体基因组平均有效密码子数(ENC=44.57±4.59)显著低于线粒体基因组(ENC=51.87±5.31),两者均呈现弱偏好性特征。中性分析揭示,叶绿体偏好性主要由自然选择主导(GC3s与ENC相关性R^(2)=0.016),而线粒体则受自然选择与突变压力协同调控(R^(2)=0.11),与双子叶植物细胞器基因组的进化约束差异规律一致。(2)相对同义密码子使用度(Relative synonymous codon usage,RSCU)分析表明,两类细胞器基因组均显著偏好以A/U结尾的同义密码子,其中叶绿体高表达基因(如ndhA、rps14)表现出更强的A/U末端偏好性,暗示翻译选择对高表达基因的优化作用。(3)通过多变量统计筛选,确定18个叶绿体最优密码子(GCA、GCU等)及18个线粒体最优密码子(GCA、AGA等),其中GCA在两类细胞器中均被优选,显示跨细胞器功能基因的适应性趋同。本研究阐明了‘白毫早’细胞器基因组密码子使用特征的异质性及其进化驱动力,为茶树分子育种中外源基因的适配性优化及跨细胞器表达调控网络的构建提供了理论依据。 展开更多
关键词 白毫早 叶绿体基因组 线粒体基因组 密码子使用偏好性 最优密码
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‘槠叶齐’叶绿体与线粒体基因组密码子偏好性分析
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作者 曾文娟 朱友鹏 +4 位作者 陈嘉欣 李洪玉 王双辉 龚意辉 陈致印 《茶叶科学》 北大核心 2025年第2期201-218,共18页
密码子使用偏好性作为基因表达调控与分子进化的重要驱动力,在植物细胞器基因组研究中具有特殊意义。‘槠叶齐’(Camellia sinensis cv.‘Zhuyeqi’)作为中国重要的茶树品种,其细胞器基因组密码子使用模式尚未见系统报道。本研究对‘槠... 密码子使用偏好性作为基因表达调控与分子进化的重要驱动力,在植物细胞器基因组研究中具有特殊意义。‘槠叶齐’(Camellia sinensis cv.‘Zhuyeqi’)作为中国重要的茶树品种,其细胞器基因组密码子使用模式尚未见系统报道。本研究对‘槠叶齐’52个叶绿体编码基因和29个线粒体编码基因开展系统生物学分析。结果表明:(1)‘槠叶齐’叶绿体基因组(ENC=44.64±3.25)和线粒体基因组(ENC=51.98±3.47)均呈现弱密码子偏好性,其中叶绿体偏好性主要受自然选择驱动(GC3s与ENC相关性R2=0.482),而线粒体受自然选择与突变压力共同作用(R2=0.312);(2)相对同义密码子使用度(RSCU)分析揭示两个细胞器基因组均显著偏好以A/U结尾的同义密码子,其中叶绿体基因组高表达基因(rpoC2、psbA等)呈现更强的密码子偏好;(3)通过多参数筛选获得20个叶绿体最优密码子(GCA、GCU等)和23个线粒体最优密码子(GCC、AGG等)。本研究阐明了‘槠叶齐’细胞器基因组密码子使用特征及其进化驱动力,为茶树分子育种体系优化和外源基因高效表达提供了重要理论依据。 展开更多
关键词 槠叶齐 叶绿体基因组 线粒体基因组 密码子使用偏好性 最优密码
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小果油茶与越南油茶中叶绿体基因组密码子偏好性
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作者 张菲菲 朱艳 韩长志 《北京林业大学学报》 北大核心 2025年第4期37-49,共13页
【目的】研究小果油茶和越南油茶中叶绿体基因组密码子的使用模式,分析并揭示两个物种密码子使用偏好性产生的原因,明确两个物种叶绿体基因组中的最优密码子,为油茶基因组研究和良种培育提供理论依据。【方法】运用Codon W 1.4.2和在线... 【目的】研究小果油茶和越南油茶中叶绿体基因组密码子的使用模式,分析并揭示两个物种密码子使用偏好性产生的原因,明确两个物种叶绿体基因组中的最优密码子,为油茶基因组研究和良种培育提供理论依据。【方法】运用Codon W 1.4.2和在线软件CUSP、MEGA软件等,分析筛选后的小果油茶和越南油茶各52条CDS序列,获得相对同义密码子使用度(RSCU)、有效密码子数(ENC)、密码子适应指数(CAI)、GC碱基含量等参数,再进行相关性分析、中性绘图分析、ENC-plot分析和PR2-plot偏倚分析,并通过RSCU、△RSCU预测两物种高频、高表达的最优密码子。【结果】(1)小果油茶GC含量、ENC和CAI值分别为37.49%、48.561、0.158,越南油茶GC含量、ENC和CAI值分别为37.50%、48.529、0.160,小果油茶中GC_(1)(45.81%)>GC_(2)(38.00%)>GC_(3)(28.64%),越南油茶中GC_(1)(45.88%)>GC_(2)(38.02%)>GC_(3)(28.59%),两物种密码子中GC分布不均,均呈现出偏好首位的特点。(2)小果油茶和越南油茶中分别有23和11个最优密码子,其中分别有22和11个密码子以A或U结尾,表明最优密码子第3位偏好A/U。(3)小果油茶与越南油茶的ENC值分布均在35.64~61.00之间,且均值相差不大,表明两个油茶品种在密码子的使用上有一定的相似性。(4)中性绘图分析、ENC-plot分析和PR2-plot分析表明:两个油茶物种中叶绿体基因组密码子偏好性主要受到自然选择的影响。【结论】小果油茶和越南油茶叶绿体基因组密码子碱基使用偏好性不强,且偏好性主要受到自然选择的影响。小果油茶有23个最优密码子,越南油茶有11个最优密码子,研究结果为进一步探索油茶基因组和良种培育提供理论依据和数据支撑。 展开更多
关键词 小果油茶 越南油茶 叶绿体基因组 密码子偏好性 最优密码
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茶树品种白毫早叶绿体基因组结构特征及其密码子偏好性分析
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作者 曾文娟 周伟 +3 位作者 何诗恬 贺宁 龚意辉 陈致印 《江苏农业学报》 北大核心 2025年第7期1398-1411,共14页
本研究首次解析了茶树品种白毫早(Camellia sinensis cv.Baihaozao)的完整叶绿体基因组特征。采用Illumina高通量测序技术对白毫早的叶绿体基因组进行从头组装,并借助Geneious平台进行基因注释及微卫星标记检测。同时基于IRscope工具实... 本研究首次解析了茶树品种白毫早(Camellia sinensis cv.Baihaozao)的完整叶绿体基因组特征。采用Illumina高通量测序技术对白毫早的叶绿体基因组进行从头组装,并借助Geneious平台进行基因注释及微卫星标记检测。同时基于IRscope工具实现基因组结构的可视化分析。在密码子使用偏好性评估中,综合采用相对同义密码子使用度(RSCU)、有效密码子数(ENC)及中性绘图法系统解析密码子选择模式及其演化驱动力。结果表明,白毫早茶树叶绿体基因组是总长度为157025 bp的典型四分体环状结构,含有大小为86586 bp的大单拷贝区(LSC)、18277 bp的小单拷贝区(SSC)及1对大小各为26081 bp的反向重复序列(IR)区域;全基因组的G+C含量为37.30%,其中IR区域的G+C含量最高(42.95%),SSC区域的G+C含量最低(30.55%)。白毫早的叶绿体环状基因组共注释了133个功能基因,包括87个蛋白质编码基因、37个转运核糖核酸(tRNA)基因、8个核糖体核糖核酸(rRNA)基因及1个假基因,基因中内含子与外显子的分布呈现显著差异,如trnK-UUU的内含子最大,为2488 bp,ycf2的外显子最长,为6897 bp。此外,本研究检测到247个简单重复序列(SSR)位点,其中单核苷酸重复占比较高(占比为63.56%),且表现出明显的A/T偏好性(97.45%);本研究鉴定出40个长重复序列,包含20个正向重复序列、20个回文重复序列。密码子偏好性分析结果显示,密码子第3位碱基中G+C的平均含量(GC_(3)值)(27.59%)显著低于密码子第1位碱基中G+C的平均含量(GC_(1)值)(46.85%)、密码子第2位碱基中G+C的平均含量(GC_(2))(39.50%)。ENC的均值为44.57,表明密码子的偏好性较弱。中性回归分析结果显示,校正决定系数(R_(adj)^(2))=0.0160,自然选择是起主导作用的进化动力(贡献率为91.47%)。90%最优密码子以A/T结尾,这一特征与通过奇偶规则2(PR2)分析得出的密码子第3位的G含量(G_(3))>密码子第3位碱基中的C含量(C_(3))、密码子第3位的T含量(T_(3))>密码子第3位的A含量(A_(3))的偏好性结果一致。基于31个保守蛋白质编码基因构建系统发育树,结果显示,白毫早茶树与福鼎白毫茶树形成高支持的分支[自举值(bootstrap)=100%],属于山茶属核心类群。本研究结果为茶树遗传资源评价及叶绿体基因组进化机制的研究提供了参考。 展开更多
关键词 茶树 叶绿体基因组 密码子偏好性 最优密码
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