【太長(zhǎng)不看】(TLDR) ：本文是DARPA系列項(xiàng)目分析的最后一期。本系列展示了100個(gè)DARPA目前正在投資的項(xiàng)目，盡管覆蓋不完整，但希望大家能從中發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律，有助于我們當(dāng)下科研項(xiàng)目的方向選擇，至少可以在某種程度的借鑒。本期了解的10個(gè)項(xiàng)目分別是：CDMaST (跨域海上監(jiān)視和目標(biāo)定位) 、CASTLE (安全測(cè)試和學(xué)習(xí)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)代理)、CASE（嵌入式系統(tǒng)安全）、CHASE (大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)狩獵) 、DPRIVE (虛擬環(huán)境中的數(shù)據(jù)保護(hù)) 、D3M (數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型發(fā)現(xiàn)) 、DRACO（敏捷地月行動(dòng)示范火箭）、DIGETs (使用基因編輯技術(shù)檢測(cè)) 、DRBE (數(shù)字射頻戰(zhàn)場(chǎng)仿真器)、DODOS (直接片上數(shù)字光合成器)。

關(guān)聯(lián)回顧

聊聊美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局正在投資的項(xiàng)目(一)

聊聊美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局正在投資的項(xiàng)目(二)

聊聊美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局正在投資的項(xiàng)目(三)

聊聊美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局正在投資的項(xiàng)目(四)

現(xiàn)實(shí)版的天網(wǎng)計(jì)劃——美國(guó)國(guó)防部的“天使基金”在投什么項(xiàng)目？（五）

植物傳感器、細(xì)菌防腐涂層——美國(guó)國(guó)防部的“天使基金”在投什么項(xiàng)目？（六）

萬(wàn)物自動(dòng)化——美國(guó)國(guó)防部的“天使基金”在投什么項(xiàng)目？（七）

太空生存——美國(guó)國(guó)防部的“天使基金”在投什么項(xiàng)目？（八）

下一代飛機(jī)——美國(guó)國(guó)防部的“天使基金”在投什么項(xiàng)目？（八）

在本系列的第一篇我們對(duì)美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）做了一個(gè)簡(jiǎn)短的介紹。

DARPA的項(xiàng)目相當(dāng)多都是公開(kāi)的，由于機(jī)構(gòu)運(yùn)作節(jié)奏很快，所以項(xiàng)目也不停地啟動(dòng)和終結(jié)。但有一點(diǎn)是毫無(wú)疑問(wèn)的：了解DARPA正在資助什么項(xiàng)目，會(huì)有助于我們了解美國(guó)科技的前沿。這個(gè)系列，我們將分大約分幾期來(lái)闡述當(dāng)下DARPA網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)的正在資助的科研工程項(xiàng)目，讓大家一窺端倪，或許能對(duì)在科技前沿的方向選擇上的朋友有一定程度的啟迪。

本文，我們將繼續(xù)和大家介紹另外10個(gè)DARPA正在投資對(duì)項(xiàng)目。本文也是本次系列的終結(jié)。我們通過(guò)這100個(gè)項(xiàng)目，給大家展示了DARPA在人工智能、量子計(jì)算、太空探索、新型材料、生物科技等等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和投入。

注意我們對(duì)每個(gè)項(xiàng)目的解讀也有自身知識(shí)結(jié)構(gòu)的局限，如果想進(jìn)一步了解更多信息，可以去公開(kāi)渠道自行查詢(xún)。

CDMaST

CDMaST 是Cross-Domain Maritime Surveillance and Targeting (跨域海上監(jiān)視和目標(biāo)定位) 的縮寫(xiě)。

跨域海上監(jiān)視和瞄準(zhǔn)（CDMaST）計(jì)劃是美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局 (DARPA) 于 2016 年4月啟動(dòng)的一項(xiàng)研究計(jì)劃，其目標(biāo)是通過(guò)在分布式無(wú)人系統(tǒng)、先進(jìn)傳感器、彈性通信和新興遠(yuǎn)程武器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)一種能夠提供持續(xù)、實(shí)時(shí)的海洋領(lǐng)域水面和水下活動(dòng)態(tài)勢(shì)感知的系統(tǒng)。CDMaST 計(jì)劃的初始階段側(cè)重于開(kāi)發(fā)和展示用于跨域海上監(jiān)視和目標(biāo)定位的新技術(shù)和概念。這一階段于 2019 年完成，2020 年 DARPA 宣布推進(jìn)該計(jì)劃的第二階段，重點(diǎn)是將第一階段開(kāi)發(fā)的技術(shù)轉(zhuǎn)化為軍方的作戰(zhàn)使用。第二階段預(yù)計(jì)將持續(xù)到 2023 年，并將涉及進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和完善第一階段開(kāi)發(fā)的技術(shù)和算法，以及在操作環(huán)境中測(cè)試和驗(yàn)證這些技術(shù)。

CDMaST 旨在通過(guò)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的傳感器系統(tǒng)和軟件來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，這些系統(tǒng)和軟件可以集成來(lái)自多個(gè)來(lái)源的數(shù)據(jù)，包括雷達(dá)、聲納和其他傳感器。包括：固定傳感器和移動(dòng)傳感器。

固定傳感器通常部署在戰(zhàn)略位置，例如港口或沿海岸線(xiàn)，并且可以包括雷達(dá)、聲納和其他類(lèi)型的傳感器。這些傳感器可以安裝在浮標(biāo)、碼頭或其他結(jié)構(gòu)上，可用于監(jiān)控船只交通、檢測(cè)水下威脅和跟蹤天氣模式。

移動(dòng)傳感器通常安裝在船舶或飛機(jī)上，用于對(duì)船舶和海上活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。這些傳感器可能包括雷達(dá)、光電/紅外傳感器和其他類(lèi)型的傳感器，可用于檢測(cè)和跟蹤大范圍內(nèi)的船只。

通過(guò)傳感器采集的數(shù)據(jù)的后續(xù)分析，也是項(xiàng)目重要的一環(huán)，以下的技術(shù)可能被用到：

機(jī)器學(xué)習(xí)算法：機(jī)器學(xué)習(xí)算法用于分析傳感器數(shù)據(jù)的大型數(shù)據(jù)集，并識(shí)別可能表明存在威脅的模式和異常。例如，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可用于分析聲納數(shù)據(jù)并識(shí)別不同類(lèi)型船只（包括潛艇）的獨(dú)特聲音特征。

數(shù)據(jù)融合算法：數(shù)據(jù)融合算法用于整合來(lái)自多個(gè)傳感器和來(lái)源的數(shù)據(jù)，并提供海域的綜合圖像。例如，可以融合來(lái)自雷達(dá)、聲納和 EO/IR 傳感器的數(shù)據(jù)，以更全面地了解特定區(qū)域的船只活動(dòng)。

目標(biāo)跟蹤算法：目標(biāo)跟蹤算法用于跟蹤海域中船只和其他物體的運(yùn)動(dòng)。這些算法使用來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)目標(biāo)的位置、速度和方向，并預(yù)測(cè)其未來(lái)的運(yùn)動(dòng)。

決策算法：決策算法用于分析 CDMaST 中使用的各種算法的輸出，并提供行動(dòng)建議。這些算法考慮了威脅程度、友軍能力以及不同行動(dòng)方案的潛在影響等因素。

DE2（關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施決策練習(xí)分布式環(huán)境）是CDMaST項(xiàng)目的重要組成部分。DE2 是一個(gè)模擬環(huán)境，使軍事人員能夠在真實(shí)的模擬環(huán)境中測(cè)試和評(píng)估跨域海上監(jiān)視和目標(biāo)定位的新概念和技術(shù)。DE2 旨在模擬一系列不同的場(chǎng)景和情況，包括海域中的動(dòng)能和非動(dòng)能威脅。它整合了各種不同的數(shù)據(jù)源和輸入，包括來(lái)自多個(gè)平臺(tái)的傳感器數(shù)據(jù)，以及實(shí)時(shí)天氣和海洋數(shù)據(jù)。DE2 的主要優(yōu)勢(shì)之一是它允許軍事人員在安全和受控的環(huán)境中測(cè)試新概念和技術(shù)，而沒(méi)有現(xiàn)實(shí)世界后果的風(fēng)險(xiǎn)。這使他們能夠評(píng)估不同的場(chǎng)景并測(cè)試各種策略和戰(zhàn)術(shù)以應(yīng)對(duì)潛在威脅。DE2 已廣泛用于 CDMaST 計(jì)劃，無(wú)論是在初始技術(shù)開(kāi)發(fā)階段還是在持續(xù)的測(cè)試和評(píng)估中。它已被用于評(píng)估新算法和傳感器的有效性，以及培訓(xùn)和教育軍事人員如何在現(xiàn)實(shí)世界中使用這些新功能。

總體而言，CDMaST計(jì)劃的目標(biāo)是為美軍提供更全面、更有效的海上監(jiān)視能力。提高各種情況下海上作業(yè)的安全、安保和效率。

關(guān)鍵詞：海域監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)融合、目標(biāo)跟蹤

CASTLE

CASTLE是Cyber Agents for Security Testing and Learning Environments (安全測(cè)試和學(xué)習(xí)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)代理)的縮寫(xiě)。

“用于安全測(cè)試和學(xué)習(xí)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)代理”(CASTLE) 是由美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局 (DARPA) 發(fā)起的一項(xiàng)研究計(jì)劃，旨在開(kāi)發(fā)新一代網(wǎng)絡(luò)安全工具和技術(shù)。CASTLE 的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)可以實(shí)時(shí)自動(dòng)識(shí)別和響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)威脅的平臺(tái)。

CASTLE 程序基于“網(wǎng)絡(luò)代理”的概念，這是可以在更大的網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)中獨(dú)立運(yùn)行的自主軟件程序。這些“網(wǎng)絡(luò)代理”旨在持續(xù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)、檢測(cè)潛在威脅并實(shí)時(shí)響應(yīng)?！熬W(wǎng)絡(luò)代理”還能夠從他們的經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，使他們能夠隨著時(shí)間的推移適應(yīng)和提高他們的表現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)代理可以執(zhí)行一系列不同的網(wǎng)絡(luò)安全任務(wù)，包括：

漏洞評(píng)估：網(wǎng)絡(luò)代理可用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)中的漏洞，例如過(guò)時(shí)的軟件或不安全的端口。

入侵檢測(cè)：網(wǎng)絡(luò)代理可以監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量并檢測(cè)可能表明潛在攻擊的異?；蚩梢苫顒?dòng)。

威脅響應(yīng)：網(wǎng)絡(luò)代理可以實(shí)時(shí)響應(yīng)檢測(cè)到的威脅，采取隔離受感染系統(tǒng)或阻止惡意流量等措施。

態(tài)勢(shì)感知：網(wǎng)絡(luò)代理可以提供網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)的全面視圖，使安全團(tuán)隊(duì)能夠快速識(shí)別潛在威脅并有效應(yīng)對(duì)。

CASTLE 計(jì)劃還專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)新的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，使網(wǎng)絡(luò)代理能夠從他們的經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)并隨著時(shí)間的推移提高他們的表現(xiàn)。這將使代理能夠適應(yīng)不斷變化的威脅和環(huán)境，并提供更有效的網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)。包括但不局限于：

強(qiáng)化學(xué)習(xí)：強(qiáng)化學(xué)習(xí)是一種機(jī)器學(xué)習(xí)，在這種機(jī)器學(xué)習(xí)中，代理通過(guò)與其環(huán)境交互并接受某些行為的獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰來(lái)學(xué)習(xí)。在網(wǎng)絡(luò)安全的背景下，強(qiáng)化學(xué)習(xí)可用于使網(wǎng)絡(luò)代理能夠?qū)崟r(shí)識(shí)別和響應(yīng)威脅，同時(shí)隨著時(shí)間的推移適應(yīng)新的威脅。

深度學(xué)習(xí)：深度學(xué)習(xí)是一種機(jī)器學(xué)習(xí)，其中使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)分析大量數(shù)據(jù)。在網(wǎng)絡(luò)安全的背景下，深度學(xué)習(xí)可用于使網(wǎng)絡(luò)代理能夠檢測(cè)和分類(lèi)不同類(lèi)型的威脅，例如惡意軟件或網(wǎng)絡(luò)釣魚(yú)攻擊。

對(duì)抗性機(jī)器學(xué)習(xí)：對(duì)抗性機(jī)器學(xué)習(xí)是一種機(jī)器學(xué)習(xí)，在這種機(jī)器學(xué)習(xí)中，代理被訓(xùn)練來(lái)抵御對(duì)抗性攻擊，這些攻擊是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于欺騙或欺騙機(jī)器學(xué)習(xí)模型的攻擊。在網(wǎng)絡(luò)安全的背景下，對(duì)抗性機(jī)器學(xué)習(xí)可用于使網(wǎng)絡(luò)代理能夠檢測(cè)和響應(yīng)旨在繞過(guò)傳統(tǒng)安全措施的復(fù)雜攻擊。

遷移學(xué)習(xí)：遷移學(xué)習(xí)是一種機(jī)器學(xué)習(xí)，其中從一個(gè)任務(wù)或領(lǐng)域獲得的知識(shí)被遷移到另一個(gè)任務(wù)或領(lǐng)域。在網(wǎng)絡(luò)安全的背景下，遷移學(xué)習(xí)可用于通過(guò)利用從以前的經(jīng)驗(yàn)中獲得的知識(shí)，使網(wǎng)絡(luò)代理能夠更快地適應(yīng)新的威脅和環(huán)境。

CASTLE 計(jì)劃目前正在進(jìn)行中，處于第三階段也是最后階段。該計(jì)劃于 2016 年啟動(dòng)，在開(kāi)發(fā)用于網(wǎng)絡(luò)安全的新網(wǎng)絡(luò)代理和機(jī)器學(xué)習(xí)算法方面取得了重大進(jìn)展。

在該計(jì)劃的第一階段，研究人員專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)代理的基礎(chǔ)技術(shù)和算法，以及構(gòu)建用于評(píng)估這些代理性能的測(cè)試平臺(tái)環(huán)境。在第二階段，該計(jì)劃的重點(diǎn)是將這些技術(shù)集成到一個(gè)可用于現(xiàn)實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)用程序的有凝聚力的平臺(tái)中。

在目前的第三階段，重點(diǎn)是完善和優(yōu)化早期開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)代理和平臺(tái)，以及在各種現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中展示這些技術(shù)的能力。這包括在模擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及軍事網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)等真實(shí)環(huán)境中測(cè)試網(wǎng)絡(luò)代理。

總的來(lái)說(shuō)，CASTLE 計(jì)劃代表了增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全能力和抵御不斷變化的網(wǎng)絡(luò)威脅的重要努力。通過(guò)開(kāi)發(fā)可以實(shí)時(shí)運(yùn)行并適應(yīng)新威脅的自主網(wǎng)絡(luò)代理，CASTLE 計(jì)劃旨在為軍用和民用網(wǎng)絡(luò)等提供更高級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)。

關(guān)鍵詞：漏洞評(píng)估、入侵檢測(cè)、威脅響應(yīng)、態(tài)勢(shì)感知

CASE

CASE是Cyber Assured Systems Engineering (系統(tǒng)工程的安全保障)的縮寫(xiě)。

嵌入式系統(tǒng)常見(jiàn)于消費(fèi)、工業(yè)、汽車(chē)、家用電器、醫(yī)療、電信、商業(yè)、航空航天和軍事應(yīng)用中。據(jù)估計(jì)，制造的所有微處理器中有 98% 用于嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)通常用作更大的復(fù)雜信息物理系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件。例如，嵌入式系統(tǒng)可用于控制自動(dòng)駕駛汽車(chē)中的傳感器和執(zhí)行器，或用于控制工業(yè)控制系統(tǒng)中的泵和閥門(mén)。因此，嵌入式系統(tǒng)的安全性和彈性會(huì)對(duì)更大的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的整體安全性和彈性產(chǎn)生重大影響。網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)工程 (CASE) 計(jì)劃是由國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局 (DARPA) 資助的一項(xiàng)計(jì)劃，旨在提高復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的安全性和彈性。該計(jì)劃于 2015 年開(kāi)始，但截至當(dāng)前仍未終結(jié)。

CASE 計(jì)劃側(cè)重于開(kāi)發(fā)用于構(gòu)建和測(cè)試安全網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的新工具和方法，這些系統(tǒng)結(jié)合了數(shù)字和物理組件。此類(lèi)系統(tǒng)的示例包括飛機(jī)、汽車(chē)、醫(yī)療設(shè)備和電網(wǎng)等。

該計(jì)劃旨在解決與保護(hù)網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)相關(guān)的幾個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括需要：

解決這些系統(tǒng)的硬件和軟件組件中的漏洞。

確保這些系統(tǒng)能夠在復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的環(huán)境中安全有效地運(yùn)行。

針對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)攻擊和其他形式的惡意活動(dòng)提供強(qiáng)大的防御。

為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，CASE 項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了幾種新的工具和方法，包括：

一種稱(chēng)為“安全、有保障和彈性系統(tǒng)”(SARES) 的新系統(tǒng)架構(gòu)，從一開(kāi)始就將安全性和彈性功能融入到網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。使系統(tǒng)工程師能夠在考慮“網(wǎng)絡(luò)彈性”的情況下設(shè)計(jì)和構(gòu)建復(fù)雜的嵌入式計(jì)算系統(tǒng)。“網(wǎng)絡(luò)彈性”是指系統(tǒng)抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊或其他安全威脅并從中恢復(fù)的能力。

一套測(cè)試和驗(yàn)證工具，旨在識(shí)別和解決網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)中的漏洞。這些工具包括自動(dòng)和手動(dòng)測(cè)試方法，旨在與各種不同的系統(tǒng)架構(gòu)和組件一起使用。

一種新的軟件開(kāi)發(fā)方法稱(chēng)為“高保證軟件開(kāi)發(fā)”(HASD)，它將安全性和可靠性考慮因素納入軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程。

總體而言，CASE 計(jì)劃代表了在開(kāi)發(fā)安全且有彈性的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)方面向前邁出的重要一步。通過(guò)開(kāi)發(fā)可用于構(gòu)建和測(cè)試這些系統(tǒng)的新工具和方法，該計(jì)劃旨在針對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊和其他形式的惡意活動(dòng)提供更有效和更強(qiáng)大的防御。但我覺(jué)得這像計(jì)劃一個(gè)最大的問(wèn)題是，盡管亡羊補(bǔ)牢未為晚也，但已經(jīng)在部署的大量的嵌入式復(fù)雜系統(tǒng)仍然是被網(wǎng)絡(luò)攻擊的軟肋。但并未在本項(xiàng)目中有真正的考慮。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)、彈性系統(tǒng)、高保證軟件開(kāi)發(fā)CHASE

CHASE是Cyber-Hunting at Scale (大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)狩獵) 的縮寫(xiě)。

在當(dāng)今的數(shù)字世界中，網(wǎng)絡(luò)威脅是一個(gè)嚴(yán)重且日益受到關(guān)注的問(wèn)題。根據(jù) Cybersecurity Ventures 的數(shù)據(jù)， 2021 年，網(wǎng)絡(luò)犯罪造成的損失每年將使全球損失 6 萬(wàn)億美元，高于 2015 年的 3 萬(wàn)億美元。戰(zhàn)略與國(guó)際研究中心 (CSIS) 的一份報(bào)告估計(jì)，網(wǎng)絡(luò)犯罪每年給全球經(jīng)濟(jì)造成 4450 億美元至 6080 億美元的損失。這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明了網(wǎng)絡(luò)威脅對(duì)全球個(gè)人、企業(yè)和政府的嚴(yán)重性和影響。隨著我們對(duì)數(shù)字技術(shù)的依賴(lài)不斷增加，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，網(wǎng)絡(luò)威脅很可能仍將是一個(gè)重大問(wèn)題。

當(dāng)前最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)防御商業(yè)工具通常側(cè)重于使用基于簽名的方法、基于規(guī)則的方法和行為分析來(lái)檢測(cè)和阻止已知威脅。這些工具可有效識(shí)別和預(yù)防許多常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)攻擊，但它們難以跟上現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)威脅的規(guī)模和速度。

現(xiàn)有商業(yè)工具面臨的一大挑戰(zhàn)是它們無(wú)法擴(kuò)展到大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。許多商業(yè)工具依賴(lài)于集中監(jiān)控和分析，隨著網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備和數(shù)據(jù)流數(shù)量的增長(zhǎng)，這些工具可能會(huì)不堪重負(fù)。這可能會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)、漏報(bào)和響應(yīng)時(shí)間延遲。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)威脅通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播的速度。許多商業(yè)工具依賴(lài)于手動(dòng)或半自動(dòng)流程來(lái)識(shí)別和響應(yīng)威脅，這可能太慢而無(wú)法跟上快速發(fā)展的威脅。

為了解決這些差距，CHASE 計(jì)劃旨在開(kāi)發(fā)可大規(guī)模和快速運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)防御新技術(shù)和方法。這包括開(kāi)發(fā)用于威脅檢測(cè)和響應(yīng)的高級(jí)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以及用于網(wǎng)絡(luò)可視化、態(tài)勢(shì)感知和決策支持的新技術(shù)。CHASE 的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)防御平臺(tái)，即使在大規(guī)模運(yùn)行時(shí)也能實(shí)時(shí)自主檢測(cè)、跟蹤和消除網(wǎng)絡(luò)威脅。減少人工干預(yù)的需要，并最大限度地減少網(wǎng)絡(luò)攻擊對(duì)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和其他目標(biāo)的影響。

CHASE 計(jì)劃采用雙管齊下的威脅搜尋方法，其中包括：

主動(dòng)搜索：這種方法涉及主動(dòng)搜索網(wǎng)絡(luò)流量、日志文件和其他數(shù)據(jù)源中的妥協(xié)指標(biāo) (IOC) 以檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)威脅。CHASE 計(jì)劃旨在開(kāi)發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)算法和其他自動(dòng)化工具，這些工具可以主動(dòng)尋找 IOC 并提醒操作員注意潛在威脅。

反應(yīng)式搜尋：此方法涉及調(diào)查和響應(yīng)安全系統(tǒng)生成的警報(bào)，例如入侵檢測(cè)系統(tǒng) (IDS) 或安全信息和事件管理 (SIEM) 工具。CHASE 計(jì)劃旨在開(kāi)發(fā)自動(dòng)化響應(yīng)工具，這些工具可以實(shí)時(shí)采取行動(dòng)減輕或消除檢測(cè)到的威脅。

為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，CHASE 計(jì)劃專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)新的機(jī)器學(xué)習(xí)算法、數(shù)據(jù)分析工具和其他可以大規(guī)模實(shí)時(shí)運(yùn)行的技術(shù)。該計(jì)劃還在探索使用人工智能 (AI) 和其他先進(jìn)技術(shù)來(lái)增強(qiáng)威脅檢測(cè)和響應(yīng)能力，包括但不局限于：

高級(jí)機(jī)器學(xué)習(xí)算法：該項(xiàng)目正在開(kāi)發(fā)新的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以快速準(zhǔn)確地識(shí)別大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)威脅。這些算法可以分析大量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，以識(shí)別可能表明潛在威脅的模式和異常。

分布式數(shù)據(jù)分析：該項(xiàng)目正在探索分布式數(shù)據(jù)分析的新技術(shù)，可以讓多個(gè)傳感器和設(shè)備實(shí)時(shí)共享和分析數(shù)據(jù)。這有助于克服集中監(jiān)控和分析的可擴(kuò)展性和速度限制。

可視化和態(tài)勢(shì)感知：該項(xiàng)目正在開(kāi)發(fā)新的工具和技術(shù)，用于可視化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并為網(wǎng)絡(luò)防御者提供態(tài)勢(shì)感知。這可以幫助防御者快速識(shí)別潛在威脅并更有效地應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊。

決策支持：該計(jì)劃正在開(kāi)發(fā)新的決策支持工具，可以幫助網(wǎng)絡(luò)防御者就如何應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)威脅做出更明智的決策。這些工具可以分析多個(gè)數(shù)據(jù)源，并就最有效的行動(dòng)方案提供建議。

該計(jì)劃已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)里程碑，包括開(kāi)發(fā)新的數(shù)據(jù)分析和可視化工具、展示實(shí)時(shí)威脅檢測(cè)能力，以及為網(wǎng)絡(luò)防御者開(kāi)發(fā)新的決策支持工具。該計(jì)劃還進(jìn)行了幾次大規(guī)模實(shí)驗(yàn)，以評(píng)估其技術(shù)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的有效性。

總的來(lái)說(shuō)，CHASE 計(jì)劃代表了開(kāi)發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)搜索能力的重大努力，這些能力可以幫助保護(hù)關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)免受復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)威脅。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)搜索、反應(yīng)式搜尋

DPRIVE

DPRIVE是Data Protection in Virtual Environments (虛擬環(huán)境中的數(shù)據(jù)保護(hù)) 的縮寫(xiě)。

同態(tài)加密是一種加密形式，它允許對(duì)加密數(shù)據(jù)執(zhí)行計(jì)算而無(wú)需先對(duì)其進(jìn)行解密。計(jì)算結(jié)果以加密形式保留，解密后產(chǎn)生的輸出與對(duì)未加密數(shù)據(jù)執(zhí)行操作時(shí)產(chǎn)生的輸出相同。同態(tài)加密可用于保護(hù)隱私的外包存儲(chǔ)和計(jì)算。這允許數(shù)據(jù)被加密并外包給商業(yè)云環(huán)境進(jìn)行處理，同時(shí)都是加密的。

完全同態(tài)加密(FHE) 允許評(píng)估由多種類(lèi)型的無(wú)限深度門(mén)組成的任意電路，是同態(tài)加密的最強(qiáng)概念。

現(xiàn)在的FHE都已經(jīng)進(jìn)化到了第四代，一種近似同態(tài)加密方案，支持特殊的塊浮點(diǎn)算法。

FHE 的好處是顯著的，從允許使用不受信任的網(wǎng)絡(luò)到增強(qiáng)數(shù)據(jù)隱私。盡管具有潛力。但 FHE 來(lái)執(zhí)行即使是簡(jiǎn)單的操作，也需要大量的計(jì)算時(shí)間，使得用傳統(tǒng)的處理硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)是極其不切實(shí)際的。虛擬環(huán)境中的數(shù)據(jù)保護(hù) (DPRIVE) 計(jì)劃尋求在未加密計(jì)算的十分之一內(nèi)啟用 FHE 計(jì)算，從而為國(guó)防部和商業(yè)應(yīng)用程序的所有數(shù)據(jù)狀態(tài)提供數(shù)據(jù)安全性。

DPRIVE 旨在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一種硬件加速器，集成了新穎的架構(gòu)方法、硬件和軟件，以顯著降低實(shí)現(xiàn) FHE 計(jì)算所需的處理開(kāi)銷(xiāo)。具體來(lái)說(shuō)，該計(jì)劃尋求開(kāi)發(fā)新的內(nèi)存管理方法、靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編程模型，以及形式驗(yàn)證方法，以確保 FHE 實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)有效和準(zhǔn)確，同時(shí)顯著降低 FHE 計(jì)算所需的開(kāi)銷(xiāo)損失。

內(nèi)存管理是 FHE 中的一個(gè)重要考慮因素，因?yàn)榇罅繑?shù)據(jù)的加密可能需要大量?jī)?nèi)存。為了改進(jìn) FHE 實(shí)現(xiàn)中的內(nèi)存管理，研究人員正在探索數(shù)據(jù)壓縮、內(nèi)存分配和內(nèi)存優(yōu)化的新技術(shù)。

靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編程模型在 FHE 中也很重要，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編程模型可能不太適合 FHE 計(jì)算。例如，F(xiàn)HE 計(jì)算需要使用模塊化算術(shù)和逐位運(yùn)算，這可能很難使用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編程模型有效地實(shí)現(xiàn)。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究人員正在探索專(zhuān)為 FHE 計(jì)算設(shè)計(jì)的新編程模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

最后，形式驗(yàn)證方法在 FHE 中很重要，因?yàn)樗鼈兛梢詭椭_保 FHE 實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)有效且準(zhǔn)確。形式驗(yàn)證方法使用數(shù)學(xué)技術(shù)來(lái)證明 FHE 實(shí)現(xiàn)的正確性和安全性，并且可以幫助識(shí)別和防止設(shè)計(jì)中的潛在漏洞或弱點(diǎn)。研究人員希望通過(guò)使用形式化驗(yàn)證方法來(lái)提高 FHE 實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確性和安全性，使其更適合更廣泛的應(yīng)用。

這種效率水平將使 FHE 更加實(shí)用且可用于廣泛的應(yīng)用程序，包括安全數(shù)據(jù)處理、機(jī)器學(xué)習(xí)和云計(jì)算。通過(guò)允許處理和分析敏感數(shù)據(jù)，同時(shí)保持加密和安全，它還有助于解決傳統(tǒng)加密方法的一些挑戰(zhàn)和局限性。

關(guān)鍵詞：同態(tài)加密、數(shù)據(jù)安全

D3M

D3M是Data-Driven Discovery of Models (數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型發(fā)現(xiàn)) 的縮寫(xiě)。

數(shù)據(jù)是現(xiàn)代社會(huì)的寶貴資產(chǎn)，能夠有效利用數(shù)據(jù)創(chuàng)建預(yù)測(cè)模型的組織將在金融、醫(yī)療保健和國(guó)家安全等領(lǐng)域擁有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。然而，創(chuàng)建準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，需要在數(shù)據(jù)科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和特定領(lǐng)域知識(shí)方面擁有豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

但穩(wěn)健的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃茈y建立，因?yàn)樗鼈冃枰芎玫馗爬ㄎ匆?jiàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)還要準(zhǔn)確可靠。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪腔谟^(guān)察和數(shù)據(jù)建立的，它們可能會(huì)受到各種誤差源的影響，例如測(cè)量誤差、噪聲、異常值或偏差。此外，實(shí)證模型需要捕捉數(shù)據(jù)中潛在的因果關(guān)系，這些關(guān)系可能是復(fù)雜的和非線(xiàn)性的，并且它們可能取決于許多變量和相互作用。

要建立穩(wěn)健的實(shí)證模型，必須擁有具有代表性、多樣性和無(wú)偏見(jiàn)的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。然而，獲取此類(lèi)數(shù)據(jù)可能具有挑戰(zhàn)性，尤其是在數(shù)據(jù)稀缺、昂貴或難以收集的復(fù)雜領(lǐng)域或應(yīng)用程序中。此外，設(shè)計(jì)和優(yōu)化模型架構(gòu)、特征表示和學(xué)習(xí)算法需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)、創(chuàng)造力和計(jì)算資源。

此外，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂赡軙?huì)出現(xiàn)過(guò)擬合或欠擬合，這會(huì)降低它們的準(zhǔn)確性和泛化性能。當(dāng)模型與訓(xùn)練數(shù)據(jù)過(guò)于接近，捕捉到噪聲或不相關(guān)的特征，并失去泛化到新數(shù)據(jù)的能力時(shí)，就會(huì)發(fā)生過(guò)度擬合。當(dāng)模型過(guò)于簡(jiǎn)單或僵硬并且無(wú)法捕獲數(shù)據(jù)中的潛在模式時(shí)，就會(huì)發(fā)生欠擬合。

應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)需要開(kāi)發(fā)可以自動(dòng)化或輔助模型構(gòu)建過(guò)程的高級(jí)算法和技術(shù)，例如自動(dòng)特征選擇、超參數(shù)調(diào)整或模型融合。此外，它需要將經(jīng)驗(yàn)建模與其他方法相結(jié)合，例如基于理論的建模、專(zhuān)家知識(shí)或特定領(lǐng)域的約束，以增強(qiáng)模型的穩(wěn)健性和可解釋性。

經(jīng)驗(yàn)建模師一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)性超強(qiáng)的工作，但是高級(jí)的數(shù)據(jù)科學(xué)家的可獲得性很差，如何降低經(jīng)驗(yàn)建模的技術(shù)門(mén)檻就顯得尤為重要。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型發(fā)現(xiàn) (D3M) 計(jì)劃旨在開(kāi)發(fā)自動(dòng)化模型發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)（automated model discovery systems），使具有主題專(zhuān)業(yè)知識(shí)但沒(méi)有數(shù)據(jù)科學(xué)背景的用戶(hù)能夠創(chuàng)建真實(shí)、復(fù)雜過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。這種能力將使主題專(zhuān)家能夠在不需要數(shù)據(jù)科學(xué)家的情況下創(chuàng)建經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并將通過(guò)自動(dòng)化提高專(zhuān)家數(shù)據(jù)科學(xué)家的生產(chǎn)力。如圖所示，D3M 自動(dòng)模型發(fā)現(xiàn)過(guò)程將由計(jì)劃過(guò)程中開(kāi)發(fā)的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)：

可選基元庫(kù)：可選基元庫(kù)是數(shù)據(jù)建模基元的集合，用作復(fù)雜建模管道的構(gòu)建塊。這些原語(yǔ)包括可以組合起來(lái)為不同任務(wù)創(chuàng)建模型的算法和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。該庫(kù)設(shè)計(jì)為可發(fā)現(xiàn)的，因此用戶(hù)可以輕松找到創(chuàng)建模型所需的基元。

復(fù)雜模型的自動(dòng)組合：復(fù)雜模型的自動(dòng)組合是指開(kāi)發(fā)技術(shù)，自動(dòng)從庫(kù)中選擇適當(dāng)?shù)幕?，并根?jù)用戶(hù)指定的數(shù)據(jù)和感興趣的結(jié)果將它們組合到復(fù)雜的建模管道中。這涉及開(kāi)發(fā)算法和方法來(lái)自動(dòng)選擇最合適的基元及其參數(shù)以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果。

人機(jī)交互：人機(jī)交互是一種方法和界面，允許主題專(zhuān)家與模型創(chuàng)建過(guò)程進(jìn)行交互。這允許非數(shù)據(jù)科學(xué)家的用戶(hù)提供有關(guān)建模問(wèn)題的輸入并管理由系統(tǒng)自動(dòng)構(gòu)建的模型。該界面設(shè)計(jì)為用戶(hù)友好且直觀(guān)，因此非專(zhuān)家也可以有效地參與建模過(guò)程。

為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，D3M 計(jì)劃資助多個(gè)領(lǐng)域的研究，包括：

自動(dòng)模型選擇和超參數(shù)調(diào)整：模型選擇涉及為給定數(shù)據(jù)集選擇合適的模型類(lèi)型，例如決策樹(shù)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。超參數(shù)調(diào)整涉及為定義模型的參數(shù)選擇最佳值，例如學(xué)習(xí)率或隱藏層數(shù)。自動(dòng)化方法可用于有效地探索可能的模型和超參數(shù)的空間，并為給定問(wèn)題選擇最佳組合。

自動(dòng)化特征工程和選擇：特征工程涉及將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為更適合機(jī)器學(xué)習(xí)算法的格式，例如通過(guò)提取相關(guān)特征或應(yīng)用數(shù)學(xué)變換。特征選擇涉及選擇與手頭問(wèn)題最相關(guān)的可用特征的子集。自動(dòng)化方法可用于識(shí)別相關(guān)特征并執(zhí)行轉(zhuǎn)換以提高生成模型的準(zhǔn)確性。

自動(dòng)模型融合和集成學(xué)習(xí)：模型融合涉及組合多個(gè)模型的預(yù)測(cè)以提高準(zhǔn)確性或減少偏差。集成學(xué)習(xí)涉及在不同的數(shù)據(jù)子集上訓(xùn)練多個(gè)模型并結(jié)合它們的預(yù)測(cè)。可以使用自動(dòng)化方法來(lái)確定用于給定問(wèn)題的模型和權(quán)重的最佳組合。

處理丟失和嘈雜數(shù)據(jù)的方法：當(dāng)某些數(shù)據(jù)點(diǎn)由于某種原因（例如傳感器故障或隱私問(wèn)題）不可用時(shí)，可能會(huì)發(fā)生丟失數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)包含錯(cuò)誤或不一致時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)噪聲數(shù)據(jù)。可以使用插補(bǔ)和異常值檢測(cè)等方法來(lái)解決這些問(wèn)題并提高生成模型的準(zhǔn)確性。

處理復(fù)雜、高維數(shù)據(jù)的方法：一些數(shù)據(jù)集是復(fù)雜和高維的，這意味著它們包含許多以復(fù)雜方式相互作用的特征或變量。降維和流形學(xué)習(xí)等方法可用于從此類(lèi)數(shù)據(jù)中提取有意義的模式，并降低生成模型的計(jì)算復(fù)雜度。

D3M 計(jì)劃在2016年啟動(dòng)，目前項(xiàng)目正在進(jìn)行中，并將繼續(xù)資助自動(dòng)化機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型選擇和融合以及其他相關(guān)主題領(lǐng)域的研究和開(kāi)發(fā)。該計(jì)劃已經(jīng)產(chǎn)生了幾個(gè)可供研究社區(qū)使用的有用的軟件工具和庫(kù)，例如 D3M 基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)科學(xué)自動(dòng)化 (DSA) 工具包。正在進(jìn)行的努力旨在提高這些工具的可擴(kuò)展性、效率和準(zhǔn)確性，并擴(kuò)展它們處理更多樣化和更復(fù)雜類(lèi)型數(shù)據(jù)的能力。

關(guān)鍵詞：可選基元庫(kù)、復(fù)雜模型、自動(dòng)模型選擇、自動(dòng)模型融合

DRACO

DRACO是Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (敏捷地月行動(dòng)示范火箭) 的縮寫(xiě)。

目前的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)使用儲(chǔ)存的火箭推進(jìn)劑作為反應(yīng)物質(zhì)，形成高速推進(jìn)流體射流，遵循牛頓第三定律，通過(guò)反作用擺脫地球引力的發(fā)動(dòng)機(jī)。主流的是液體推進(jìn)劑、固態(tài)燃料或者混合燃料。而核動(dòng)力火箭，一直進(jìn)展遲緩。核熱火箭 (NTR) 使用核反應(yīng)將推進(jìn)劑（通常是氫）加熱到極高溫度，從而產(chǎn)生推力。NTR 與傳統(tǒng)化學(xué)火箭相比具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，包括更高的比沖（轉(zhuǎn)化為更高的效率）、更輕的重量和更長(zhǎng)的使用壽命。然而，也存在一些與 NTR 相關(guān)的技術(shù)挑戰(zhàn)，這使得它們難以開(kāi)發(fā)和使用。

主要挑戰(zhàn)之一是需要遏制和控制核反應(yīng)產(chǎn)生的高溫和高壓。這需要使用能夠承受極端溫度和壓力的材料，而這些材料通常很難找到和制造。此外，必須安全地容納核燃料以防止泄漏或其他事故。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是圍繞核技術(shù)的監(jiān)管環(huán)境。NTR 有可能同時(shí)用于和平和軍事目的，這引起了人們對(duì)核擴(kuò)散和安全的擔(dān)憂(yōu)。因此，NTR 的開(kāi)發(fā)和使用受到嚴(yán)格的監(jiān)管和監(jiān)督，這可能會(huì)減慢進(jìn)度并增加成本。

最后，NTR 的開(kāi)發(fā)和測(cè)試成本也很高，這限制了愿意投資于它們的組織數(shù)量。這減緩了進(jìn)展并限制了成功的 NTR 設(shè)計(jì)的數(shù)量。盡管存在這些挑戰(zhàn)，但人們?nèi)匀粚?duì) NTR 作為傳統(tǒng)化學(xué)火箭的潛在替代品具有濃厚的興趣，特別是對(duì)于深空探索任務(wù)。

最近，受到民間力量的刺激（比如SpaceX的火星計(jì)劃），美國(guó)太空計(jì)劃重新升溫，NASA 開(kāi)啟了Artemis 計(jì)劃，旨在到 2024 年讓宇航員再次登上月球，在本十年末建立可持續(xù)探索，并為載人火星任務(wù)奠定基礎(chǔ)。該節(jié)目以希臘月亮女神阿爾忒彌斯的名字命名。該計(jì)劃旨在通過(guò)開(kāi)展科學(xué)研究、測(cè)試新技術(shù)和建立月球前哨站來(lái)在月球上建立可持續(xù)存在，該前哨站最終將成為載人火星任務(wù)的墊腳石。Artemis 計(jì)劃還包括開(kāi)發(fā)太空發(fā)射系統(tǒng) (SLS) 火箭、獵戶(hù)座飛船、網(wǎng)關(guān)月球空間站以及各種月球著陸器和漫游車(chē)。

敏捷地月運(yùn)行示范火箭 (DRACO) 是美國(guó)宇航局 Artemis 計(jì)劃下的一個(gè)計(jì)劃。

DRACO 計(jì)劃的目標(biāo)是在軌道上展示核熱火箭 (NTR)。NTR 使用核反應(yīng)堆將推進(jìn)劑加熱到極端溫度，然后通過(guò)噴嘴排出熱推進(jìn)劑以產(chǎn)生推力。與傳統(tǒng)的空間推進(jìn)技術(shù)相比，NTR 提供的推重比（thrust-to-weight ratio）比電力推進(jìn)高 10,000 倍左右，比沖（即推進(jìn)劑效率）specific impulse (i.e. propellant efficiency) 比空間化學(xué)推進(jìn)高 2 到 5 倍。該航天器旨在高度靈活，使其能夠快速改變其軌跡和速度以滿(mǎn)足任務(wù)要求。

DRACO 計(jì)劃的第一階段雙規(guī)齊下。Track A 進(jìn)行了 NTR 反應(yīng)堆的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。Track B 開(kāi)發(fā)了一個(gè)操作系統(tǒng)概念以滿(mǎn)足操作任務(wù)目標(biāo)和一個(gè)可追溯到操作系統(tǒng)但側(cè)重于演示推進(jìn)子系統(tǒng)的演示系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

DRACO 的獨(dú)特之處在于它旨在成為高度模塊化和靈活的航天器，可以重新配置和升級(jí)以滿(mǎn)足不斷變化的任務(wù)要求。它還被設(shè)計(jì)為高度自主，依靠先進(jìn)的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)執(zhí)行其許多關(guān)鍵功能。

DRACO 計(jì)劃仍處于早期階段，最初的重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)和測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)和子系統(tǒng)。最終，目標(biāo)是證明敏捷、模塊化航天器的可行性，該航天器可以支持地月空間內(nèi)外的廣泛任務(wù)。

關(guān)鍵詞：核熱火箭

DIGET

DIGET是Detect It with Gene Editing Technologies (使用基因編輯技術(shù)檢測(cè)) 的縮寫(xiě)。

異常病毒變異，而當(dāng)前最先進(jìn)的診斷和生物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法跟上疾病爆發(fā)的步伐，也無(wú)法在需要的時(shí)間和地點(diǎn)支持決策。加速病毒檢測(cè)。

“用基因編輯技術(shù)檢測(cè)它”（DIGET）計(jì)劃旨在利用基因編輯技術(shù)的進(jìn)步來(lái)開(kāi)發(fā)前瞻性診斷和生物監(jiān)測(cè)技術(shù)，從而能夠隨時(shí)隨地檢測(cè)任何威脅。

為實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)，DIGET 執(zhí)行者將設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、制作原型和部署兩種新型核酸檢測(cè)設(shè)備：1) 一種可針對(duì)多達(dá) 10 種病原體和宿主生物標(biāo)志物進(jìn)行一次性按需診斷，以及 2) 大規(guī)模多重檢測(cè) ( MMD) 設(shè)備，用于 1,000 個(gè)或更多目標(biāo)。這兩種設(shè)備都必須操作簡(jiǎn)單、成本低且可快速重新配置，以提供影響力大、質(zhì)量高且值得信賴(lài)的信息，從而增強(qiáng)決策制定。如果成功，一次性即時(shí)設(shè)備將提高分診和治療的速度和效率，并提高公共衛(wèi)生領(lǐng)域在嚴(yán)峻環(huán)境中的護(hù)理標(biāo)準(zhǔn)。MMD 設(shè)備將啟用早期威脅檢測(cè)、評(píng)估疾病嚴(yán)重程度并提高態(tài)勢(shì)感知能力。

DIGET 背后的基本理念是創(chuàng)建一種生物傳感器，能夠識(shí)別并結(jié)合感興趣的特定生物分子，例如病毒、細(xì)菌或癌細(xì)胞。

特別是，DIGET 計(jì)劃專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)可以檢測(cè)病毒的生物傳感器，包括新出現(xiàn)的傳染病，這種生物傳感器是使用特殊蛋白基因編輯工具設(shè)計(jì)的，可以精確修改基因序列。例如 SARS-CoV-2（導(dǎo)致 COVID-19 的病毒）。為此，該計(jì)劃使用 CRISPR-Cas 蛋白來(lái)創(chuàng)建生物傳感器，可以檢測(cè)患者樣本（例如唾液或血液）中的病毒核酸。

在 DIGET 程序中創(chuàng)建的生物傳感器通常使用一種稱(chēng)為 SHERLOCK（特定高靈敏度酶報(bào)告器解鎖）的技術(shù)，該技術(shù)將 CRISPR-Cas 蛋白與報(bào)告酶結(jié)合在一起，當(dāng)生物傳感器與目標(biāo)核酸序列結(jié)合時(shí)，報(bào)告酶會(huì)產(chǎn)生可檢測(cè)的信號(hào)。SHERLOCK 生物傳感器可以設(shè)計(jì)為具有高度特異性，甚至可以檢測(cè)患者樣本中的少量病毒核酸。

然而，如果目標(biāo)是檢測(cè)不同的病毒或病原體，則需要設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)不同的生物傳感器，可能使用不同的 CRISPR-Cas 蛋白或其他基因編輯技術(shù)。這是因?yàn)椴煌牟《净虿≡w具有獨(dú)特的核酸序列，需要特定的生物傳感器進(jìn)行檢測(cè)。誠(chéng)然，針對(duì)每種病原體開(kāi)發(fā)特定的生物傳感器可能是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性且耗時(shí)的過(guò)程，并且新病毒或突變的出現(xiàn)可能需要開(kāi)發(fā)新的生物傳感器。生物傳感器的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有高度特異性，并針對(duì)感興趣的特定生物分子量身定制。雖然基礎(chǔ)基因編輯技術(shù)可能相似，但不同應(yīng)用中使用的特定生物傳感器會(huì)因目標(biāo)生物分子而異。然而，使用生物傳感器早期準(zhǔn)確檢測(cè)包括 COVID-19 在內(nèi)的傳染病的潛在好處仍然很大。

然而，使用 CRISPR-Cas 或其他基因編輯技術(shù)可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的后果，例如脫靶效應(yīng)或?qū)φ诰庉嫷倪z傳物質(zhì)進(jìn)行意外更改。這些意想不到的后果可能會(huì)影響編輯基因的功能或其與其他基因或蛋白質(zhì)的相互作用，從而可能對(duì)病毒或宿主細(xì)胞產(chǎn)生下游影響。

DIGET 計(jì)劃由美國(guó)國(guó)防部 (DoD) 于 2019 年啟動(dòng)。該計(jì)劃的研究人員證明了使用 CRISPR-Cas 檢測(cè)寨卡病毒和登革熱病毒以及其他目標(biāo)的可行性。

總的來(lái)說(shuō)，DIGET 計(jì)劃和其他類(lèi)似舉措代表了為早期準(zhǔn)確檢測(cè)傳染病開(kāi)發(fā)新技術(shù)的重要努力，這可能對(duì)公共衛(wèi)生和全球疾病監(jiān)測(cè)工作產(chǎn)生重大好處。

關(guān)鍵詞：生物傳感器、基因編輯技術(shù)

DRBE

DRBE是Digital RF Battlespace Emulator (數(shù)字射頻戰(zhàn)場(chǎng)仿真器)的縮寫(xiě)。

高性能計(jì)算( HPC ) 使用超級(jí)計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)集群來(lái)解決高級(jí)計(jì)算問(wèn)題。超級(jí)計(jì)算機(jī)是高性能計(jì)算的子集。在重大的復(fù)雜建模系統(tǒng)里，往往需要高性能計(jì)算的支撐，比如：新分子藥物的發(fā)現(xiàn)、地球天氣和氣候的模擬、復(fù)雜的星系建模、和本項(xiàng)目涉及的射頻無(wú)線(xiàn)電模擬器。

評(píng)價(jià)高性能計(jì)算的性能一般用每秒浮點(diǎn)運(yùn)算FLOPS來(lái)衡量。目前行業(yè)最先進(jìn)的高性能計(jì)算系統(tǒng)，已經(jīng)達(dá)到了兩位數(shù)，甚至三位數(shù)的petaFLOPS浮點(diǎn)運(yùn)算性能（petaFLOPS指的是10的15次方）。

數(shù)字射頻戰(zhàn)場(chǎng)仿真器 (DRBE) 計(jì)劃旨在創(chuàng)建世界上第一個(gè)大規(guī)模虛擬射頻 (RF) 環(huán)境，也是一個(gè)軟件定義無(wú)線(xiàn)電 (SDR) 系統(tǒng)。旨在模擬和仿真戰(zhàn)場(chǎng)空間的電磁環(huán)境。用于開(kāi)發(fā)、訓(xùn)練和測(cè)試先進(jìn)的射頻系統(tǒng)，例如雷達(dá)和電子戰(zhàn) (EW) 系統(tǒng)。目標(biāo) DRBE 環(huán)境將使眾多射頻系統(tǒng)能夠在完全閉環(huán)射頻領(lǐng)域相互交互，復(fù)制密集、響應(yīng)迅速的真實(shí)射頻環(huán)境。

DRBE 可以模擬范圍廣泛的射頻系統(tǒng)和技術(shù)，包括通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)。它可以產(chǎn)生多種射頻信號(hào)，如連續(xù)波（CW）信號(hào)、脈沖信號(hào)、調(diào)頻（FM）信號(hào)、調(diào)相（PM）信號(hào)和調(diào)幅（AM）信號(hào)。它還可以模擬各種射頻傳播效應(yīng)，例如衰落、多徑和干擾。

DRBE 正在探索新穎的計(jì)算架構(gòu)，以創(chuàng)建新一代高性能計(jì)算 (HPC)——稱(chēng)為“實(shí)時(shí) HPC”或 RT-HPC。RT-HPC 的目標(biāo)是產(chǎn)生兩位數(shù) petaFLOPs 級(jí)的計(jì)算性能，同時(shí)保持個(gè)位數(shù)微秒級(jí)的端到端延遲。通過(guò)平衡計(jì)算吞吐量和極低延遲，DRBE 應(yīng)該能夠生成高保真射頻環(huán)境。為實(shí)現(xiàn)RT-HPC的目標(biāo)，以下措施會(huì)用到：

硬件優(yōu)化：

開(kāi)發(fā)新型處理器和專(zhuān)用集成電路 (ASIC)，并將這些ASIC組裝成一個(gè)多處理器RT-HPC系統(tǒng)。采用高速內(nèi)存和快速存儲(chǔ)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)所需的高計(jì)算性能和低延遲。此外，圖形處理單元 (GPU) 或現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 (FPGA) 等專(zhuān)用硬件加速器可用于加速特定計(jì)算任務(wù)。

軟件優(yōu)化：

在 RT-HPC 系統(tǒng)上運(yùn)行的軟件應(yīng)用程序必須進(jìn)行優(yōu)化，以利用硬件平臺(tái)并最大限度地減少延遲。這可能涉及使用并行處理技術(shù)在多個(gè)處理器或內(nèi)核之間分配計(jì)算任務(wù)，優(yōu)化內(nèi)存使用以最小化數(shù)據(jù)傳輸，以及使用專(zhuān)門(mén)的庫(kù)和算法來(lái)處理特定的計(jì)算任務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化：

RT-HPC 系統(tǒng)還必須針對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn) SDR 硬件平臺(tái)和 RT-HPC 系統(tǒng)之間的低延遲數(shù)據(jù)傳輸。這可能涉及使用專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件，例如高速網(wǎng)絡(luò)接口卡和低延遲通信協(xié)議。

除了這些優(yōu)化之外，DRBE RT-HPC 系統(tǒng)還可以使用其他技術(shù)，例如數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)壓縮和預(yù)測(cè)分析，以進(jìn)一步減少延遲并提高計(jì)算性能。

該軟件應(yīng)用程序提供了一個(gè)圖形用戶(hù)界面 (GUI)，允許用戶(hù)配置和控制射頻環(huán)境，包括射頻信號(hào)的類(lèi)型和參數(shù)、模擬射頻源和接收器的位置和移動(dòng)，以及射頻傳播模型。

SDR 硬件平臺(tái)提供了數(shù)字域和物理域之間的射頻接口。它將軟件應(yīng)用程序生成的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻設(shè)備可以發(fā)送和接收的模擬射頻信號(hào)。

DRBE 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了數(shù)年，并在其開(kāi)發(fā)過(guò)程中取得了重要的里程碑。2019 年，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室 (AFRL) 宣布已在 DARPA 頻譜協(xié)作挑戰(zhàn)賽 (SC2) 總決賽中成功展示了 DRBE 系統(tǒng)原型。DRBE 系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)模擬具有多個(gè)發(fā)射器和接收器的復(fù)雜射頻環(huán)境。

從那時(shí)起，DRBE 不斷發(fā)展，并被用于各種測(cè)試和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。例如，?2020 年，美國(guó)陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部 (CCDC) 使用 DRBE 進(jìn)行了一系列測(cè)試，以評(píng)估新型電子戰(zhàn)系統(tǒng)在真實(shí)射頻環(huán)境中的性能。

除了軍方使用外，DRBE 還提供給行業(yè)合作伙伴用于測(cè)試和開(kāi)發(fā)目的。例如，在 2020 年，國(guó)家頻譜聯(lián)盟 (NSC) 宣布已與 AFRL 合作，為其成員提供 DRBE 訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限以進(jìn)行測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。

總的來(lái)說(shuō)，DRBE 是模擬和模擬戰(zhàn)場(chǎng)射頻環(huán)境的強(qiáng)大工具，在軍事和國(guó)防工業(yè)中有很多應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜射頻模擬、高性能計(jì)算

DODOS

集成電路( PIC ) 或集成光學(xué)電路是一種微芯片，包含兩個(gè)或多個(gè)構(gòu)成功能電路的光子元件。該技術(shù)檢測(cè)、生成、傳輸和處理光。光子集成電路利用光子（或光粒子），而不是電子集成電路利用的電子。兩者之間的主要區(qū)別在于，光子集成電路為施加在可見(jiàn)光譜或近紅外(850–1650 nm)光波長(zhǎng)上的信息信號(hào)提供功能。它旨在用可集成到各種應(yīng)用中的緊湊高效解決方案取代傳統(tǒng)笨重且昂貴的光學(xué)系統(tǒng)。DODOS 可以被稱(chēng)為光學(xué)頻率控制的潛在革命，因?yàn)樗锌赡芸朔F(xiàn)有模擬光學(xué)系統(tǒng)的許多限制，并實(shí)現(xiàn)以前不可能或不實(shí)用的新應(yīng)用。

DODOS 就是一種使用集成光子學(xué)在單個(gè)芯片上生成和操縱光信號(hào)的技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，DODOS 旨在利用最近在芯片級(jí)鎖模激光器和微諧振器方面取得的突破，這些小型設(shè)備可以生成具有極高頻率和精度的光信號(hào)。通過(guò)將這些設(shè)備與其他必要組件（如光調(diào)制器和非線(xiàn)性光子元件）集成到單個(gè)芯片上，DODOS 希望創(chuàng)建一個(gè)緊湊而高效的解決方案，以生成高度穩(wěn)定和準(zhǔn)確的光信號(hào)。

DODOS 的核心是使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 生成數(shù)字波形，然后使用芯片上的激光器和調(diào)制器陣列將其轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。能夠使用數(shù)字技術(shù)在單個(gè)芯片上生成和操縱光信號(hào)，這提供了比傳統(tǒng)模擬光學(xué)系統(tǒng)更大的控制和靈活性。這種方法允許精確控制光信號(hào)的相位和幅度，可以實(shí)現(xiàn)模擬系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的各種信號(hào)處理和調(diào)制技術(shù)，例如對(duì)光信號(hào)相位和幅度的精確控制。

DODOS 的主要優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)：

能夠?qū)?RF 信號(hào)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性直接轉(zhuǎn)化為光域，從而產(chǎn)生頻率高于 200 太赫茲的激光，相對(duì)精度為 10^15 分之一。這將在高速數(shù)據(jù)通信、雷達(dá)和傳感等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛的應(yīng)用。

其高速和可擴(kuò)展性。通過(guò)利用集成光子學(xué)的高帶寬和低延遲，DODOS 可以生成頻率在太赫茲范圍內(nèi)的光信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)高速通信、雷達(dá)和傳感等應(yīng)用。

高能源效率。由于是全數(shù)字系統(tǒng)，DODOS 可以在比傳統(tǒng)模擬光學(xué)系統(tǒng)更低的功率水平下運(yùn)行，從而降低能耗和散熱。通過(guò)利用集成光子學(xué)的高帶寬和低延遲，DODOS 可以生成頻率在太赫茲范圍內(nèi)的光信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)高速通信、傳感和雷達(dá)應(yīng)用。

DODOS在電信、傳感和信號(hào)處理等領(lǐng)域具有許多潛在的應(yīng)用。例如，它可用于創(chuàng)建用于高速數(shù)據(jù)通信的緊湊高效的光學(xué)收發(fā)器，或用于構(gòu)建用于環(huán)境監(jiān)測(cè)或醫(yī)療診斷的傳感器。

總的來(lái)說(shuō)，DODOS 是一項(xiàng)很有前途的技術(shù)，旨在突破光學(xué)頻率控制的界限，有可能徹底改變我們生成和操縱光信號(hào)的方式，它的發(fā)展可能會(huì)導(dǎo)致各個(gè)領(lǐng)域的重大進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：集成光學(xué)、光學(xué)芯片

<本系列完>

附：DARPA簡(jiǎn)介

DARPA，全稱(chēng)Defense Advanced Research Projects Agency，也就是美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局。從歷史起源來(lái)看，DARPA是典型美蘇冷戰(zhàn)的產(chǎn)物。蘇聯(lián)在1957年率先發(fā)射了人類(lèi)第一顆人造衛(wèi)星Sputnik 1，正式開(kāi)啟了太空時(shí)代。為了和蘇聯(lián)擼起袖子展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)，當(dāng)時(shí)的總統(tǒng)艾森豪威爾在1958年2月7日，聯(lián)合學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和軍方創(chuàng)建了DARPA。承諾從那時(shí)起，美國(guó)將成為戰(zhàn)略技術(shù)意外的發(fā)起者，而不是受害者角色。DARPA 一直不辱使命，堅(jiān)持一項(xiàng)獨(dú)特而持久的使命：對(duì)美國(guó)國(guó)家安全的突破性技術(shù)進(jìn)行關(guān)鍵投資。DARPA屬于典型的軍民融合機(jī)構(gòu)，所以在DARPA成立的50多年來(lái)，投資的項(xiàng)目無(wú)數(shù)，而且相當(dāng)多的項(xiàng)目都超出了軍方的需求。比如我們現(xiàn)在熟知的ARPANET（互聯(lián)網(wǎng)等等前身）、GPS、自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別和我們前幾期提到的波士頓動(dòng)力的多足機(jī)器人都是DARPA投資的杰作。其實(shí)遠(yuǎn)不限于此，現(xiàn)代科技的任何一個(gè)角落，幾乎都有DARPA的影子。《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》稱(chēng) DARPA 是“塑造了現(xiàn)代世界”的機(jī)構(gòu)。

更詳細(xì)介紹請(qǐng)參見(jiàn)：聊聊美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局正在投資的項(xiàng)目(一)