CN109391627A - 一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法 - Google Patents

一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法，该方法在接入服务商的网络接入点采集报文数据，基于TCP传输协议、TLS加密协议的传输特征，以及YouTube分发DASH视频的机制，获得加密传输的YouTube DASH视频的音频片段、视频片段信息以及并行传输特征，与已知视频所具有的传输特征进行比对，如果比对成功，输出识别出的视频信息，否则给出视频不匹配信息。本发明可用于接入服务商识别加密传输的热点视频。

Description

一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法
技术领域
本发明属于网络测量技术领域，尤其涉及一种识别TLS协议加密传输YouTubeDASH视频的方法。
背景技术
接入服务商为了监测用户对网络带宽的需求需要监测视频流媒体占用带宽资源的情况，国家安全部门出于可能的网络安全需求也需要对特定流媒体视频在网络中的分发情况进行监控。但是视频服务商和用户都不可能将信息分享给接入服务商和相关安全部门。传统的方法是接入服务商在数据经过的位置采集报文数据进行分析，获得需要的信息。但是越来越多的视频服务商开始采用加密流量进行数据传输，世界上最大的视频分享服务商YouTube率先对所有视频流进行加密传输，针对市场占有率最高的安卓终端，使用DASH视频传输机制。由于数据加密后，不能再使用深度报文检测的方法分析数据，传统的分析方法无法使用，这给网络管理带来了困难。
在接入点无法通过对加密数据分析识别出视频数据，只能通过数据的传输特性进行分析。但是视频的传输特性是由视频本身，以及数据分发策略、数据传输技术、数据加密协议和网络实际传输能力多种因素共同作用的结果，动态变化的网络传输实况导致同一个视频的传输特性每次都会有变化。但是另一方面，这些因素的共同作用导致数据传输有一定的规律可循。
目前公开文献中针对YouTube加密视频的识别方法利用了YouTube使用的自适应流媒体技术DASH的特点，服务器在视频分发前会按照播放时长对音频数据和视频数据分别切片，音频的每个片段数据量是相等的，但是由于视频内容各不同，基于现有的编码方式，切片后每个视频片段的数据量不同，传输的时候，每个客户端的HTTP请求按照目录顺序请求一系列片段，然后服务器会向客户端发出对应的数据片段，因此对一个视频来说，被切片后的视频片段序列的数据量构成了视频的基本指纹，直观上看相同的视频片段数据量序列可以作为视频识别的基准。
因此已有的方法为针对某个热点视频识别，在测试终端进行视频点播，并同时在网络接入点采集视频流的报文数据。对一个客户请求后的服务器发出的一簇密集的响应报文负载进行累加，认为一簇密集的响应报文对应一个视频的一个片段，以此建立基准数据。当用户点播相同视频的时候，通过在中间节点进行相同的累加分析，如果累加出的分段数据量序列与已知的分段数据量序列相匹配，就识别出了视频。
但是现有的方法存在三个主要问题：(1)YouTube DASH机制中，一个视频播放的时候有两条数据流并行传输，并且音频片段会和视频片段并行传输，现有的识别方法中忽视了数据量较小的音频片段也被累加造成的数据量误差；(2)网络传输总是会存在数据丢包的情况，服务器和客户经过协商会重传丢失的数据包或者放弃重传，现有的识别方法在基准构建和视频识别过程中都不考虑丢包重传造成误差，这导致丢包重传发生时，基准数据和被识别数据都会出现误差，双重的误差导致识别结果匹配的准确性降低；(3)网络信道条件是不断动态变化的，YouTube采用的是自适应的传输机制，因此每次传输时其两条流上视频片段和音频片段的并行传输过程是随着网络状态而不同的，但是现有的方法是通过真实的数据传输建立基准值，实际上被比较的只是某次的传输特征，网络环境变化后同样的视频传输时会有不同的传输特征，因此造成无法识别。上述三个问题导致现有技术方法无法实现对YouTube DASH视频的准确识别。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法，该方法在接入服务商的网络接入点采集报文数据，基于TCP传输协议、TLS加密协议的传输特征，以及YouTube分发DASH视频的机制，获得加密传输的YouTube DASH视频的音频片段、视频片段信息以及并行传输特征，与已知视频所具有的传输特征进行比对，如果比对成功，输出识别出的视频信息，否则给出视频不匹配信息。本发明可用于接入服务商识别加密传输的热点视频。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法，该方法包括以下步骤：
(1)在接入服务商的采集设备上采集报文数据，对获得的报文数据文件进行存储；
(2)遍历数据文件，基于源IP地址、宿IP地址，构建可能的YouTube视频传输IP对列表，然后对IP对列表进行遍历，针对每对IP之间的TLS协议数据，分析所有响应报文，将响应报文的ACK值相同的数据报文整合为一个片段，放入片段列表中，基于片段的特征判断该IP流是否为YouTube DASH视频流并将YouTube DASH片段数据存入YouTube DASH片段数据结构中；
(3)处理YouTube DASH片段传输中出现的中断后续传片段的情况，对所有片段遍历，如果一个片段的响应报文的报头有RST信号，查找后续的片段，并将后一个片段拼接在该片段之后；
(4)对所有YouTube DASH片段的数据量进行统计，对所有片段遍历，将数据量相符的片段标记为音频片段，并从1开始依次给出音频片段编号，记为ai；
(5)对没有标记为音频片段的非音频片段遍历，根据非音频片段的传输时间特征识别出分辨率自适应切换过程，据此确定因为分辨率切换下载的冗余视频片段，对冗余片段不编号，其余的非音频片段为视频片段，并从1开始依次对视频片段进行编号，记为vj；
(6)基于已知视频的视频音、视频片段信息，及其并行传输特征，与本次采集并经过前述1-5步骤处理后获得视频数据进行比对，判断音、视频片段个数、视频的并行传输特征、视频片段数据量是否一致，输出视频识别结果。
进一步，所述步骤(1)中，在接入服务商的采集设备上采集报文数据，对获得的报文数据文件进行存储的方法为:接入服务商通过专门的网络流量采集器将经过特定端口的数据采集并存为报文数据文件。
进一步，所述步骤(2)中，遍历数据文件，基于源IP地址、宿IP地址，构建可能的YouTube视频传输IP对列表，然后对IP对列表进行遍历，针对每对IP之间的TLS协议数据，分析所有响应报文，将响应报文的ACK值相同的数据报文整合为一个片段，放入片段列表中，基于片段的特征判断该IP流是否为YouTube DASH视频流并将YouTube DASH片段数据存入YouTube DASH片段数据结构中的方法如下：
(2.1)遍历报文数据文件中的报文，提取报文的源IP地址、宿IP地址、传输层协议，端口信息，如果一个报文为从接入点内到接入点外的TLS Client Hello报文，而且报文中的Server Name中有“googlevideo”或者“youtubevideo”这两个关键标签，并且报文中的源地址是接入点内地址，目的地址是接入点外地址，报文中的源IP，宿IP，TCP协议三元组是一个可能的YouTube视频传输流，如果当前的YouTube视频流的IP对列表中没有这个三元组信息，将其加入；如果不满足条件，放弃该报文读取下一个报文，依次遍历报文数据文件，构建可能的YouTube视频传输流的IP对列表，指针指向第一个IP对；
(2.2)读取IP对，从报文数据中过滤出该IP对之间的TLS协议数据报文；
(2.3)根据对应于同一个片段的报文，其TCP报头中的ACK值是一样的，据此对数据报文整合，形成片段列表；
(2.4)如果该IP对的片段列表中片段符合如下两个特征：(1)总体片段中的超过1/3片段数据量分布在(150KB，170KB)这个区间内；(2)存在两个TCP流同时传输数据，满足这两个特征，就识别出是一个YouTube DASH视频流，进入步骤(2.5)，否则进入步骤(2.6)；
(2.5)片段数据存入YouTube DASH片段数据结构列表中；
(2.6)如果还有下一个IP对，进入步骤(2.2)，否则结束本次计算。
进一步，所述步骤(3)中，处理YouTube DASH片段传输中出现的中断后续传片段的情况，对所有片段遍历，如果一个片段的响应报文的报头有RST信号，查找后续的片段，并将后一个片段拼接在该片段之后的方法如下：
(3.1)片段指针指向YouTube DASH片段数据链表的第一个片段；
(3.2)读取片段内容；
(3.3)如果当前片段结束时客户端向服务器发出了RST信号，即客户端主动结束数据传输，进入步骤(3.4)，否则进入步骤(3.5)；
(3.4)如果在发出RST信号后，客户端立即重新建立TCP/IP连接，然后再次发出新的请求报文，并得到新的数据，得到的新数据为续传片段，将续传片段拼接在原片段之后，指针指向后续片段，进入步骤(3.5)；如果没有得到续传片段，则直接进入步骤(3.5)；
(3.5)指针后移，如果有下一个片段，进入步骤(3.2)，否则结束遍历。
进一步，步骤(4)中，对所有YouTube DASH片段的数据量进行统计，对所有片段遍历，将数据量相符的片段标记为音频片段，并从1开始依次给出音频片段编号，记为ai的方法如下：遍历片段链表，将片段数据量在(150KB，170KB)之内的标记为音频片段，并从编号a1开始依次编号。
进一步，步骤(5)中，对没有标记为音频片段的非音频片段遍历，根据非音频片段的传输时间特征识别出分辨率自适应切换过程，据此确定因为分辨率切换下载的冗余视频片段，对冗余片段不编号，其余的非音频片段为视频片段，并从1开始依次对视频片段进行编号，记为vj，方法如下：
(5.1)设单独传输累加值AST记录分辨率切换状态，片段指针指向YouTube DASH片段链表中首个非音频片段，AST＝0，视频编号记值＝1；
(5.2)读取当前非音频片段信息；
(5.3)基于当前非音频片段的传输时间判断该片段传输时是否有并行传输的音频片段，如果有，则该片段编号赋值为当前视频编号记值，视频编号记值加1，进入步骤(5.4)，否则标记该片段不编号，AST加1，进入步骤(5.7)；
(5.4)如果AST>0，进入步骤(5.5)，否则进入步骤(5.7)；
(5.5)如果AST>1，该片段被标记为切换高分辨率片段，否则该片段被标记为切换低分辨率；
(5.6)AST＝0；
(5.7)指针后移到下一个非音频片段；
(5.8)如果有非音频片段，进入步骤(5.2)，否则结束本次视频片段编号。
进一步，步骤(6)中，基于已知视频的视频音、视频片段信息，及其并行传输特征，与本次采集并经过前述1-5步骤处理后获得视频数据进行比对，判断音、视频片段个数、视频的并行传输特征、视频片段数据量是否一致，输出视频识别结果，方法如下：
(6.1)读取已知视频的音频片段信息、视频片段信息，及其并行传输特征；
(6.2)经过步骤1至步骤5后，得到待识别视频的音频片段个数Na、视频片段个数Nv，计算音频片段个数的相对误差绝对值视频片段个数的相对误差绝对值如果这两个值都小于阈值，则进入步骤(6.3)，否则进入步骤(6.6)，其中，Na_fingerprint为已知音频片段个数，Nv_fingerpingt为已知视频片段个数；
(6.3)如果待识别视频的并行传输组合为已知视频的可以并行传输片段组合的子集，则进入步骤(6.4)，否则进入步骤(6.6)；
(6.4)计算待识别视频片段数据量与已知视频数据量的相对误差绝对值，并且计算带权重误差总分；
(6.5)如果得分小于阈值，则当前视频与已知视频判断为一个视频，比对成功，输出识别出的视频信息，进入步骤(6.7)，否则进入步骤(6.6)；
(6.6)输出视频不匹配信息，进入步骤(6.7)；
(6.7)结束本次识别。
进一步，步骤(6.3)中，待识别视频的并行传输组合判断方法如下：假设视频片段a的请求时间为Ta_b，传输截至时间为Ta_e，音频片段b的请求时间为Tb_b，传输截至时间为Tb_e，如果关系式(Ta_b≥Tb_b AND Ta_b<Tb_e)OR(Ta_e>Tb_b AND Ta_e≤Tb_e)OR(Tb_b>Ta_b AND Tb_b<Ta_e)OR(Tb_e>Ta_b AND Tb_e<Ta_e)结果为真，则这两个片段为并行传输组合。
进一步，步骤(6.4)中，计算待识别视频片段数据量与已知视频数据量的相对误差绝对值，并且计算带权重误差总分，方法如下：
(6.4.1)假设视频片段编号从1到n，设置视频片段权重初始值为W1，…，Wn，通过加总得到计算片段i的权重值
(6.4.2)对测量获得的第i个视频片段数据量L″i进行偏差修正的计算公式为其中，L′i为修正后的第i个视频片段数据量，L″i为步骤(5)中获得的待识别视频的视频片段数据量；
(6.4.3)计算待识别视频和已知视频各视频片段数据量相对误差绝对值其中，L′i为待识别的第i个视频片段数据量的修正值，Li为已知视频的第i个视频片段数据量，最终得分为所有相对误差绝对值与片段权重乘积的相加
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
(1)本发明针对使用TLS协议加密传输的YouTube DASH视频，TLS是因特网上广泛应用的构建在TCP传输协议之上的安全传输协议，YouTube是世界上最大的流媒体分享服务商，DASH是专门针对运动图像和语音压缩制定国际标准的组织动态图像专家组MPEG推出的自适应流媒体技术，YouTube应用DASH技术提供针对安卓终端的流媒体视频。本发明提炼了这些技术和服务商的在视频分发应用上的有机组合所构成的特征并作为本发明的技术基础。
(2)本发明充分利用了视频分发所应用的关键技术特征，区分音频片段和视频片段，识别了传输过程中发生的片段传输中断的情况，也修正了由于加密协议造成的数据量统计偏差，这些技术细节的利用提高了本发明识别的准确性，同时，这些针对传输过程的动态变化修正，也使得本发明技术可以在网络环境动态变化的时候仍然得以适用。
附图说明
图1为本发明方法的总体流程图；
图2为对服务器到客户端的数据分片段流程图；
图3为对视频断点续传的片段进行处理流程图；
图4为识别分辨率切换状态变化并给视频片段编号流程图；
图5将待识别视频的传输特征与已知视频所具有的传输特征进行比对的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法包括以下步骤：
(1)在接入服务商的采集设备上采集报文数据，对获得的报文数据文件进行存储；
(2)遍历数据文件，基于源IP地址、宿IP地址，构建可能的YouTube视频传输IP对列表，然后对IP对列表进行遍历，针对每对IP之间的TLS协议数据，分析所有响应报文，将响应报文的ACK值相同的数据报文整合为一个片段，放入片段列表中，基于片段的特征判断该IP流是否为YouTube DASH视频流并将YouTube DASH片段数据存入YouTube DASH片段数据结构中；其中，发出数据的是源IP地址，接收数据的是宿IP地址。
(3)处理YouTube DASH片段传输中出现的中断后续传片段的情况，对所有片段遍历，如果一个片段的响应报文的报头有RST信号，查找后续的片段，并将后一个片段拼接在该片段之后；
(4)对所有YouTube DASH片段的数据量进行统计，对所有片段遍历，将数据量相符的片段标记为音频片段，并从1开始依次给出音频片段编号，记为ai；
(5)对没有标记为音频片段的非音频片段遍历，根据非音频片段的传输时间特征识别出分辨率自适应切换过程，据此确定因为分辨率切换下载的冗余视频片段，对冗余片段不编号，其余的非音频片段为视频片段，并从1开始依次对视频片段进行编号，记为vi；
(6)基于已知视频的视频音、视频片段信息，及其并行传输特征，与本次采集并经过前述1-5步骤处理后获得视频数据进行比对，判断音、视频片段个数、视频的并行传输特征、视频片段数据量是否一致，输出视频识别结果。
本发明方法的一个实施例中，步骤(1)在接入服务商的采集设备上采集报文数据，对获得的报文数据文件进行存储的方法为：接入服务商通过专门的网络流量采集器将经过特定端口的数据采集并存为报文数据文件。
本发明方法的一个实施例中，步骤(2)中，遍历数据文件，基于源IP、宿IP地址，构建可能的YouTube视频传输IP对列表，然后对IP对列表进行遍历，针对每对IP之间的TLS协议数据，分析所有响应报文，将响应报文的ACK值相同的数据报文整合为一个片段，放入片段列表中，基于片段的特征判断该IP流是否为YouTube DASH视频流并将YouTube DASH片段数据存入YouTube DASH片段数据结构中的方法如下：
(2.1)遍历报文数据文件中的报文，提取报文的源IP地址、宿IP地址、传输层协议，端口信息，如果一个报文为从接入点内到接入点外的TLS Client Hello报文，而且这个报文中的Server Name中有“googlevideo”或者“youtubevideo”这两个关键标签，并且这个报文中的源地址是接入点内地址，目的地址是接入点外地址，这个报文中的(源IP，宿IP，TCP协议)三元组是一个可能的YouTube视频传输流，如果当前的YouTube视频流的IP对列表中没有这个三元组信息，就将其加入，如果不满足条件，放弃该报文读取下一个报文。依次遍历报文数据文件，构建可能的YouTube视频传输流的IP对列表，指针指向第一个IP对；
(2.2)读取IP对，从报文数据中过滤出该IP对之间的TLS协议数据报文；
(2.3)一个片段被服务器发送给客户时，会根据传输链路的限制被分成若干个数据报文，处理程序必须将这些报文重新整合成完整的片段。由于数据被加密，从数据载荷无法判断是否属于同一个片段，但是这些数据报文的一个特征是，对应于同一个片段的报文，其TCP报头中的ACK值是一样的。据此对数据报文整合，形成片段列表；
(2.4)如果该IP对的片段列表中片段符合如下两个特征：(1)总体片段中的超过1/3片段数据量分布在(150KB，170KB)这个区间内；(2)存在两个TCP流同时传输数据。满足这两个特征就识别出这是一个YouTube DASH视频流，进入步骤(2.5)，否则进入步骤(2.6)；
(2.5)片段数据存入YouTube DASH片段数据结构列表中；
(2.6)如果还有下一个IP对，进入步骤(2.2)，否则结束本次计算。
在一个实例中，找到IP对74.125.157.175(server)和172.28.134.2(client)之间的数据传输是YouTube DASH视频数据。
本发明方法的一个实施例中，步骤(3)中，处理YouTube DASH片段传输中出现的中断后续传片段的情况，对所有片段遍历，如果一个片段的响应报文的报头有RST信号，查找后续的片段，并将后一个片段拼接在该片段之后方法如下：
(3.1)片段指针指向YouTube DASH片段数据链表的第一个片段；
(3.2)读取片段内容；
(3.3)使用TLS协议加密传输YouTue DASH时，有些情况下，客户端会主动中断TCP传输连接(发出RST信号)并很快重新请求一个新的连接。据此如果当前片段结束时客户端向服务器发出了RST信号，这说明客户端主动结束数据传输，进入步骤(3.4)，否则进入步骤(3.5)；
(3.4)如果在发出RST信号后，客户端立即重新建立TCP/IP连接，然后再次发出新的请求报文，并得到新的数据，得到的新数据为续传片段，将续传片段拼接在原片段之后，指针指向后续片段，进入步骤(3.5)；如果没有得到续传片段，则直接进入步骤(3.5)；
(3.5)指针后移，如果有下一个片段，进入步骤(3.2)，否则结束遍历。
在这个实例中，找到IP对74.125.157.175(server)和172.28.134.2(client)之间的数据传输是YouTube DASH视频数据，获得的数据分段主要情况如下表所示：
本发明方法的一个实施例中，步骤(4)中对所有YouTube DASH片段的数据量进行统计，对所有片段遍历，将数据量相符的片段标记为音频片段，并依次给出音频片段编号的方法如下：
YouTube对视频和音频压缩方法不同，一个视频被切分后，视频片段的数据量不一样，而音频片段的数据量是相同的，都是160KB，但是由于加密的原因音频片段数据量会在20KB的小范围波动，因此片段数据量在(150KB，170KB)之间的片段为音频片段，遍历片段链表，将片段数据量在(150KB，170KB)之内的片段标记为音频片段，并从1开始依次编号为a1,a2,……ai；。
本发明方法的一个实施例中，步骤(5)中，对没有标记为音频片段的各片段遍历，这些片段被称为非音频片段，根据非音频片段的传输时间特征识别出分辨率自适应切换过程，由于自适应机制导致的不在终端播放的视频片段不编号，其余的非音频片段为视频片段，依次编号为v1,v2,……vj，方法如下：
(5.1)正常情况有两个TCP流并行传输，但是在分辨率切换的时候会出现单独传输的片段，此时会出现多余的视频片段被传输，为识别这些片段并做标记，设单独传输累加值AST记录分辨率切换状态，片段指针指向YouTube DASH片段链表中首个非音频片段，AST＝0，视频编号记值＝1；
(5.2)读取当前非音频片段信息；
(5.3)基于当前非音频片段的传输时间判断该片段传输时是否有并行传输的音频片段，如果有，则该片段编号赋值为当前视频编号记值，视频编号记值加1，进入步骤(5.4)，否则标记该片段不编号，AST加1，进入步骤(5.7)；
(5.4)如果AST>0，进入步骤(5.5)，否则进入步骤(5.7)；
(5.5)如果AST>1，该片段被标记为切换高分辨率片段，否则该片段被标记为切换低分辨率；
(5.6)AST＝0；
(5.7)指针后移到下一个非音频片段；
(5.8)如果有非音频片段，进入步骤(5.2)，否则结束本次视频片段编号。
该实例中，经过步骤4识别出音频片段并编号为a1,……,a6，步骤5识别出视频片段并编号为v1,……,v5，获得各音频片段、视频片段主要信息如下表所示：
本发明方法的一个实施例中，步骤(6)中，基于已知视频的视频音、视频片段信息，及其并行传输特征，与本次采集并经过前述1-5步骤处理后获得视频数据进行比对，判断音、视频片段个数、视频的并行传输特征、视频片段数据量是否一致，输出视频识别结果，方法如下：
(6.1)读取已知视频的音频片段信息、视频片段信息，及其并行传输特征；
本发明的一个实施例中，对待识别视频是否为一个已知的热点视频进行判断，读取得到的热点视频的信息为，音频片段个数为6，记为Na_fingerprint＝6，视频片段个数为5，记为Nv_fingerpingt＝5，可以并行传输的片段组合为：(v1,a1)，(v1,a2)，(v2,a3)，(v3,a4)，(v4,a5)，(v5,a6)，(v2,a2)，(v3,a3)，(v4,a4)，(v5,a5)。
各分辨率下的已知视频的视频片段数据量为：
(6.2)经过步骤1至步骤5后，得到待识别视频的音频片段个数Na、视频片段个数Nv，计算音频片段个数的相对误差绝对值视频片段个数的相对误差绝对值如果这两个值都小于阈值，则进入步骤(6.3)，否则进入步骤(6.6)；
本发明的一个实施例中，待识别视频的音频片段个数为6个，视频片段个数为5个，阈值为5％，步骤(6.1)中读出的已知视频音频片段个数为6，视频片段个数为5。本实施例中设置音频片段和视频片段个数的相对误差绝对值阈值为5％，此时音频片段个数的相对误差绝对值、视频片段个数的相对误差绝对值都为0，进入(6.3)。
(6.3)如果待识别视频的并行传输组合为已知视频的可以并行传输片段组合的子集，则进入步骤(6.4)，否则进入步骤(6.6)；
待识别视频的并行传输组合基于步骤(5)所得的片段信息，如果视频片段a和音频片段b的源、宿IP相同，服务器端的端口相同，传输协议相同，只有客户端的端口不同，而且这两个片段的传输时间存在一定的重叠，就为并行传输片段。具体的判断方法为，假设片段a的请求时间为Ta_b，传输截至时间为Ta_e，片段b的请求时间为Tb_b，传输截至时间为Tb_e，如果关系式(Ta_b≥Tb_b AND Ta_b<Tb_e)OR(Ta_e>Tb_b AND Ta_e≤Tb_e)OR(Tb_b>Ta_b AND Tb_b<Ta_e)OR(Tb_e>Ta_b AND Tb_e<Ta_e)结果为真，则这两个片段为并行传输组合。
本发明的一个实施例中，获得的该视频的并行传输组合为：(v1,a1)，(v2,a2)，(v3,a3)，(v3,a4)，(v4,a5)，(v5,a5)，(v5,a6)。与步骤(6.1)中读取的已知视频的可并行传输组合进行比较，该视频的并行传输组合为已知视频的并行传输组合的子集，进入步骤(6.4)；
(6.4)计算待识别视频片段数据量与已知视频数据量的相对误差绝对值，并且计算带权重误差总分；
数据量比较时分别计算从起始片段向后的25个片段相对误差绝对值，如果片段数小于25个片段就全部片段都计算。
具体的计算方法为，假设视频片段编号从1到n，设置视频片段权重初始值为W1，…，Wn，通过加总得到计算片段i的权重值在实施时，视频片段权重初始值1～5段为1，6～10段为0.8,11～15段为0.6,16～20段为0.4,21～25段为0.2。
实际传输中的视频片段数据量比对应的视频指纹中的片段数据量略大,因为传输时数据是经过加密的，由多个TLS加密协议数据块组成，每个数据块有5个字节的TLS头部，这个头部不应该在总数据量中，此外传输时视频数据开始有一个超文本传输协议HTTP的头部，这个头部也不应该在总数据量中，计算的时候需要把这两个偏差进行修正。对测量获得的第i个视频片段数据量L″i进行偏差修正的计算公式为L′i＝L″i-其中，L′i为修正后的第i个视频片段数据量，L″i为步骤5中获得的待识别视频的视频片段数据量。
计算待识别视频和已知视频各视频片段数据量相对误差绝对值其中，L′i为待识别的第i个视频片段数据量的修正值，Li为已知视频的第i个视频片段数据量。最终得分为所有相对误差绝对值与片段权重乘积的加总
本发明的一个实施例中，待识别v视频片段有5段，视频片段权重初始值为W1，…，W5都为1，通过加总得到wa＝5，计算片段i的权重值这些片段的权重值都为20。下表为视频片段权重初始值和计算所得的权重值：
视频片段编号 1 2 3 4 5
视频片段权重初始值 1 1 1 1 1
视频片段计算所得权重 20 20 20 20 20
对待识别视频片段数据量进行修正，修正后的视频片段数据量为：
视频片段编号 1 2 3 4 5
加密传输片段数据量(KB) 304.90 304.27 304.83 352.02 370.36
视频片段数据量的修正值(KB) 304.31 303.69 304.24 351.42 369.75
计算待识别视频和已知视频片段数据量的相对误差绝对值：
计算得到带权重误差总分V＝0.1393。
(6.5)如果最终得分V小于10，则当前视频与已知视频判断为一个视频，比对成功，输出识别出的视频信息，进入步骤(6.7)，否则进入步骤(6.6)；
本发明的一个实施例中，V＝0.1393，说明视频片段数据量接近，由于网络传输同一个视频的时候，其传输信道的性能总是在变化，丢包以及相对应的服务器响应都会变化，数据量不会完全一致，达到一定的相似度就可以认为两个视频是匹配的。比对成功，输出被比对的已知视频信息，进入步骤6.7；
(6.6)输出视频不匹配信息，进入步骤(6.7)；
(6.7)结束本次识别。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在接入服务商的采集设备上采集报文数据，对获得的报文数据文件进行存储；
(2)遍历数据文件，基于源IP地址、宿IP地址，构建可能的YouTube视频传输IP对列表，然后对IP对列表进行遍历，针对每对IP之间的TLS协议数据，分析所有响应报文，将响应报文的ACK值相同的数据报文整合为一个片段，放入片段列表中，基于片段的特征判断该IP流是否为YouTube DASH视频流并将YouTube DASH片段数据存入YouTube DASH片段数据结构中；
(3)处理YouTube DASH片段传输中出现的中断后续传片段的情况，对所有片段遍历，如果一个片段的响应报文的报头有RST信号，查找后续的片段，并将后一个片段拼接在该片段之后；
(4)对所有YouTube DASH片段的数据量进行统计，对所有片段遍历，将数据量相符的片段标记为音频片段，并从1开始依次给出音频片段编号，记为ai；
(5)对没有标记为音频片段的非音频片段遍历，根据非音频片段的传输时间特征识别出分辨率自适应切换过程，据此确定因为分辨率切换下载的冗余视频片段，对冗余片段不编号，其余的非音频片段为视频片段，并从1开始依次对视频片段进行编号，记为vj；
(6)基于已知视频的视频音、视频片段信息，及其并行传输特征，与本次采集并经过前述(1)-(5)步骤处理后获得视频数据进行比对，判断音、视频片段个数、视频的并行传输特征、视频片段数据量是否一致，输出视频识别结果。
2.根据权利要求1所述的一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在接入服务商的采集设备上采集报文数据，对获得的报文数据文件进行存储的方法为:接入服务商通过专门的网络流量采集器将经过特定端口的数据采集并存为报文数据文件。
3.根据权利要求1所述的一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，遍历数据文件，基于源IP地址、宿IP地址，构建可能的YouTube视频传输IP对列表，然后对IP对列表进行遍历，针对每对IP之间的TLS协议数据，分析所有响应报文，将响应报文的ACK值相同的数据报文整合为一个片段，放入片段列表中，基于片段的特征判断该IP流是否为YouTube DASH视频流并将YouTube DASH片段数据存入YouTube DASH片段数据结构中的方法如下：
(2.1)遍历报文数据文件中的报文，提取报文的源IP地址、宿IP地址、传输层协议，端口信息，如果一个报文为从接入点内到接入点外的TLS Client Hello报文，而且报文中的Server Name中有“googlevideo”或者“youtubevideo”这两个关键标签，并且报文中的源地址是接入点内地址，目的地址是接入点外地址，报文中的源IP，宿IP，TCP协议三元组是一个可能的YouTube视频传输流，如果当前的YouTube视频流的IP对列表中没有这个三元组信息，将其加入；如果不满足条件，放弃该报文读取下一个报文，依次遍历报文数据文件，构建可能的YouTube视频传输流的IP对列表，指针指向第一个IP对；
(2.2)读取IP对，从报文数据中过滤出该IP对之间的TLS协议数据报文；
(2.3)根据对应于同一个片段的报文，其TCP报头中的ACK值是一样的，据此对数据报文整合，形成片段列表；
(2.4)如果该IP对的片段列表中片段符合如下两个特征：(1)总体片段中的超过1/3片段数据量分布在(150KB，170KB)这个区间内；(2)存在两个TCP流同时传输数据，满足这两个特征，就识别出是一个YouTube DASH视频流，进入步骤(2.5)，否则进入步骤(2.6)；
(2.5)片段数据存入YouTube DASH片段数据结构列表中；
(2.6)如果还有下一个IP对，进入步骤(2.2)，否则结束本次计算。
4.根据权利要求1所述的一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，处理YouTube DASH片段传输中出现的中断后续传片段的情况，对所有片段遍历，如果一个片段的响应报文的报头有RST信号，查找后续的片段，并将后一个片段拼接在该片段之后的方法如下：
(3.1)片段指针指向YouTube DASH片段数据链表的第一个片段；
(3.2)读取片段内容；
(3.3)如果当前片段结束时客户端向服务器发出了RST信号，即客户端主动结束数据传输，进入步骤(3.4)，否则进入步骤(3.5)；
(3.4)如果在发出RST信号后，客户端立即重新建立TCP/IP连接，然后再次发出新的请求报文，并得到新的数据，得到的新数据为续传片段，将续传片段拼接在原片段之后，指针指向后续片段，进入步骤(3.5)；如果没有得到续传片段，则直接进入步骤(3.5)；
(3.5)指针后移，如果有下一个片段，进入步骤(3.2)，否则结束遍历。
5.根据权利要求1所述的一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法，其特征在于，步骤(4)中，对所有YouTube DASH片段的数据量进行统计，对所有片段遍历，将数据量相符的片段标记为音频片段，并从1开始依次给出音频片段编号，记为ai的方法如下：遍历片段链表，将片段数据量在(150KB，170KB)之内的标记为音频片段，并从编号a1开始依次编号。
6.根据权利要求1所述的一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法，其特征在于，步骤(5)中，对没有标记为音频片段的非音频片段遍历，根据非音频片段的传输时间特征识别出分辨率自适应切换过程，据此确定因为分辨率切换下载的冗余视频片段，对冗余片段不编号，其余的非音频片段为视频片段，并从1开始依次对视频片段进行编号，记为vj，方法如下：
(5.1)设单独传输累加值AST记录分辨率切换状态，片段指针指向YouTube DASH片段链表中首个非音频片段，AST＝0，视频编号记值＝1；
(5.2)读取当前非音频片段信息；
(5.3)基于当前非音频片段的传输时间判断该片段传输时是否有并行传输的音频片段，如果有，则该片段编号赋值为当前视频编号记值，视频编号记值加1，进入步骤(5.4)，否则标记该片段不编号，AST加1，进入步骤(5.7)；
(5.4)如果AST>0，进入步骤(5.5)，否则进入步骤(5.7)；
(5.5)如果AST>1，该片段被标记为切换高分辨率片段，否则该片段被标记为切换低分辨率；
(5.6)AST＝0；
(5.7)指针后移到下一个非音频片段；
(5.8)如果有非音频片段，进入步骤(5.2)，否则结束本次视频片段编号。
7.根据权利要求1所述的一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法，其特征在于，步骤(6)中，基于已知视频的视频音、视频片段信息，及其并行传输特征，与本次采集并经过前述1-5步骤处理后获得视频数据进行比对，判断音、视频片段个数、视频的并行传输特征、视频片段数据量是否一致，输出视频识别结果，方法如下：
(6.1)读取已知视频的音频片段信息、视频片段信息，及其并行传输特征；
(6.2)经过步骤1至步骤5后，得到待识别视频的音频片段个数Na、视频片段个数Nv，计算音频片段个数的相对误差绝对值视频片段个数的相对误差绝对值如果这两个值都小于阈值，则进入步骤(6.3)，否则进入步骤(6.6)，其中，Na_fingerprint为已知音频片段个数，Nv_fingerpingt为已知视频片段个数；
(6.3)如果待识别视频的并行传输组合为已知视频的可以并行传输片段组合的子集，则进入步骤(6.4)，否则进入步骤(6.6)；
(6.4)计算待识别视频片段数据量与已知视频数据量的相对误差绝对值，并且计算带权重误差总分；
(6.5)如果得分小于阈值，则当前视频与已知视频判断为一个视频，比对成功，输出识别出的视频信息，进入步骤(6.7)，否则进入步骤(6.6)；
(6.6)输出视频不匹配信息，进入步骤(6.7)；
(6.7)结束本次识别。
8.根据权利要求7所述的一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法，其特征在于，步骤(6.3)中，待识别视频的并行传输组合判断方法如下：假设视频片段a的请求时间为Ta_b，传输截至时间为Ta_e，音频片段b的请求时间为Tb_b，传输截至时间为Tb_e，如果关系式(Ta_b≥Tb_b AND Ta_b<Tb_e)OR(Ta_e>Tb_b AND Ta_e≤Tb_e)OR(Tb_b>Ta_b AND Tb_b<Ta_e)OR(Tb_e>Ta_b AND Tb_e<Ta_e)结果为真，则这两个片段为并行传输组合。
9.根据权利要求7所述的一种识别TLS协议加密传输YouTube DASH视频的方法，其特征在于，步骤(6.4)中，计算待识别视频片段数据量与已知视频数据量的相对误差绝对值，并且计算带权重误差总分，方法如下：
(6.4.1)假设视频片段编号从1到n，设置视频片段权重初始值为W1，…，Wn，通过加总得到计算片段i的权重值
(6.4.2)对测量获得的第i个视频片段数据量L″i进行偏差修正的计算公式为其中，L′i为修正后的第i个视频片段数据量，L″i为步骤(5)中获得的待识别视频的视频片段数据量；
(6.4.3)计算待识别视频和已知视频各视频片段数据量相对误差绝对值其中，L′i为待识别的第i个视频片段数据量的修正值，Li为已知视频的第i个视频片段数据量，最终得分为所有相对误差绝对值与片段权重乘积的相加
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