CN110392051A - 一种基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法，属于移动数据安全技术领域。依托系统包含隐蔽消息嵌入模块及隐蔽消息提取模块；隐蔽消息嵌入模块包括消息分组单元、码字计算单元、码字‑符号转换单元、丢弃数据包序号计算单元及数据包传输控制单元；隐蔽消息提取模块包括数据包序号监测单元、符号提取单元、符号‑码字转换单元、码字鉴别单元以及隐蔽消息组合单元；所述隐通道鲁棒构建方法包括隐蔽消息嵌入模以及隐蔽消息提取模块的工作过程；隐蔽消息提取模块只能提取出由隐蔽消息嵌入模块所嵌入的数据。所述构建方法实现了隐蔽消息嵌入，无需额外传输同步，不会导致数据乱序；嵌入过程具有抗检测能力；降低传输过程中网络噪声的影响。

Description

一种基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法

技术领域

本发明涉及一种基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法，尤其涉及一种移动视频通话场景下基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法，属于移动数据安全技术领域。

背景技术

隐通道是在合法的通信信道之外，实现数据隐蔽传输的通信模式。在信息系统中，隐通道可以控制系统中的共享资源，打破设定的安全机制，在无法被检测的前提下传输隐蔽消息。

根据载体的性质，隐通道可以被划分为时间隐通道与存储隐通道。时间隐通道利用基于时间编码的信号发送数据，而存储隐通道则是直接或间接写入特定的存储位置实现数据传输，时间隐通道相较于存储隐通道具有隐蔽性好、抗检测能力强的特点。存储隐通道直接将隐蔽消息附加在现有信道中，在原始数据传输速率高的场景中具有较好的传输性能，但在隐蔽性方面存在不足，在特定的传输环境中难以应用。时间隐通道利用了现有信道自身的时间特征，现有信道在嵌入前后的时间特征是相似的，无法直接将其区分，在实际的应用中具有重要地位。

在移动互联网环境下，网络稳定性受传输距离、信号干扰情况等多重因素影响，出现丢包及抖动的情况比较普遍。尤其是在视频通话场景下，为确保数据包在核心网络中的可靠传输，视频中的每一帧被分配到多个RTP数据包中进行传输，而基于UDP的RTP无法保证所有数据包都能送达，在实际应用中存在数据包丢失的情况。此外，受到终端设备处理能力、电磁信号干扰等众多因素影响，视频通话过程中丢包事件是不可避免的，也为基于主动丢包的时间隐通道提供了构造基础。相较于存储隐通道，时间隐通道的信噪比较低、受噪声干扰严重，在时间隐通道的设计中应当包含鲁棒性策略，降低传输过程中的误码率。

基于VNC的隐通道方法设计了一种云平台及终端之间端到端的隐通道，通过消息转换模块、消息发送模块及消息反馈接收模块，实现了VNC会话中，目标图像数据的嵌入、提取及显示；该专利与本方法的差异主要在应用环境及隐蔽消息嵌入方法两个方面，其中本方法用于移动视频通话场景，通过控制数据包传输调度，以主动丢弃特定数据包的方式实现数据嵌入；而该专利应用于VNC会话中，在传输特征及传输模式上与移动视频通话存在较大差异，且目标数据被直接嵌入到数据包负载中。IP时间隐通道方法设计了一种IP环境下的二维时间隐通道，通过数据包传输间隔与数据比特的映射关系实现隐蔽消息的嵌入与提取；该方法面向IP网络环境，其数据包传输间隔的分布特征与移动视频通话场景的特征相比没有明确的规律；该方法通过调整数据包的时间间隔实现嵌入，与本方法的主动丢包策略存在根本上的区别。结合纠错码的IP隐通道方法是一种IP环境下低误码率的时间隐通道构建途径，通过结合纠错编码，保证传输过程中的准确性；该方案与本方法的区别，是本方法采用多级码字校验的模式确保鲁棒性，而不是纠错码，并且本方法通过丢弃特定数据包而不是调整数据包时间间隔实现嵌入。

在移动视频通话场景下，为确保较小的通话延迟，采用了基于UDP的RTP传输协议且没有设计重传措施，在不稳定的无线网络环境中，会出现随机丢包现象。此外视频通话过程中数据包发送密度大，数据冗余度较高，即使丢失少量数据包，也不会导致通话质量产生较大损失。

发明内容

本发明的目的是针对移动视频通话场景下，时间隐通道的构建方案不完善、鲁棒性策略有待改进的实际情况，提出了一种基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法。

本发明的核心思想是：通过主动丢弃特定的数据包来构建时间隐通道；隐通道构造过程中主动丢弃的数据包少于传输过程中的丢包噪声，在该时间隐通道构建中采取多级校验策略，逐级筛选符合规则的丢包事件，降低误码率；此外，视频通话过程中的丢包特征，会随着网络状态改变，通过分散丢包位置，减弱时间隐通道产生的影响。

所述时间隐通道鲁棒构建方法依托的系统，包含隐蔽消息嵌入模块及隐蔽消息提取模块；

其中，隐蔽消息嵌入模块又包括消息分组单元、码字计算单元、码字-符号转换单元、丢弃数据包序号计算单元以及数据包传输控制单元；

所述消息分组单元用于将隐蔽消息按照设定的参数划分为不同的消息分组，用于组合形成不同的码字，进而在不同的传输分组中分别进行处理；消息对应的是待发送的二进制数据流；消息分组对应的是根据设定的长度，由隐蔽消息中切分出的消息片段；

所述码字计算单元用于码字生成阶段，在消息分组的基础上，计算组间校验信息及自校验信息，并作为码字的一部分，与消息分组共同组成码字；码字是独立的二进制传输单元，由消息分组及校验信息组成；

所述码字-符号转换单元用于将码字转换为传输分组中的符号，符号对应的是要丢弃的数据包在传输分组中的编号，在转换过程中引入偏移量，消除转换过程中的线性相关性；二进制码字首先转换为十进制格式，然后引入偏移量进行计算，得到最终的码字；

所述丢弃数据包序号计算单元用于将每个传输分组的符号转换为待丢弃的数据包序号，根据数据包序号与传输分组的对应关系，计算出符号对应的数据包序号；

所述数据包传输控制单元用于控制数据包发送过程及反馈数据流特征，根据丢弃数据包序号计算单元计算出的数据包序号，传输控制单元将目标数据包直接丢弃，同时将数据包中的特征信息反馈给码字-符号转换单元，用于生成偏移量；

隐蔽消息提取模块又包括数据包序号监测单元、符号提取单元、符号-码字转换单元、码字鉴别单元以及隐蔽消息组合单元；

所述数据包序号监测单元用于监测接收到的数据包序号及特征信息，并提取出丢失的数据包序号用于获取符号信息，同时获取的特征信息用于计算偏移量；

所述符号提取单元用于从丢失数据包的序号中提取出符号信息，根据设定的符号与数据包序号的对应关系，由丢失的数据包序号中提取出传输分组的组号及符号信息；

所述符号-码字转换单元用于将符号转换为码字，并将隐蔽消息嵌入模块引入的偏移量消除；

所述码字鉴别单元用于在候选的码字中筛选出符合校验规则的码字，根据码字自校验信息及组间校验信息，筛选出符合校验规则的码字组合；

所述隐蔽消息组合单元用于组合出隐蔽消息，按照发送顺序将码字中的消息分组组合，生成接收到的隐蔽消息；

所述时间隐通道鲁棒构建方法依托的系统中各单元的连接关系如下：

隐蔽消息与消息分组单元相连；待发送的数据包与数据包传输控制单元相连；消息分组单元与码字计算单元相连；码字计算单元与码字-符号转换单元相连；码字-符号转换单元与丢弃数据包序号计算单元相连；丢弃数据包序号计算单元与数据包传输控制单元相连；数据包传输控制单元与发送的数据包及码字-符号转换单元相连；接收的数据包与数据包序号监测单元相连；数据包序号监测单元与符号提取单元以及符号-码字转换单元相连；符号提取单元与符号-码字转换单元相连；符号-码字转换单元与码字鉴别单元相连；码字鉴别单元与隐蔽消息组合单元相连；隐蔽消息组合单元与隐蔽消息相连；

一种基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法包括隐蔽消息嵌入模块的工作过程以及隐蔽消息提取模块的工作过程两部分，两者依存关系如下：只有隐蔽消息提取模块能够还原出隐蔽消息嵌入模块嵌入的数据；隐蔽消息提取模块只能提取出由隐蔽消息嵌入模块所嵌入的数据；

其中，隐蔽消息嵌入模块的工作过程包括以下步骤：

步骤一，消息分组单元将隐蔽消息按照设定的参数切分为消息分组；

其中，设定的参数指隐蔽消息转换为二进制格式后，切分出的消息分组的二进制位数；每个隐蔽消息的消息分组在嵌入过程中是单独进行处理的；

步骤二、码字计算单元将步骤一切分后的每个消息分组生成对应的一个码字，再按照设定的参数计算组间校验信息及自校验信息，并生成码字；

其中，设定的参数包括组间校验信息的二进位数、自校验信息的二进制位数以及计算唯一性信息采取的算法；

其中，组间校验信息的生成过程如下：

步骤二.A1，自第一个传输分组开始，依次拼接传输分组中对应的消息分组及组间校验信息，直到当前传输分组对应的消息分组拼接完成为止；其中，消息分组由步骤一得到；

步骤二.A2，对步骤二.A1的拼接结果，进行唯一性计算；

其中，唯一性计算采用的算法由参数“计算唯一性信息采取的算法”设定，包含但不限于MD5、SHA1、SHA-256、SHA-512、CRC16以及CRC32算法；

步骤二.A3，从步骤二.A2得到的结果中截取出二进制的组间校验信息；

其中，截取的二进制位数由参数“组间校验信息的二进位数”设定；截取的位置由步骤二.A2结果二进制的最后一位开始；

步骤二.A得到的组间校验信息，对应的是多级校验策略的中的第一级校验策略；

其中，自校验信息的生成过程如下：

步骤二.B1，将本传输分组中的消息分组及组间校验信息按序进行二进制拼接；其中，消息分组由步骤一得到，组间校验信息由步骤二.A3得到；

步骤二.B2，对步骤二.B1中的拼接结果，进行唯一性计算；

其中，唯一性计算采用的算法由参数“计算唯一性信息采取的算法”设定，包含但不限于MD5、SHA1、SHA-256、SHA-512、CRC16以及CRC32算法；

步骤二.B3，从步骤二.B2计算得到的结果中，截取出自校验信息；其中，自校验信息的二进制位数由参数“自校验信息的二进制位数”设定；截取的位置由步骤二.B2结果的最后一位开始；

步骤二.B得到的自校验信息，对应的是多级校验策略的中的第二级校验策略；

其中，码字的生成过程如下：

步骤二.C，将本传输分组对应的消息分组、组间校验信息、自校验信息按照二进制顺序进行拼接，得到本传输分组的码字；其中，消息分组来自步骤一，组间校验信息来自步骤二.A3，自校验信息来自步骤二.B3；

步骤三，码字-符号转换单元将步骤二生成的码字转换为符号；

其中，码字是包含消息分组、组件校验信息及自校验信息的二进制序列，由步骤二.C生成；符号是要丢弃的数据包序号在传输分组中的编号，且符号中包含了唯一的偏移量；

其中，每个符号的偏移量由伪随机数生成器迭代得到；

其中，伪随机数生成器的种子是本次通话的特征信息，包含但不限于RTP包头中的SSRC字段及时间戳字段；

步骤四，丢弃数据包序号计算单元将步骤三输出的符号转换为要丢弃的数据包序号；

其中，将步骤三输出的符号转换为要丢弃的数据包序号通过传输矩阵实现；

其中，传输矩阵的维度由传输参数决定，传输矩阵定义了数据包序号与传输分组的对应关系；

步骤五，数据包传输控制单元依据步骤四的要丢弃的数据包序号丢弃对应数据包；同时由数据包中提取本次通话的特征信息，反馈给码字-符号转换单元；

其中，隐蔽消息提取模块的工作过程，包括以下步骤：

步骤A，数据包序号监测单元监测数据包传输情况，具体为：根据数据包序号变化情况，获取丢失数据包序号；提取出本次通话的特征信息，提供给符号-码字转换单元；

其中，数据包序号与传输分组的对应关系由传输矩阵决定；

步骤B，符号提取单元由丢失数据包序号中提取出传输分组组号及符号；

其中，符号对应着包含偏移量的数据包编号；传输分组组号在一次通话过程中唯一，且传输分组内允许多个候选符号；丢失数据包序号由步骤A获取；

步骤C，符号-码字转换单元将符号转换为码字信息；

其中，消除偏移量的过程如下：

步骤C.1，以步骤A获取的特征信息作为随机数种子，迭代伪随机数生成器，计算每个传输分组对应的偏移量；

步骤C.2，每个传输分组的符号中消除偏移量；

将符号转换为二进制格式，得到候选码字；

步骤D，码字鉴别单元对候选码字进行鉴别，筛选出符合自校验规则的候选码字；

其中，码字自校验信息的验证过程如下：

步骤D.A1，根据传输过程中设定的参数消息分组的二进制位数、组间校验信息的二进位数以及自校验信息的二进制位数，将码字中的各部分提取出来；

步骤D.A2，将步骤D.A1中提取出来的消息分组及组间校验信息按照二进制顺序进行拼接；

步骤D.A3，根据嵌入过程中设定的参数“计算唯一性信息采取的算法”，对步骤D.A2拼接得到的结果进行唯一性计算；

步骤D.A4，对比步骤D.A3得到的计算结果与步骤D.A1提取出的自校验信息，如果相符，则保留为候选码字；

其中，唯一性计算采用的算法由参数“计算唯一性信息采取的算法”设定，包含但不限于MD5、SHA1、SHA-256、SHA-512、CRC16以及CRC32算法；

其中，组间校验信息的验证过程如下：

步骤D.B1，将步骤D.A4中候选码字按照传输分组的顺序，组合成候选码字组合；

步骤D.B2，对于步骤D.B1中得到的一种组合结果，按照传输分组的顺序，依次校验码字中的组间校验信息；

步骤D.B3，如果步骤D.B2筛选出的候选码字组合有多个，按照传输分组的顺序，选择每组中出现频率最高的码字作为本组的最终码字，并将不符合要求的码字组合剔除，直到候选码字组合数量为1；

步骤E，隐蔽消息组合单元由步骤D.B3得到的候选码字组合中提取消息分组，组合出隐蔽消息。

有益效果

本发明一种基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法，与现有的构建方法相比，具有如下有益效果：

1.所述时间隐通道鲁棒构建方法通过主动丢包的策略实现隐蔽消息嵌入，无需额外的传输同步策略，不会导致数据乱序；

2.所述时间隐通道鲁棒构建方法数据嵌入过程采取类似随机丢包的策略，具体体现在步骤三到步骤四，通过步骤三中添加随机偏移量，增加嵌入过程的随机性；通过步骤四中的传输矩阵，将符号随机到不同的数据包序号中；通过以上策略，嵌入过程对视频通话质量影响小于5％，且具有抗检测能力；

3.所述时间隐通道鲁棒构建方法采取多级校验策略，具体体现在步骤二.A及步骤二.B，组间校验信息即为第一级校验策略，自校验信息即为第二级校验策略，降低传输过程中网络噪声的影响，确保接受到隐蔽消息的误码率在0.1％以内。

附图说明

图1为本发明一种移动视频通话场景下基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法中，隐蔽消息嵌入模块工作过程的示意图，具体见实施例1；

图2为本发明一种移动视频通话场景下基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法中实现数据包序号与传输分组相关联的传输矩阵，具体见实施例2；

图3为本发明一种移动视频通话场景下基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法中，隐蔽消息嵌入模块及隐蔽消息提取模块的工作过程，具体见实施例3。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的一种视频通话场景下基于主动丢包的时间隐通道构建方法进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将按照发明内容所介绍的步骤，详细介绍各个步骤的具体实施方式。

实施例1

本实施例具体阐述应用本发明所提出方法中隐蔽消息嵌入模块的工作过程，即在VoLTE视频通话环境下隐蔽消息嵌入模块的工作过程。

本实施例的应用背景，对应的是对应的是张三与李四两人，需要以隐蔽的方式传输重要商业消息。但发送方张三在北京，接收方李四在上海，并且李四所在的所有网络环境均被竞争对手监听，任何携带可疑消息的通信过程都会被竞争对手拦截。但是，张三和李四间进行日常生活的VoLTE视频通话是正常且被允许的。张三需要将隐秘信息嵌入到VoLTE数据包序列中，并且在保证性能及鲁棒性的前提下不被对手检测出来。

参数设定消息分组长度为5，组间校验信息长度为2，自校验信息长度为2，码字长度为9，传输矩阵的列数为4。

如图1所示，由图中可以看出，工作过程包含如下步骤：

步骤1，隐蔽消息分组；

具体到本实施例，将隐蔽消息切分为不同的分组，以D₁,D₂,D₃,…D_i进行表示；对于待发送的隐蔽消息"10110101111001100010…"，在分组长度为5的设定下，划分为消息分组{D₁＝"10110",D₂＝"10111",D₃＝"10011",D₄＝"00010"}；

步骤2，附加组间检验信息；

具体到本实施例，首先将消息分组按照D₁D₂D₃…D_i的顺序进行拼接，然后采用MD5算法进行唯一性计算，最后提取出组间校验信息拼接到消息分组尾部；在第1组中，计算MD5(D₁＝"10110")＝"…7ffb"，将结果转换为二进制，并提取最后2位，得到"11"，并拼接到D₁尾部，得到"1011011"；在第2组中，计算MD5(D₁D₂＝"1011010111")＝"…dcf2"，将结果转换为二进制，并提取最后的2位，得到"10"，并拼接到D₂尾部，得到"1011110"；在第3组中，计算MD5(D₁D₂D₃＝"101101011110011")＝"…cd75"，将结果转换为二进制，并提取最后的2位，得到"01"，并拼接到D₃尾部，得到"1001101"；在第4组中，计算MD5(D₁D₂D₃D₄＝"10110101111001100010")＝"…4244"，将结果转换为二进制，并提取最后的2位，得到"00"，并拼接到D₄尾部，得到"0001000"；

组间校验信息，即为多级校验策略中的第一级校验策略，能够对候选的码字组合进行筛选；

步骤3，判断是否有分组等待处理，并跳转到相应步骤；

3.1若否，则进行附加码字自校验信息的步骤，跳转到步骤4；

3.2若是，则跳转到步骤2；

步骤4，附加码字自校验信息；

具体到实施例，采用CRC32算法，计算消息分组及组间校验信息的唯一性结果，得到自校验信息；将消息分组、组间校验信息及自校验信息进行拼接，形成最终码字；在第1组中，计算CRC32("1011011")＝"…9adf"，转换为2进制，并提取最后2位，得到"11"，并拼接到"1011011"后部得到C₁＝"101101111"；在第2组中，计算CRC32("1011110")＝"…c07e"，转换为2进制，并提取最后2位，得到"10"，并拼接到"1011110"后部得到C₂＝"101111010"；在第3组中，计算CRC32("1001101")＝"…e819"，转换为2进制，并提取最后2位，得到"01"，并拼接到"1001101"后部得到C₃＝"100110101"；在第4组中，计算CRC32("0001000")＝"…b90c"，转换为2进制，并提取最后2位，得到"00"，并拼接到"0001000"后部得到C₄＝"000100000"；最终得到码字{C₁＝"101101111",C₂＝"101111010",C₃＝"100110101",C₄＝"000100000",…}；

自校验信息，即为多级校验策略中的第二级校验策略，能够筛选出符合校验策略的码字，降低网络噪声的影响；

步骤5，码字转换为符号；

具体到实施例，将二进制的码字转换为十进制形式，并加1；第一组中，C₁转换为十进制为367，加1得到S₁＝368；第二组中，C₂转换为十进制为378，加1得到S₂＝379；第三组中，C₃转换为十进制为309，加1得到S₃＝310；第四组中，C₄转换为十进制为32，加1得到S₄＝33；最终得到每组的符号{S₁＝368,S₂＝379,S₃＝310,S₄＝33,…}；

步骤6，计算每组对应的偏移量；

具体到实施例，以视频通话中的每次都会随机生成的SSRC字段，以SSRC作为随机数种子，迭代伪随机数生成算法，生成每个传输分组的偏移量；设定获取到的SSRC为274345211，生成的随机数在1～512之间；对于第1组，计算Random(274345211)＝143；对于第2组，计算Random(Random(274345211))＝35；对于第3组，计算Random(Random(Random(274345211)))＝253；对于第4组，计算Random(Random(Random(Random(274345211))))＝481；

步骤7，添加随机偏移量；

具体到实施例，偏移量以Offset表示，传输矩阵的行数以rows表示，则对于符号S_i，添加偏移量的计算过程为S_i＝(S_i+Offset)％rows+1；对于第1组，计算S₁＝(S₁+143)％512+1＝512；对于第2组，计算S₂＝(S₂+35)％512+1＝415；对于第3组，计算S₃＝(S₃+253)％512+1＝52；对于第4组，计算S₄＝(S₄+481)％512+1＝3；最终得到添加了偏移量的符号{S₁＝512,S₂＝415,S₃＝52,S₄＝3,…}；

通过步骤6及步骤8，增加嵌入模块工作过程中的随机性，通过在符号中添加随机偏移量，减少隐蔽消息自身对嵌入模块的影响，对应有益效果2；

步骤8，计算要丢弃的数据包序号；

具体到实施例，对于第i个传输组的符号S_i，传输矩阵的列数为cols，则对应的数据包序号为 将所有要丢弃的数据包序号计算出来，并在下一步的传输控制中直接丢弃；根据参数的设定情况，cols＝4，rows＝2⁹＝512；对于第一组来说，i＝1,S₁＝512，计算得到 对于第二组来说，i＝2,S₂＝415，计算得到 对于第三组来说，i＝3,S₃＝52，计算得到 对于第四组来说，i＝4,S₄＝3，计算得到 最终得到的要丢弃的数据包的序号为{12,207,1658,2045,…}；

通过步骤8，符号被转换为要丢弃的数据包序号，经过传输矩阵的转换，确保要丢弃的数据包序号在分布上具有随机性，对应有益效果2中类似随机丢包的策略；

步骤9，获取待发送的数据包序号；

具体到实施例，由RTP协议的头部中提取出数据包序号字段；

步骤10，判断是否进行发送，并跳转到相应步骤；

10.1若否，则获取下一个待发送的数据包的序号，跳转到步骤9：

10.2若是，则发送数据包，跳转到步骤11：

步骤11，发送数据包；

具体到实施例，按照正常的流程发送该数据包，并跳转到步骤9；

至此，张三已经将隐蔽消息嵌入到了丢失的数据包序号中，隐蔽消息嵌入模块的工作过程结束；

通过步骤2及4，降低网络噪声的干扰，增强鲁棒性，对应有益效果3；

通过步骤6、7及8，分散隐蔽消息嵌入模块工作过程中丢弃的数据包，提高抗检测能力，对应有益效果2。

实施例2

本实施例具体阐述了本发明所提方法中步骤三中传输矩阵的定义以及传输矩阵在隐蔽消息嵌入模块及隐蔽消息提取模块中的功能；

如图2所示，该传输矩阵实现了数据包序号与传输分组的关联，数据包序号为O₁,O₂,O₃,…，每个传输分组的符号为S₁,S₂,S₃,…，矩阵的列数为rows，行数为cols；

当完成符号-码字转换过程后，码字S_i对应的数据包序号由公式计算得到；第i个传输分组中，要丢弃的数据包序号计算方法为

隐蔽消息提取模块进行符号提取的过程，同样参照图2的传输矩阵，对于第j个丢失数据包的序号P_j′，首先计算对应的传输分组的序号i，然后计算对应的符号；计算然后计算

通过增加传输矩阵的列数和行数，将隐蔽消息嵌入模块丢弃的数据包分散到不同位置，对应类似随机丢包的策略，减小对视频通话质量的影响，增强抗检测能力，对应有益效果2；

实施例3

本实施例具体阐述了本发明所述方法中隐蔽消息嵌入模块及隐蔽消息提取模块的工作过程。

如图3所示，嵌入模块即隐蔽消息嵌入模块，提取模块即隐蔽消息提取模块；嵌入模块又包含消息分组单元、码字计算单元、码字-符号转换单元、丢弃数据包序号计算单元以及数据包传输控制单元；提取模块又包含隐蔽消息组合单元、码字鉴别单元、符号-码字转换单元、符号提取单元以及数据包序号监测单元；

消息分组单元与嵌入模块工作过程中的步骤一相对应，与实施例1中的步骤1相对应；码字计算单元与嵌入模块工作过程的步骤二相对应，与实施例1中的步骤2、3、4相对应；码字-符号转换单元与嵌入模块工作过程中的步骤三相对应，与实施例1中的步骤5、6、7相对应；丢弃数据包序号计算单元与嵌入模块工作过程中的步骤四相对应，与实施例1中的步骤8相对应；数据包传输控制单元与嵌入模块工作过程中的步骤五相对应，与实施例1中的步骤9、10、11相对应；

数据包序号监测单元与提取模块工作过程中的步骤A相对应，符号提取单元与提取模块工作过程中的步骤B相对应，符号-码字转换单元与提取模块工作过程中的步骤C相对应，码字鉴别单元与提取模块工作过程中的步骤D相对应，隐蔽消息组合单元与提取模块工作过程中的步骤E相对应；

接收方李四在VoLTE视频通话开始后，启动隐蔽消息提取模块，进行隐蔽消息提取的工作过程；

数据包序号检测单元根据对数据包传输过程进行监测，获取到丢失数据包的序号，根据实施例1的参数设定，消息分组长度为5，组间校验信息长度为2，自校验信息长度为2，码字长度为9，传输矩阵的列数为4；在网络噪声的影响下，假设获取的丢失数据包序号为{P′₁＝12,P′₂＝207,P′₃＝208,P′₄＝209,P′₅＝210,P′₆＝700,P′₇＝1657,P′₈＝1658,P′₉＝1659,P′₁₀＝1660,P′₁₁＝1661,P′₁₂＝1662,P′₁₃＝1663,P′₁₄＝2045,…}；

符号提取单元按照实施例2中符号提取的计算方法，提取出每一个丢失数据包序号对应的传输组序号及符号信息；对于P′₁＝12，计算 计算对于P′₂＝207，计算得到i＝3，S′₁＝52；对于P′₃＝208，计算得到i＝4，S′₁＝52；对于P′₄＝209，计算得到i＝1，S′₄＝53；对于P′₅＝210，计算得到i＝2，S′₁＝53；对于P′₆＝700，计算得到i＝4，S′₂＝175；对于P′₇＝1657，计算得到i＝1，S′₄＝415；对于P′₈＝1658，计算得到i＝2，S′₄＝415；对于P′₉＝1659，计算得到o＝3，S′₄＝415；对于P′₁₀＝1660，计算得到i＝4，S′₁＝415；对于P′₁₁＝1661，计算得到i＝1，S′₂＝416；对于P′₁₂＝1662，计算得到i＝2，S′₃＝416；对于P′₁₃＝1663，计算得到i＝3，S′₄＝416；对于P′₁₄＝2045，计算得到i＝1，S′₁＝512；提取出的含有偏移量的符号为{{53,415,416,512},{53,415,416},{52,415,416},{3,52,175,415},…}；

按照实施例1中的随机数生成设定，对所有符号中的偏移量进行消除，消除计算按照公式S′_i＝(S′_i+512-offset-2)％512+1；第一组中{53,415,416,512}处理后得到{421,271,272,368}，第二组中{53,415,416}处理后得到{17,379,380}，第三组中{52,415,416}处理后得到{310,161,162}，第四组中{3,52,175,415}处理后得到{33,82,205,445}；最终得到的无偏移的码字序列为{{421,271,272,368},{17,379,380},{310,161,162},{33,82,205,445},…}；

符号-码字转换单元接下来进行符号转换为码字的操作，首先将符号减1，再转换为二进制格式，处理后的结果为{{110100100,100001110,100001111,101101111},{000010000,101111010,101111011},{100110101,010100000,010100001},{000100000,001010001,011001100,110111100},…}；

码字鉴别单元对于第i个传输组，首先对候选码字C_i′依次进行码字自校验处理，按照实施例1中设定的参数，采用CRC32算法计算码字中消息分组及组件校验信息的校验和，并与码字中的自校验部分的内容进行对比，只有完全一致的候选码字才能够保留，否则直接丢弃；对于第一组中的码字"110100100″，计算CRC32(1101001)＝″…518b″，结果转换为二进制，去最后2位，得到″11″，与码字最后两位中嵌入的″00″不符，则该码字无效；对于第一组中的码字″100001110"，计算CRC32(1000011)＝"…d40a"，结果转换为二进制，取最后2位，得到"10"，与码字最后两位中嵌入的″10″相符，则该码字为有效码字；同理，对其他的码字进行校验，最终得到合法的码字为{{100001110,101101111},{101111010},{100110101,010100001},{000100000},…}；为简化下一步的处理，将已经校验过的自校验信息，也就是最后两位去除，得到{{1000011,1011011},{1011110},{1001101,0101000},{0001000},…}；

对于第i个传输分组，对第i-1个传输分组中通过组间校验信息验证的码字组合，与第i个传输分组中的候选码字，组合生成第i个传输分组的候选码字组合；按照组间校验信息的生成规则，重新计算第i个传输分组的码字中应该出现的组间校验信息，并与当前码字中的组间校验信息进行对比，匹配的组合进入下一个传输分组的验证；对于第1个传输分组来说，可能的码字组合包括{{1000011},{1011011}}；对第1个组合{1000011}进行判断，计算MD5("10000")＝″…ec4b″，二进制格式的最后两位为″11″,与码字中嵌入的"11"相符，该组合被保留；对第2个组合{1011011}进行判断，计算MD5("10110")＝″…7ffb"，二进制格式的最后两位为″11",与码字中嵌入的"11″相符，该组合被保留；第1个传输分组结束校验后，符合组间校验规则的码字组合为{{1000011},{1011011}}；

对于第2个传输分组来说，可能的码字组合包括{{1000011,1011110},{1011011,1011110}}；对第1个组合{1000011,1011110}进行判断，计算MD5("1000010111")＝″…1b99″，二进制格式的最后两位为″01″,与码字中嵌入的″10″不符，该组合被舍弃；对第2个组合{1011011,1011110}进行判断，计算MD5("1011010111")＝"…dcf2"，二进制格式的最后两位为"10",与码字中嵌入的″10″相符，该组合被保留；第2个传输分组结束校验后，符合组间校验规则的码字组合为{{1011011,1011110}}；

对于第3个传输分组来说，可能的码字组合包括{{1011011,1011110,1001101},{1011011,1011110,0101000}}；对第1个组合{1011011,1011110,1001101}进行判断，计算MD5("101101011110011")＝"…cd75″，二进制格式的最后两位为″01",与码字中嵌入的"01″相符，该组合被保留；对第2个组合{1011011,1011110,0101000}进行判断，计算MD5("101101011101010")＝″…e051″，二进制格式的最后两位为″01″,与码字中嵌入的″00″不符，该组合被舍弃；第3个传输分组结束校验后，符合组间校验规则的码字组合为{{1011011,1011110,1001101}}；

对于第4个传输分组来说，可能的码字组合包括{{1011011,1011110,1001101,0001000}}；对第1个组合{1011011,1011110,1001101,0001000}进行判断，计算MD5("10110101111001100010")＝″…4244"，二进制格式的最后两位为″00″,与码字中嵌入的″00"相符，该组合被保留；第4个传输分组结束校验后，符合组间校验规则的码字组合为{{1011011,1011110,1001101,0001000}}；

至最后一个传输分组的校验过程结束后，将各个码字中的组间校验信息去除，得到消息分组{10110,10111,10011,00010}；隐蔽消息组合单元最终将消息分组按序组合，得到接收的隐蔽消息，本实施例中得到的二进制消息为″10110101111001100010…″；

至此，接收方李四成功收到了发送方张三嵌入的隐蔽消息，隐蔽消息提取模块的工作过程结束。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法，其特征在于：依托的系统包含隐蔽消息嵌入模块及隐蔽消息提取模块；

其中，隐蔽消息嵌入模块又包括消息分组单元、码字计算单元、码字-符号转换单元、丢弃数据包序号计算单元以及数据包传输控制单元；

所述消息分组单元用于将隐蔽消息按照设定的参数划分为不同的消息分组，用于组合形成不同的码字，进而在不同的传输分组中分别进行处理；消息对应的是待发送的二进制数据流；消息分组对应的是根据设定的长度，由隐蔽消息中切分出的消息片段；

所述码字计算单元用于码字生成阶段，在消息分组的基础上，计算组间校验信息及自校验信息，并作为码字的一部分，与消息分组共同组成码字；码字是独立的二进制传输单元，由消息分组及校验信息组成；

所述码字-符号转换单元用于将码字转换为传输分组中的符号，符号对应的是要丢弃的数据包在传输分组中的编号，在转换过程中引入偏移量，消除转换过程中的线性相关性；二进制码字首先转换为十进制格式，然后引入偏移量进行计算，得到最终的码字；

所述丢弃数据包序号计算单元用于将每个传输分组的符号转换为待丢弃的数据包序号，根据数据包序号与传输分组的对应关系，计算出符号对应的数据包序号；

所述数据包传输控制单元用于控制数据包发送过程及反馈数据流特征，根据丢弃数据包序号计算单元计算出的数据包序号，传输控制单元将目标数据包直接丢弃，同时将数据包中的特征信息反馈给码字-符号转换单元，用于生成偏移量；

隐蔽消息提取模块又包括数据包序号监测单元、符号提取单元、符号-码字转换单元、码字鉴别单元以及隐蔽消息组合单元；

所述数据包序号监测单元用于监测接收到的数据包序号及特征信息，并提取出丢失的数据包序号用于获取符号信息，同时获取的特征信息用于计算偏移量；

所述符号提取单元用于从丢失数据包的序号中提取出符号信息，根据设定的符号与数据包序号的对应关系，由丢失的数据包序号中提取出传输分组的组号及符号信息；

所述符号-码字转换单元用于将符号转换为码字，并将隐蔽消息嵌入模块引入的偏移量消除；

所述码字鉴别单元用于在候选的码字中筛选出符合校验规则的码字，根据码字自校验信息及组间校验信息，筛选出符合校验规则的码字组合；

所述隐蔽消息组合单元用于组合出隐蔽消息，按照发送顺序将码字中的消息分组组合，生成接收到的隐蔽消息；

所述时间隐通道鲁棒构建方法依托的系统中各单元的连接关系如下：

隐蔽消息与消息分组单元相连；待发送的数据包与数据包传输控制单元相连；消息分组单元与码字计算单元相连；码字计算单元与码字-符号转换单元相连；码字-符号转换单元与丢弃数据包序号计算单元相连；丢弃数据包序号计算单元与数据包传输控制单元相连；数据包传输控制单元与发送的数据包及码字-符号转换单元相连；接收的数据包与数据包序号监测单元相连；数据包序号监测单元与符号提取单元以及符号-码字转换单元相连；符号提取单元与符号-码字转换单元相连；符号-码字转换单元与码字鉴别单元相连；码字鉴别单元与隐蔽消息组合单元相连；隐蔽消息组合单元与隐蔽消息相连；

所述时间隐通道鲁棒构建方法包括隐蔽消息嵌入模块的工作过程以及隐蔽消息提取模块的工作过程，两者依存关系如下：只有隐蔽消息提取模块能够还原出隐蔽消息嵌入模块嵌入的数据；隐蔽消息提取模块只能提取出由隐蔽消息嵌入模块所嵌入的数据；

其中，隐蔽消息嵌入模块的工作过程包括以下步骤：

步骤一，消息分组单元将隐蔽消息按照设定的参数切分为消息分组；

步骤二、码字计算单元将步骤一切分后的每个消息分组生成对应的一个码字，再按照设定的参数计算组间校验信息及自校验信息，并生成码字；

其中，组间校验信息的生成过程如下：

步骤二.A1，自第一个传输分组开始，依次拼接传输分组中对应的消息分组及组间校验信息，直到当前传输分组对应的消息分组拼接完成为止；其中，消息分组由步骤一得到；

步骤二.A2，对步骤二.A1的拼接结果，进行唯一性计算；

步骤二.A3，从步骤二.A2得到的结果中截取出二进制的组间校验信息；

其中，截取的二进制位数由参数“组间校验信息的二进位数”设定；截取的位置由步骤二.A2结果二进制的最后一位开始；

步骤二.A得到的组间校验信息，对应的是多级校验策略的中的第一级校验策略；

其中，自校验信息的生成过程如下：

步骤二.B1，将本传输分组中的消息分组及组间校验信息按序进行二进制拼接；其中，消息分组由步骤一得到，组间校验信息由步骤二.A3得到；

步骤二.B2，对步骤二.B1中的拼接结果，进行唯一性计算；

步骤二.B3，从步骤二.B2计算得到的结果中，截取出自校验信息；其中，自校验信息的二进制位数由参数“自校验信息的二进制位数”设定；截取的位置由步骤二.B2结果的最后一位开始；

步骤二.B得到的自校验信息，对应的是多级校验策略的中的第二级校验策略；

其中，码字的生成过程如下：

步骤二.C，将本传输分组对应的消息分组、组间校验信息、自校验信息按照二进制顺序进行拼接，得到本传输分组的码字；其中，消息分组来自步骤一，组间校验信息来自步骤二.A3，自校验信息来自步骤二.B3；

步骤三，码字-符号转换单元将步骤二生成的码字转换为符号；

其中，码字是包含消息分组、组件校验信息及自校验信息的二进制序列，由步骤二.C生成；符号是要丢弃的数据包序号在传输分组中的编号，且符号中包含了唯一的偏移量；

其中，每个符号的偏移量由伪随机数生成器迭代得到；

步骤四，丢弃数据包序号计算单元将步骤三输出的符号转换为要丢弃的数据包序号；

其中，将步骤三输出的符号转换为要丢弃的数据包序号通过传输矩阵实现；

其中，传输矩阵的维度由传输参数决定，传输矩阵定义了数据包序号与传输分组的对应关系；

步骤五，数据包传输控制单元依据步骤四的要丢弃的数据包序号丢弃对应数据包；同时由数据包中提取本次通话的特征信息，反馈给码字-符号转换单元；

其中，隐蔽消息提取模块的工作过程，包括以下步骤：

步骤A，数据包序号监测单元监测数据包传输情况，具体为：根据数据包序号变化情况，获取丢失数据包序号；提取出本次通话的特征信息，提供给符号-码字转换单元；

其中，数据包序号与传输分组的对应关系由传输矩阵决定；

步骤B，符号提取单元由丢失数据包序号中提取出传输分组组号及符号；

其中，符号对应着包含偏移量的数据包编号；传输分组组号在一次通话过程中唯一，且传输分组内允许多个候选符号；丢失数据包序号由步骤A获取；

步骤C，符号-码字转换单元将符号转换为码字信息；

其中，消除偏移量的过程如下：

步骤C.1，以步骤A获取的特征信息作为随机数种子，迭代伪随机数生成器，计算每个传输分组对应的偏移量；

步骤C.2，每个传输分组的符号中消除偏移量；

将符号转换为二进制格式，得到候选码字；

步骤D，码字鉴别单元对候选码字进行鉴别，筛选出符合自校验规则的候选码字；

其中，码字自校验信息的验证过程如下：

步骤D.A1，根据传输过程中设定的参数消息分组的二进制位数、组间校验信息的二进位数以及自校验信息的二进制位数，将码字中的各部分提取出来；

步骤D.A2，将步骤D.A1中提取出来的消息分组及组间校验信息按照二进制顺序进行拼接；

步骤D.A3，根据嵌入过程中设定的参数“计算唯一性信息采取的算法”，对步骤D.A2拼接得到的结果进行唯一性计算；

步骤D.A4，对比步骤D.A3得到的计算结果与步骤D.A1提取出的自校验信息，如果相符，则保留为候选码字；

其中，唯一性计算采用的算法由参数“计算唯一性信息采取的算法”设定，包含但不限于MD5、SHA1、SHA-256、SHA-512、CRC16以及CRC32算法；

其中，组间校验信息的验证过程如下：

步骤D.B1，将步骤D.A4中候选码字按照传输分组的顺序，组合成候选码字组合；

步骤D.B2，对于步骤D.B1中得到的一种组合结果，按照传输分组的顺序，依次校验码字中的组间校验信息；

步骤D.B3，如果步骤D.B2筛选出的候选码字组合有多个，按照传输分组的顺序，选择每组中出现频率最高的码字作为本组的最终码字，并将不符合要求的码字组合剔除，直到候选码字组合数量为1；

步骤E，隐蔽消息组合单元由步骤D.B3得到的候选码字组合中提取消息分组，组合出隐蔽消息。

2.根据权利要求1所述的一种基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法，其特征在于：步骤一中，设定的参数指隐蔽消息转换为二进制格式后，切分出的消息分组的二进制位数；每个隐蔽消息的消息分组在嵌入过程中是单独进行处理的。

3.根据权利要求1所述的一种基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法，其特征在于：步骤二中，设定的参数包括组间校验信息的二进位数、自校验信息的二进制位数以及计算唯一性信息采取的算法。

4.根据权利要求1所述的一种基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法，其特征在于：步骤二.A2以及步骤二.B2中，唯一性计算由参数“计算唯一性信息采取的算法”设定，包含但不限于MD5、SHA1、SHA-256、SHA-512、CRC16以及CRC32算法。

5.根据权利要求1所述的一种基于主动丢包的时间隐通道鲁棒构建方法，其特征在于：步骤三中，伪随机数生成器的种子是本次通话的特征信息，包含但不限于RTP包头中的SSRC字段及时间戳字段。