CN110690942B - 基于lte协议的网络隐信道构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于LTE协议的网络隐信道构建方法，包括以下内容：发送方对隐蔽信息进行二进制编码，获得二进制隐蔽数据；从LTE协议中自选取一种从属协议作为隐信道载体协议；根据选取的隐信道载体协议，对二进制隐蔽数据进行信道编码；将信道编码结果嵌入选取的隐信道载体协议中进行传输。接收方接收数据包，并提取传输过程中的隐信道信息；根据发送方选取的隐信道载体协议，提取隐信道的数据；对提取的数据进行BCH信道解码；对BCH信道解码结果进行二进制译码。本发明具有良好的鲁棒性，针对一般的信道波动，能够完成隐信道信息错误的修正，适合正常环境中的使用。

Description

基于LTE协议的网络隐信道构建方法
技术领域
本发明属于网络安全领域，特别涉及一种基于LTE协议的网络隐信道构建方法。
背景技术
随着网络空间对抗的日益加剧，越来越多的隐蔽通信手段用于信息窃取和情报联通工作。网络空间是信息时代人们赖以生存的信息环境，是所有信息系统的合集，已经成为继陆、海、空、天之后的第五大战略空间，各国纷纷出台网络空间国家战略，网络空间国家级对抗成为常态。网络攻防对抗的目标主要集中在政府、大型企业、重要机构、工业设施等重要的网络空间设施，其背后往往蕴藏着政治和地缘冲突，或设计巨大的经济利益。世界上主要大国在网络空间中的竞争将成为未来的常态。
尽管近几年4G的发展十分迅速，但关于LTE协议隐信道的研究相对较为滞后。国内暂无对该方面的研究，而在国外内布拉斯加林肯大学的Rezaei等提出一种基于LTE-A网络无线数据链路层协议的隐信道，其具体是将隐蔽信息、嵌入在PDCP,RLC和MAC等协议的冗余保留、序列号和报尾填充等字域。但该隐信道在实际传输过程中，数据包会受到天气、信道干扰、环境噪声等原因出现丢包、错包和包序错误等情况，隐信道的稳定性与抗干扰性一般。
发明内容
本发明的目的在于提供一种鲁棒性强、抗干扰性高的LTE协议网络隐信道构建方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于LTE协议的网络隐信道构建方法，包括以下内容：
步骤1、发送方基于LTE协议进行秘密信息的嵌入；
步骤2、接收方基于LTE协议进行秘密信息的提取。
进一步地，步骤1所述发送方基于LTE协议进行秘密信息的嵌入，具体为：
步骤1-1、发送方对隐蔽信息进行二进制编码，获得二进制隐蔽数据；
步骤1-2、从LTE协议中自选取一种从属协议作为隐信道载体协议；
步骤1-3、根据选取的隐信道载体协议，对步骤1-1中的二进制隐蔽数据进行信道编码；
步骤1-4、将步骤1-3信道编码结果嵌入选取的隐信道载体协议中进行传输。
进一步地，步骤2所述接收方基于LTE协议进行秘密信息的提取，具体为：
步骤2-1、接收方接收数据包，并提取传输过程中的隐信道信息；
步骤2-2、根据发送方选取的隐信道载体协议，提取隐信道的数据；
步骤2-3、对步骤2-2提取的数据进行BCH信道解码；
步骤2-4、对BCH信道解码结果进行二进制译码。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)弥补了国内对基于LTE协议的网络隐信道研究的空缺；2)采用复合帧的方法，使得现有技术难以利用的LTE从属协议被加以利用，拓宽了LTE网络隐信道的传输渠道；3)采用BCH编码，使得信道环境在受到天气、障碍物等影响而变得较差时，也能够进行稳点的传输，增强了隐信道传输的稳定性及抗干扰性，与现有技术相比，更适合在真实环境中进行使用。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明发送方进行秘密信息嵌入的流程图。
图2为本发明接收方进行秘密信息的提取流程图。
图3为用于DRB的PDCP数据PDU格式示意图。
图4为用于SRB的PDCP数据PDU格式示意图。
图5为PDCP数据PDU格式示意图。
图6为SN为10位，RLC UM的PDU头格式示意图。
图7为LI为奇数，RLC UM的PDU头格式示意图。
图8为MAC层子报头格式示意图。
图9为MAC头，MAC控制单元，MAC SDU以及填充的MAC PDU格式示意图。
具体实施方式
本发明基于LTE协议的网络隐信道构建方法，包括以下内容：
步骤1、发送方基于LTE协议进行秘密信息的嵌入；
步骤2、接收方基于LTE协议进行秘密信息的提取。
进一步地，在其中一个实施例中，结合图1，步骤1中发送方基于LTE协议进行秘密信息的嵌入，具体为：
步骤1-1、发送方对隐蔽信息进行二进制编码，获得二进制隐蔽数据；
步骤1-2、从LTE协议中自选取一种从属协议作为隐信道载体协议；
步骤1-3、根据选取的隐信道载体协议，对步骤1-1中的二进制隐蔽数据进行信道编码；
步骤1-4、将步骤1-3信道编码结果嵌入选取的隐信道载体协议中进行传输。
进一步地，在其中一个实施例中，步骤1-2中从属协议包括PDCP保留位、RLC UM模式保留位、RLC UM模式填充位、MAC保留位、MAC填充域。
进一步地，在其中一个实施例中，步骤1-3中对步骤1-1中的二进制隐蔽数据进行信道编码具体为：
针对PDCP保留位、RLC UM模式保留位，采用BCH信道编码；
针对RLC UM模式填充位、MAC保留位、MAC填充域，采用BCH和复合帧信道编码。
进一步地，在其中一个实施例中，步骤1-4所述将步骤1-3信道编码结果嵌入选取的隐信道载体协议中进行传输，具体包括：
针对PDCP保留位、RLC UM模式保留位，由图3至图6可知，两者的协议报头中存在3位保留位，将步骤1-3信道编码结果依次嵌入至按顺序传输的每个数据包的PDCP保留位或RLC UM模式保留位的3位保留位中；
针对RLC UM模式填充位、MAC保留位、MAC填充域，由图7至图9所示，三者的协议头中协议本身不存在序列号，所以需要在BCH编码的基础上进行复合帧的选取，因此将每一个数据包的RLC UM模式填充位或MAC保留位或MAC填充域作为一个复合子帧，按照数据包传输的顺序排列n个复合子帧构成一个复合帧，针对每个复合子帧的RLC UM模式填充位或MAC保留位或MAC填充域，将第一位作为该复合子帧的帧头，剩余位作为复合子帧的信息位；令第一个复合子帧的帧头为1，其余复合子帧的帧头为0，之后将步骤1-3信道编码结果依次嵌入至n个复合子帧的信息位。
进一步优选地，在其中一个实施例中，上述n＝10。
进一步地，在其中一个实施例中，结合图2，步骤2中接收方基于LTE协议进行秘密信息的提取，具体为：
步骤2-1、接收方接收数据包，并提取传输过程中的隐信道信息；
步骤2-2、根据发送方选取的隐信道载体协议，提取隐信道的数据；
步骤2-3、对步骤2-2提取的数据进行BCH信道解码；
步骤2-4、对BCH信道解码结果进行二进制译码。
进一步地，在其中一个实施例中，步骤2-2所述根据发送方选取的隐信道载体协议，提取出隐信道的数据，包括：
针对PDCP保留位、RLC UM模式保留位，两者的协议报头中存在3位保留位，直接依次提取按顺序传输的每个数据包中所述3位保留位所对应位置的数据；
针对RLC UM模式填充位、MAC保留位、MAC填充域，依次提取每个数据包中RLC UM模式填充位或MAC保留位或MAC填充域的第一位，统计第一个1与下一个1之间0的个数，若0的个数为n-1，则依次保存每个数据包中RLC UM模式填充位或MAC保留位或MAC填充域剩余位置的数据；反之，将n个数据包中RLC UM模式填充位或MAC保留位或MAC填充域剩余位置的数据置为0并保存。
进一步地优选地，在其中一个实施例中，上述步骤1-1中发送方对隐蔽信息进行二进制编码以及上述步骤2-4中对BCH信道解码结果进行二进制译码，具体采用GBK编码格进行编码或译码。
进一步地优选地，在其中一个实施例中，上述BCH信道编码中参数具体为：分组长度n＝511，信息数目k＝313，纠错数目t＝23。经过大量测试结果显示：BCH信道编码参数这样设置既不会浪费BCH编码太多的纠错能力，也能够适应大部分的信噪环境。
本发明的方法能实现在4G网络中利用LTE协议中的MAC、RLC以及PDCP层中的保留位、填充位以及填充域的替换或者修改来实现信息的隐藏，进而实现LTE协议隐信道的嵌入。本发明具有良好的鲁棒性，针对一般的信道波动，能够完成隐信道信息错误的修正，适合正常环境中的使用。

Claims (5)

1.一种基于LTE协议的网络隐信道构建方法，其特征在于，包括以下内容：
步骤1、发送方基于LTE协议进行秘密信息的嵌入；具体为：
步骤1-1、发送方对隐蔽信息进行二进制编码，获得二进制隐蔽数据；
步骤1-2、从LTE协议中自选取一种从属协议作为隐信道载体协议；所述从属协议包括PDCP保留位、RLC UM模式保留位、RLC UM模式填充位、MAC保留位、MAC填充域；
步骤1-3、根据选取的隐信道载体协议，对步骤1-1中的二进制隐蔽数据进行信道编码；
步骤1-4、将步骤1-3信道编码结果嵌入选取的隐信道载体协议中进行传输；具体包括：
针对PDCP保留位、RLC UM模式保留位，两者的协议报头中存在3位保留位，将步骤1-3信道编码结果依次嵌入至按顺序传输的每个数据包的PDCP保留位或RLC UM模式保留位的3位保留位中；
针对RLC UM模式填充位、MAC保留位、MAC填充域，将每一个数据包的RLC UM模式填充位或MAC保留位或MAC填充域作为一个复合子帧，按照数据包传输的顺序排列n个复合子帧构成一个复合帧，针对每个复合子帧的RLC UM模式填充位或MAC保留位或MAC填充域，将第一位作为该复合子帧的帧头，剩余位作为复合子帧的信息位；令第一个复合子帧的帧头为1，其余复合子帧的帧头为0，之后将步骤1-3信道编码结果依次嵌入至n个复合子帧的信息位；
步骤2、接收方基于LTE协议进行秘密信息的提取，具体为：
步骤2-1、接收方接收数据包，并提取传输过程中的隐信道信息；
步骤2-2、根据发送方选取的隐信道载体协议，提取隐信道的数据；包括：
针对PDCP保留位、RLC UM模式保留位，两者的协议报头中存在3位保留位，直接依次提取按顺序传输的每个数据包中所述3位保留位所对应位置的数据；
针对RLC UM模式填充位、MAC保留位、MAC填充域，依次提取每个数据包中RLC UM模式填充位或MAC保留位或MAC填充域的第一位，统计第一个1与下一个1之间0的个数，若0的个数为n-1，则依次保存每个数据包中RLC UM模式填充位或MAC保留位或MAC填充域剩余位置的数据；反之，将n个数据包中RLC UM模式填充位或MAC保留位或MAC填充域剩余位置的数据置为0并保存；
步骤2-3、对步骤2-2提取的数据进行BCH信道解码；
步骤2-4、对BCH信道解码结果进行二进制译码。
2.根据权利要求1所述的基于LTE协议的网络隐信道构建方法，其特征在于，步骤1-3所述对步骤1-1中的二进制隐蔽数据进行信道编码具体为：
针对PDCP保留位、RLC UM模式保留位，采用BCH信道编码；
针对RLC UM模式填充位、MAC保留位、MAC填充域，采用BCH和复合帧信道编码。
3.根据权利要求1所述的基于LTE协议的网络隐信道构建方法，其特征在于，所述n=10。
4.根据权利要求1所述的基于LTE协议的网络隐信道构建方法，其特征在于，步骤1-1所述发送方对隐蔽信息进行二进制编码以及步骤2-4所述对BCH信道解码结果进行二进制译码，具体采用GBK编码格进行编码或译码。
5.根据权利要求1或2所述的基于LTE协议的网络隐信道构建方法，其特征在于，所述BCH信道编码中参数具体为：分组长度n=511，信息数目k=313，纠错数目t=23。
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