CN115833997A - 一种基于时隙的信标调制方法、系统、设备及介质 - Google Patents

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苏千叶
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Abstract

本发明公开一种基于时隙的信标调制方法、系统、设备及介质，涉及信标调制领域。方法包括通过获取待传输信标字节信息；对待传输信标字节信息进行喷泉编码处理、字节信息到比特信息的转换和添加海明校验码处理，得到第一信标比特信息；在第一信标比特信息传输之前设置起始标记和第一延迟时间，将第一信标比特信息传输至信标检测方，在传输之后设置终止标记；判断信标检测方是否检测到起始标记，若检测到起始标记，则提取第一信标比特信息，并判断信标检测方是否检测到终止标记，若检测到终止标记，则对第一信标比特信息进行海明码校验、比特信息到字节信息的转换和喷泉解码处理，得到信标字节信息。本发明提高了信标调制的准确性。

Description

一种基于时隙的信标调制方法、系统、设备及介质
技术领域
本发明涉及信标调制领域，特别是涉及一种基于时隙的信标调制方法、系统、设备及介质。
背景技术
随着互联网的不断发展，网络安全越来越成为人们关注的焦点，网络入侵者为了自身利益，通过各种攻击手段威胁着网络安全，非法侵占他人资源，如何识别攻击的来源成为一个重点问题。针对这些问题，早期的解决方式主要采用被动网络流分析法，通过分析恶意流量的特征来检测区分恶意攻击流量，预测攻击者位置，但是由于攻击者的机动性，被动网络流分析很难准确识别出攻击来源。
为了解决上述问题，研究者根据数字水印的思想，即在数字内容中嵌入专有信息的方法，提出了一种隐蔽的主动网络流水印技术，通过改变发送端中产生的网络流指定特征来嵌入信标，然后在接收端检测对应流中是否存在信标，从而判断出发送端和接收端是否存在流关联。这种主动流水印技术比传统的被动网络流分析技术更具适应性，它完全可以存在于匿名通信网络中或是其他网络环境下，并且有很好的隐藏性，难以被第三方检测，可以准确隐蔽的识别攻击的来源。
其中基于时隙的信标调制技术发展迅速，它以网络流中数据包的时间间隙作为信标信息的载体，发送端通过延迟发送的数据包，改变数据包的间隙嵌入信标数据，植入网络信标，接收端通过读取数据包的间隙提取出信标信息。该技术能够在较短的网络流中嵌入足够的信标信息，隐蔽性较好，为解决攻击者来源的识别问题提出了一种有效手段。
现有方案使用基于时隙的信标调制技术可以初步实现网络流量追踪的需求，但该方案有以下缺点：
1.不同的网络环境中数据包的间隙差距很大，不能自动同步设置的延迟时间。
2.采用数据包的间隙传输信息时，因为网络抖动或者其他原因，接收到的数据很容易出错，数据出错时，没有有效的校验方式。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于时隙的信标调制方法、系统、设备及介质，以提高信标调制的准确性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于时隙的信标调制方法，包括：
信标嵌入方获取待传输信标字节信息；
对所述待传输信标字节信息进行预处理，得到第一信标比特信息；所述预处理包括喷泉编码处理、字节信息到比特信息的转换和添加海明校验码；
在所述第一信标比特信息传输之前设置起始标记和第一延迟时间，将所述第一信标比特信息传输至信标检测方，在传输之后设置终止标记；
判断所述信标检测方是否检测到所述起始标记，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果为检测到所述起始标记，则提取所述第一信标比特信息，并判断是否检测到所述终止标记，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果为检测到所述终止标记，则对所述第一信标比特信息进行海明码校验、比特信息到字节信息的转换和喷泉解码处理，得到信标字节信息。
可选地，所述对所述待传输信标字节信息进行预处理，得到第一信标比特信息，具体包括：
对所述待传输信标字节信息进行喷泉编码处理，得到编码后的字节信息；
对所述编码后的字节信息进行字节信息到比特信息的转换，得到转换后的比特信息；
对所述转换后的比特信息添加海明校验码，得到第一信标比特信息。
可选地，对所述转换后的比特信息添加海明校验码，得到第一信标比特信息，具体包括：
每第一预设个数的所述转换后的比特信息添加第二预设个数的海明校验码，得到第一信标比特信息。
可选地，获取所述信标嵌入方发送信标信息和所述信标检测方接收信标信息的平均间隙。
可选地，所述起始标记为3个第二延迟时间；所述第二延迟时间为5倍的所述平均间隙。
可选地，当所述信标嵌入方嵌入的比特位信息为1时，设置所述第一延迟时间为2倍的所述平均间隙；当所述信标嵌入方嵌入的比特位信息为0时，设置所述第一延迟时间为0。
可选地，所述终止标记为5个所述第二延迟时间。
一种基于时隙的信标调制系统，包括：
信息获取模块，用于获取待传输信标字节信息；
第一处理模块，用于对所述待传输信标字节信息进行预处理，得到第一信标比特信息；所述预处理包括喷泉编码处理、字节信息到比特信息的转换和添加海明校验码；
信息传输模块，用于在所述第一信标比特信息传输之前设置起始标记和第一延迟时间，将所述第一信标比特信息传输至信标检测方，在传输之后设置终止标记；
第一判断模块，用于判断所述信标检测方是否检测到所述起始标记，得到第一判断结果；
第二判断模块，用于若所述第一判断结果为检测到所述起始标记，则提取所述第一信标比特信息，并判断所述信标检测方是否检测到所述终止标记，得到第二判断结果；
第二处理模块，用于若所述第二判断结果为检测到所述终止标记，则对所述第一信标比特信息进行海明码校验、比特信息到字节信息的转换和喷泉解码处理，得到信标字节信息。
一种电子设备，包括：存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的基于时隙的信标调制方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于时隙的信标调制方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的基于时隙的信标调制方法，通过信标嵌入方获取待传输信标字节信息；对所述待传输信标字节信息进行喷泉编码处理、字节信息到比特信息的转换和添加海明校验码处理，得到第一信标比特信息；在所述第一信标比特信息传输之前设置起始标记和第一延迟时间，将所述第一信标比特信息传输至信标检测方，在传输之后设置终止标记；所述信标检测方判断是否检测到所述起始标记，若检测到所述嵌入后的信标字节信息的所述起始标记，则提取所述第一信标比特信息，并判断是否检测到所述终止标记，若检测到所述终止标记，则对所述第一信标比特信息进行海明码校验、比特信息到字节信息的转换和喷泉解码处理，得到信标字节信息。本发明通过信标嵌入方和信标检测方同时计算数据包（待传输信标字节信息）的间隙，自动同步设置延迟时间。此外，为了防止接收到的信息错误，采用喷泉码校验字节位信息，再使用海明校验码校验比特位信息，有效的防止接收的信标数据发生错误，从而提高了信标调制的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的基于时隙的信标调制方法的流程图；
图2为本发明的基于时隙的信标调制方法在实际应用中的流程图；
图3为实施例一中的基于时隙的信标调制的整体结构图；
图4为实施例一中的起止标志原理图；
图5为本发明提供的基于时隙的信标调制系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于时隙的信标调制方法、系统、设备及介质，通过信标嵌入方和信标检测方同时计算数据包（待传输信标字节信息）的间隙，自动同步设置延迟时间。此外，为了防止接收到的信息错误，采用喷泉码校验字节位信息，再使用海明校验码校验比特位信息，有效的防止接收的信标数据发生错误，从而提高了信标调制的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本发明的主要目的是提供一种基于时隙的信标调制方法。通过对要发送的数据包（待传输信标字节信息）增加延时，改变数据包的时间间隙来嵌入信标数据，实现基于时隙的信标调制。本发明的总体流程主要分为信标嵌入方和信标检测方两部分，如图2所示。
下面通过一个具体实例来说明该技术方案。实例的整体结构图如图3所示，其中信标嵌入方和信标检测方分别为主机PC1和PC2，两台主机通过路由网络进行通信。
为了获取并改变数据包的时隙来嵌入或检测信标数据，PC1和PC2都使用NFQUEUE+scapy获取或更改数据包的时隙。基于时隙的信标调制主要分为四个部分：间隔参数学习、起止标记同步、数据容错校验和信息表达协议。
如图1所示，本发明提供了一种基于时隙的信标调制方法，包括：
步骤101：获取待传输信标字节信息。
步骤102：对所述待传输信标字节信息进行预处理，得到第一信标比特信息；所述预处理包括喷泉编码处理、字节信息到比特信息的转换和添加海明校验码。
进一步地，所述对所述待传输信标字节信息进行预处理，得到第一信标比特信息，具体包括：
对所述待传输信标字节信息进行喷泉编码处理，得到编码后的字节信息。
对所述编码后的字节信息进行字节信息到比特信息的转换，得到转换后的比特信息。
对所述转换后的比特信息添加海明校验码，得到第一信标比特信息。
进一步地，对所述转换后的比特信息添加海明校验码，得到第一信标比特信息，具体包括：
每第一预设个数的所述转换后的比特信息添加第二预设个数的海明校验码，得到第一信标比特信息。
步骤103：在所述第一信标比特信息传输之前设置起始标记和第一延迟时间，将所述第一信标比特信息传输至信标检测方，在传输之后设置终止标记。
进一步地，获取所述信标嵌入方发送信标信息和所述信标检测方接收信标信息的平均间隙。在实际应用中，间隔参数学习具体包括：在信标嵌入方PC1嵌入比特信息之前，信标嵌入方和信标检测方要先同步数据包的间隙，在PC1和PC2中记录下数据包的平均间隙Ta。
进一步地，所述起始标记为3个第二延迟时间；所述第二延迟时间为5倍的所述平均间隙。
进一步地，所述终止标记为5个所述第二延迟时间。
在实际应用中，为了保证信标信息的准确传输，信息开始传输前嵌入方要先做起始标记（即改变时隙），信息传输完成后要设置终止标记（即改变时隙），信标检测方检测到起始标记后开始接收数据信息，检测到终止标记后停止接收数据信息，起止标志原理图如图4所示。起止标记同步具体包括：信标嵌入方PC1连续设置3个第一延迟时间Ts=Ta×5表示起始标记，连续设置5个第一延迟时间Ts=Ta×5表示终止标记。信标检测方PC2接收到连续3个4.5~6.5倍的Td为信息传输起始标记，此时信标检测方开始检测时隙，接收第一信标比特信息；信标检测方接收到连续5个4.5~6.5倍的Td为信息传输终止标记，此时信标检测方停止接收比特位信息。
进一步地，当所述信标嵌入方嵌入的比特位信息（即改变时隙）为1时，设置所述第一延迟时间为2倍的所述平均间隙；当所述信标嵌入方嵌入的比特位信息为0时，设置所述第一延迟时间为0。
在实际应用中，开始传输比特信息时，信标嵌入方PC1通过添加数据包延迟时间Ts的方法来嵌入比特信息，在数据包流量中嵌入信标比特位，是通过在每个数据包发送之前设置一个延迟时间Ts来实现的，Ts是每个数据包都要添加的，只不过每个数据包添加的Ts大小不一样，以此来区分出比特位0和1；每个数据包的延迟时间Ts的大小就是一个个信标比特位。根据要传输的比特信息和平均间隙Ta将Ts设为不同值：信标嵌入方嵌入比特位Pi为1时，设置延迟时间Ts为Ta的两倍；信标嵌入方嵌入比特位Pi为0时，设置延迟时间Ts为0。即：
Figure SMS_1
。
信标检测方PC2获取到数据包的间隙Td，根据包间延迟大小检测出比特位信息Pi：
Figure SMS_2
。
步骤104：判断所述信标检测方是否检测到所述起始标记，得到第一判断结果。
步骤105：若所述第一判断结果为检测到所述嵌入后的信标字节信息的所述起始标记，则提取所述第一信标比特信息，并判断所述信标检测方是否检测到所述终止标记，得到第二判断结果。
步骤106：若所述第二判断结果为检测到所述终止标记，则对所述第一信标比特信息进行海明码校验、比特信息到字节信息的转换和喷泉解码处理，得到信标字节信息。
在实际应用中，基于时隙的信标传输依赖于稳定的网络环境，因为实际网络环境中常有一些网络抖动会影响数据包的间隙，导致接收到的比特信息有一些错误，所以要加入校验来减少或避免信标传输中的错误，采用喷泉码和海明码对传输的数据进行校验。
数据容错校验具体包括：信标嵌入方嵌入信息之前，首先采用喷泉码进行字节信息的校验，要传输的字节在转换为比特信息之前首先进行喷泉码计算编码，信标检测方再将接收到的比特位信息转换为字节信息，对字节信息进行喷泉码解码校验。信标嵌入方嵌入信息之前，每8个比特位信息加入n位海明校验码，信标检测方检测出比特位信息后，将8+n个比特位分为一组，根据n位海明校验码校验8个比特位信息。
在基于时隙的信标传输中，只能传输比特数据，所以要将字节信息和比特信息进行相互转换，这里使用ASCII码来实现字节信息和比特信息的相互转换。
信息表达协议具体包括：首先通过ASCII码将待传输信标字节信息转换为比特信息，通过信标嵌入方嵌入到数据流中，信标检测方提取出比特信息后，再通过ASCII码将每8位比特信息转换为1位信标字节信息。
本发明提出了一种基于时隙的信标调制方法，弥补了当前已有信标调制方案的多个缺陷，具体包括：
1.不同的网络环境中数据包的间隙差距很大，现有方案不能自动同步设置的延迟时间，导致信标信息传输容易出错。本发明在每次通过时隙传输信标信息时，信标嵌入方和信标检测方同时计算数据包的间隙，自动同步设置的延迟时间，提高了信标信息检测的准确度。
2.现有方案通过数据包的时间间隙传输信标信息时，因为网络抖动或者其他原因，接收到的数据很容易出错，数据出错时，没有有效的校验方式。本发明采用喷泉码校验字节位信息，再使用海明校验码校验比特位信息，有效的防止接收的数据发生错误。
实施例二
为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种基于时隙的信标调制系统，如图5所示，包括：
信息获取模块501，用于获取待传输信标字节信息。
第一处理模块502，用于对所述待传输信标字节信息进行预处理，得到第一信标比特信息；所述预处理包括喷泉编码处理、字节信息到比特信息的转换和添加海明校验码。
信息传输模块503，用于在所述第一信标比特信息传输之前设置起始标记和第一延迟时间，将所述第一信标比特信息传输至信标检测方，在传输之后设置终止标记。
第一判断模块504，用于判断所述信标检测方是否检测到所述起始标记，得到第一判断结果。
第二判断模块505，用于若所述第一判断结果为检测到所述起始标记，则提取所述第一信标比特信息，并判断所述信标检测方是否检测到所述终止标记，得到第二判断结果。
第二处理模块506，用于若所述第二判断结果为检测到所述终止标记，则对所述第一信标比特信息进行海明码校验、比特信息到字节信息的转换和喷泉解码处理，得到信标字节信息。
实施例三
本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行实施例一的基于时隙的信标调制方法。
实施例四
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例一的基于时隙的信标调制方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于时隙的信标调制方法，其特征在于，包括：
获取待传输信标字节信息；
对所述待传输信标字节信息进行预处理，得到第一信标比特信息；所述预处理包括喷泉编码处理、字节信息到比特信息的转换和添加海明校验码；
在所述第一信标比特信息传输之前设置起始标记和第一延迟时间，将所述第一信标比特信息传输至信标检测方，在传输之后设置终止标记；
判断所述信标检测方是否检测到所述起始标记，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果为检测到所述起始标记，则提取所述第一信标比特信息，并判断是否检测到所述终止标记，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果为检测到所述终止标记，则对所述第一信标比特信息进行海明码校验、比特信息到字节信息的转换和喷泉解码处理，得到信标字节信息。
2.根据权利要求1所述的基于时隙的信标调制方法，其特征在于，所述对所述待传输信标字节信息进行预处理，得到第一信标比特信息，具体包括：
对所述待传输信标字节信息进行喷泉编码处理，得到编码后的字节信息；
对所述编码后的字节信息进行字节信息到比特信息的转换，得到转换后的比特信息；
对所述转换后的比特信息添加海明校验码，得到第一信标比特信息。
3.根据权利要求2所述的基于时隙的信标调制方法，其特征在于，对所述转换后的比特信息添加海明校验码，得到第一信标比特信息，具体包括：
每第一预设个数的所述转换后的比特信息添加第二预设个数的海明校验码，得到第一信标比特信息。
4.根据权利要求1所述的基于时隙的信标调制方法，其特征在于，获取所述信标嵌入方发送信标信息和所述信标检测方接收信标信息的平均间隙。
5.根据权利要求4所述的基于时隙的信标调制方法，其特征在于，所述起始标记为3个第二延迟时间；所述第二延迟时间为5倍的所述平均间隙。
6.根据权利要求4所述的基于时隙的信标调制方法，其特征在于，当所述信标嵌入方嵌入的比特位信息为1时，设置所述第一延迟时间为2倍的所述平均间隙；当所述信标嵌入方嵌入的比特位信息为0时，设置所述第一延迟时间为0。
7.根据权利要求5所述的基于时隙的信标调制方法，其特征在于，所述终止标记为5个所述第二延迟时间。
8.一种基于时隙的信标调制系统，其特征在于，包括：
信息获取模块，用于获取待传输信标字节信息；
第一处理模块，用于对所述待传输信标字节信息进行预处理，得到第一信标比特信息；所述预处理包括喷泉编码处理、字节信息到比特信息的转换和添加海明校验码；
信息传输模块，用于在所述第一信标比特信息传输之前设置起始标记和第一延迟时间，将所述第一信标比特信息传输至信标检测方，在传输之后设置终止标记；
第一判断模块，用于判断所述信标检测方是否检测到所述起始标记，得到第一判断结果；
第二判断模块，用于若所述第一判断结果为检测到所述起始标记，则提取所述第一信标比特信息，并判断所述信标检测方是否检测到所述终止标记，得到第二判断结果；
第二处理模块，用于若所述第二判断结果为检测到所述终止标记，则对所述第一信标比特信息进行海明码校验、比特信息到字节信息的转换和喷泉解码处理，得到信标字节信息。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1-7任一项所述的基于时隙的信标调制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的基于时隙的信标调制方法。
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