[发明专利]一种基于离散小波变换的时间式网络隐信道构建方法

说明书

本发明公开了一种基于离散小波变换的时间式网络隐信道构建方法，属于网络信息安全技术领域。本发明将秘密消息嵌入正常IPD序列的小波域系数中，并通过控制嵌入位置和强度，尽可能减小对原始载体及其特性的时域改动；所产生的隐蔽通信数据流具备正常的规律和特征，具有更好的抗检测性。同时，采用奇偶量化方法将秘密消息比特嵌入小波分解的部分近似系数中，在不引入额外同步开销的基础上，本发明能够抵抗一定程度的网络噪声干扰，具有较好的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种基于离散小波变换的时间式网络隐信道构建方法，属于网络信息安全技术领域。

背景技术

计算机网络技术的迅猛发展为信息的共享和传输带来了极大便利，但与此同时，信息泄露、网络攻击等安全问题也日趋显著。秘密消息(如涉及国家、军事机密、商业秘密、个人隐私等)的通信过程面临着极大的安全威胁和隐患。传统的解决方法利用密码学技术对信息进行加密，使攻击方无法获取其内容，但杂乱无章的密文足以提供有利证据。

网络隐信道作为隐写技术的一种，是将正常网络通信数据流作为载体，采用各种方式将秘密消息调制到其中的一种隐蔽通信技术，旨在隐藏通信行为的存在性。相比于利用图片、音频、视频和文本等作为信息隐藏载体的静态多媒体隐写，网络隐信道可隐藏在兼具随机性和动态性的海量网络数据流中，并且能够绕开防火墙、入侵检测等安全监测设备，具有较强的隐蔽性。因此，网络隐信道成为了继密写术之后的另一种更优越的安全通信方式。

按照信息隐藏的不同方式，网络隐信道可分为存储式和时间式隐信道两大类。存储式隐信道利用TCP/IP各层协议的冗余字段或通信行为方式来传递秘密消息，此类方法简单易于实现，但由于对TCP/IP协议的全面解析和算法公开，现有的隐信道对抗技术已能对其进行有效检测。时间式隐信道则是将秘密消息调制到与网络数据流传输时间相关的行为中，较存储式隐信道隐蔽性更佳。通常时间式隐信道方法包含三类：On-Off隐信道、基于包间时延的隐蔽信道，以及基于包排序或组合的隐蔽信道。其中，基于包间时延的隐蔽信道是目前的研究热点之一，受到了广泛关注。但现有的此类算法大多会产生异常数据流或特征，其原因在于秘密消息的嵌入改变了正常载体数据流的固有通信时间属性，增加了被攻击方检测分析的概率。此外，在时间式隐信道中，通信双方的同步较为困难，因其易受不稳定网络环境的影响，比如延时、抖动等噪声干扰。为了保证通信可靠性，目前一般采用类似TCPACKs的确认机制或纠错编码，但这些同步机制的引入往往会增加算法的复杂性和传输开销，降低隐信道带宽。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：为了克服现有基于包间时延隐信道算法的不足，提高通信隐蔽性，本发明提供了一种基于离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,DWT)的时间式隐信道方法。不同于以往算法直接在时域修改载体数据流，本发明将秘密消息嵌入正常包间时延(Inter-Packet Delay,IPD)序列的小波域系数中，并通过控制嵌入位置和强度，尽可能减小对原始载体及其特性的时域改动，使产生的隐蔽通信数据流具备正常的规律和特征，以提高其抗检测性；同时，采用奇偶量化方法将秘密消息比特嵌入小波分解的部分近似系数中，在不引入额外同步开销的基础上，本发明能够抵抗一定程度的网络噪声干扰。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明的隐蔽通信模型如附图1所示。秘密消息的编码过程如下，见附图2：

步骤1：首先，采集正常网络通信数据流样本，通过时间戳提取并计算相邻数据包的时间间隔(包间时延IPD)。其次，将正常IPD序列划分为多个分段用于后续处理。定义ΔT为一个IPD序列分段ΔT＝{Δt₁,Δt₂,···,Δt_l}，l代表其大小。秘密消息S_e为二进制编码的数据流。