[发明专利]一种通信网络中基于时隙特征的动态水印嵌入及检测方法

权利要求书

1.一种通信网络中基于时隙特征的动态水印嵌入及检测方法，其特征在于，包括动态水印嵌入方法和动态水印检测方法；所述动态水印嵌入方法包括共享水印参数和调制数据包，具体方法包括如下步骤：

1)发送方初始化水印参数并存储到共享数据库中，其中，共享数据库由接收方和发送方共享，水印参数包括水印周期T、水印序列长度n、水印判断阈值o；

2)发送方根据传统的Turbo码编码原理生成Turbo码集合，记为：W_all＝W_T1，W_T2…W_T32；

3)捕获T时间段内的网络数据包，按时间顺序构建数据包集合P，记为P＝P₁，P₂…P_i，P_i表示发送方捕获的第i个的数据包；

4)将数据包集合P按时隙划分，构建时隙数据包集合X_i和数据包到达时间集合T_i；

构建时隙数据包集合X_i和数据包到达时间集合T_i的方法包括如下步骤：

4.1)将水印周期T按时间长度平均分为n个时间段，即T＝I₁，I₂…I_n，I_i表示第i个时间段对应一个时隙；

4.2)通过每一个时隙内的数据包构建时隙数据包集合X_i，记为X_i＝P_i，1，P_i，2…P_i，m，P_i，m表示第i个时隙I_i的第m个数据包；

4.3)通过每一个时隙内的数据包到达时间构建数据包到达时间集合T_i，记为T_i＝t_i，1，t_i，2…t_i，m，t_i，m表示第i个时隙I_i的第m个数据包的到达时间；

5)依次计算每个时隙的时隙质心C(I_i)，并构建时隙质心序列C，记为C＝C(I₁)，C(I₂)…C(I_n)；其中，C(I_i)表示第i时隙的时隙质心；

时隙质心C(I_i)的计算公式如下：

t_i，0表示时隙I_i的起始时刻，t_i，j-t_i，0表示时隙I_i中第j个包相对于起始时隙数据包的偏移量，C(I_i)表示时隙I_i的质心，m是时隙I_i中数据包的总个数；

6)计算原始水印序列W_org，记为W₁，W₂…W_n，其中，第i个元素W_i的计算方法为：若C(I_i)＞o，则W_i＝0，否则，W_i＝1；

7)根据相似度距离公式计算原始水印序列W_org与Turbo集合W_all的相似度距离，得到相似度最高的Turbo码序列W_T并存入共享数据库；

8)将原始水印序列W_org与相似度最高的Turbo码序列W_T按位比较，找到与W_T对应位置不同的W_org元素，记录其下标，并将下标存储到共享数据库中；

9)调制并发送数据包，调制方法是将每个时隙内不安全范围的数据包调制到安全范围发送，不安全范围是指时隙内数据包位置远离时隙边界与时隙中心点范围，安全范围是指隙内数据包位置靠近时隙边界与时隙中心点范围，距离由参数决定；

所述动态水印检测方法包括接收方初始化本地参数和判断流是否关联，具体方法包括如下步骤：

10)接收方初始化水印参数并存储到本地数据库中，其中，水印参数包括接收方第一个时隙的起始理论时刻t_s、发送方到接收方的最小估算延时d′、传输的抖动上界Γ、距离判断阈值ω和流关联匹配阈值Threshold；

11)确定接收方第一个时隙的起始时刻范围，起始时隙时刻范围为：[t_s+d′，t_s+d′+Γ]；

12)从起始时隙时刻起，捕获T时间段内的数据包，按时间顺序构建数据包集合P′，其中，P′＝P′₁，P′₂…P′_i，P′_i表示接收方捕获的第i个数据包；

13)将数据包集合P′按时隙划分，构建时隙数据包集合X′_i和数据包到达时间集合T′_i；

构建时隙数据包集合X′_i和数据包到达时间集合T′_i的方法如下：

13.1)将水印周期T按时间长度平均分为n个时间段，每一个时间段对应一个时隙，记为I′_i，T可表示为T＝I′₁，I′₂…I′_i；

13.2)构建时隙数据包集合X′_i和数据包到达时间集合T′_i，其中，X′_i＝P′_i，1，P′_i，2…P′_i，m，P′_i，m表示第i个时隙I′_i的第m个数据包；T′_i＝t′_i，1，t′_i，2…t′_i，m，t′_i，m表示第i个时隙I′_i的第m个数据包的到达时间；

14)依次计算每个时隙的时隙质心C(I′_i)，构建周期T内的时隙质心序列C′，记为C′＝C(I′₁)，C(I′₂)…C(I′_n)；

时隙质心的计算公式如下：

其中，t′_i，0表示时隙I′_i的起始时刻，t′_i，j-t′_i，0表示时隙I′_i中第j个包相对于起始时隙数据包的偏移量，C(I′_i)表示时隙I′_i的质心，m是时隙I′_i中数据包的总个数；通过每个时隙的时隙质心构建周期T内的时隙质心序列，记为C′，即C′＝C(I′₁)，C(I′₂)…C(I′_n)；

15)计算水印序列W_dec，记为W′₁，W′₂…W′_n，其中，第i个元素W′_i的计算方法为：若C(I′_i)＞o，则W′_i＝0，否则，W′_i＝1；

16)计算检测序列W′_dec，根据共享数据库中记录的下标将水印序列W_dec相应的下标位置进行取反，即‘0’转换成‘1’，‘1’转换成‘0’；

17)根据相似度距离公式计算检测序列W′_dec与共享数据库中的Turbo码序列W_T的相似度距离，记为Dis(W_T，W′_dec)；

18)比较Dis(W_T，W′_dec)与ω的大小，当Dis(W_T，W′_dec)＜ω时，转步骤19)；否则，判断为流不关联，跳转至步骤22)；

19)纠正检测序列W′_dec，将检测序列W′_dec输入到Turbo码解码器中，根据解码公式得到纠正后的检测序列W_final；

20)根据相似度距离公式计算纠正后的检测序列W_final与共享数据库中选定的Turbo码序列W_T的相似度距离，记为Dis(W_T，W_final)；

21)进行流关联匹配，当Dis(W_T，W_final)＜Threshold时，判断为关联流，转步骤22)；否则判断为不关联流，跳转至步骤22)；

22)检测完毕。