[发明专利]一种基于Visio网络拓扑结构图自生成的隐写方法

摘要

一种基于Visio网络拓扑结构图自生成的隐写方法，包括：(1)准备步骤；(2)嵌入隐秘信息步骤；(3)提取隐秘信息步骤。本发明利用Visio网络拓扑结构图生成过程中各节点存在多个候选图元的特性，以基于自由树的Visio网络拓扑结构图生成规则为基础，以隐秘信息驱动Visio网络拓扑结构图的生成，实现了高透明性的信息隐藏；与现有方法相比，由于无需原始载体，因而本发明从源头上避免了对比攻击的可能，从而极大的提高了隐蔽通信的安全性。

主权项

1.一种基于Visio网络拓扑结构图自生成的隐写方法，其特征在于，包括：(1)准备步骤：通信双方预先约定基于自由树的Visio网络拓扑结构图自生成规则，即确定树状的Visio网络拓扑结构图中可出现的所有网络设备图元集合S＝{s₁,s₂,…,s_n}，根节点的候选图元集合E₀＝{e_0,1,e_0,2,..,e_0,t(0)},以及对于s_y(1≤y≤n)，其子节点图元的候选集合E_y＝{e_y,1,e_y,2,..,e_y,t(y)}；约定标识载密Visio网络拓扑结构图生成顺序信息的位数为l₁，且该信息隐藏于各载密Visio网络拓扑结构图前序遍历的第x个非根节点；约定嵌入信息的最初l₂位标识隐秘信息的总长度L；约定用于确定各候选集合中图元排列顺序的伪随机数生成器；约定所采用的隐秘信息加密算法，隐写密钥key，以及用于生成隐秘信息加密密钥和伪随机数生成器种子的哈希算法H；其中，n表示S中网络设备图元的个数；t(0)是E₀中图元的个数，对于所有的z∈[1,t(0)],e_0,z∈S；t(y)是E_y中图元的个数；(2)嵌入隐秘信息步骤：发送方利用约定的哈希算法H生成密钥k₁＝H(key)，并用以对隐秘信息M进行加密得到M^*，再将加密的隐秘信息M^*的长度L与密钥k₁的前l₂位g(k₁,l₂,1)作按位异或运算得到进而得到待嵌入信息M’＝L^*+M^*；根据待嵌入信息M’的长度确定要生成的Visio网络拓扑结构图幅数为r，并根据待嵌入信息的需要，采用约定的基于自由树的Visio网络拓扑结构图自生成规则生成r幅载密Visio网络拓扑结构图,记作F＝{f₁,f₂,…,f_r}：在每幅载密Visio网络拓扑结构图f_i(i＝1,2,…,r)的生成过程中，首先将其序号i与密钥k₁的前l₁位g(k₁,l₁,1)作按位异或运算得到网络拓扑结构图生成顺序标识序列再根据待嵌入的隐秘信息，按前序遍历的顺序依次确定各节点上的图元以实现信息隐藏，其中在第x个节点中隐藏的信息除按序选择的隐秘信息外还包括顺序标识序列I^*；在所有信息嵌入完成后，将所有载密网络网络拓扑结构图发送给接收方；其中，g(k₁,l₂,1)表示从k₁的第1个比特开始连续取l₂个比特；表示按位异或运算；g(k₁,l₁,1)表示从k₁的第1个比特开始连续取l₁个比特；(3)提取隐秘信息步骤：接收方收到所有载密Visio网络拓扑结构图后，首先利用约定的哈希算法H生成密钥k₁＝H(key)；从约定的各载密Visio网络拓扑结构图的第x个节点中提取出前l₁位的载密Visio网络拓扑结构图生成顺序标识序列I^*，并取密钥k₁的前l₁位g(k₁,l₁,1)，与I^*作按位异或运算得到嵌入顺序将各载密Visio网络拓扑结构图按其嵌入顺序进行排列得到载密Visio网络拓扑结构图序列F＝{f₁,f₂,…,f_r}；按顺序从各载密Visio网络拓扑结构图中提取嵌入的信息M’：对于每幅载密Visio网络拓扑结构图f_i，利用前序遍历确定节点的生成顺序O_i＝{o_i,1,o_i,2,…,o_i,a}，并按此顺序提取所有节点隐藏的信息；提取结束后取M’前l₂位信息L^*＝g(M’,l₂,1)与密钥k₁的前l₂位g(k₁,l₂,1)作按位异或运算，得到加密隐秘信息M^*的长度提取M’中的加密隐秘信息M^*，即g(M’,L,l₂+1)，以密钥k₁解密得到传递的隐秘信息M；其中，r表示载密Visio网络拓扑结构图的幅数；a表示载体f_i中节点的个数；所述的嵌入隐秘信息步骤包括如下过程：(2.1)嵌入准备：发送方利用约定的哈希算法H生成密钥k₁＝H(key)，并用以对隐秘信息M进行加密得到M^*，再将加密的隐秘信息M^*的长度L与密钥k₁的前l₂位g(k₁,l₂,1)作按位异或运算得到进而得到待嵌入信息确定所需生成的载密Visio网络拓扑结构图幅数表示向上取整操作，T是每张载密Visio网络拓扑结构图可隐藏的最大比特数，记载密Visio网络拓扑结构图序列为F＝{f₁,f₂,…,f_r}；设定嵌入信息索引e初始值为0，即e＝0；执行过程(2.2)；(2.2)确定载密Visio网络拓扑结构图生成顺序标识序列：对于序列F中的每幅载密Visio网络拓扑结构图f_i(i＝1,2,…,r)，将其序号i与密钥k₁的前l₁位g(k₁,l₁,1)作按位异或运算得到该载体的嵌入顺序标识序列执行过程(2.3)；(2.3)确定Visio网络拓扑结构图中节点的生成顺序：对各载密Visio网络拓扑结构图f_i，利用先序遍历方法确定其节点的生成顺序序列O_i＝{o_i,1,o_i,2,…,o_i, _a}，其中a为f_i中节点的数目，o_i,j(j＝1,2,…,a)表示载体f_i中第j个生成节点的序号；执行过程(2.4)；(2.4)生成载密Visio网络拓扑结构图：对于各载密Visio网络拓扑结构图f_i，按照过程(2.3)得到的节点生成顺序序列O_i，并根据待嵌入的隐秘信息，依次确定各节点的图元：对于第i幅载密Visio网络拓扑结构图f_i的根节点，即j＝1，其图元的候选集合为E₀＝{e_0,1,e_0,2,..,e_0,t(0)}；利用约定的哈希算法H生成候选集合中图元排列顺序伪随机数生成器的种子再根据种子k_2,0通过约定的伪随机数生成器生成候选集合中图元的排列顺序E^*₀＝{e^*_0,1,e^*_0,2,..,e^*_0,t(0)}；该节点可隐藏的比特数表示向下取整操作；确定根节点实际隐藏的比特数η₀为：进一步，计算索引值λ如下：则为该节点选择图元e^*_0,λ，并更新嵌入信息索引e＝e+η₀；重复执行过程(2.4)；对于第i幅载密Visio网络拓扑结构图f_i中用于隐藏载密Visio网络拓扑结构图生成顺序信息的第o_i,x个节点，找到其父节点序号o_i,p(1≤p<x)，则该节点图元的候选集合为E_k＝{e_k,1,e_k,2,..,e_k,t(k)}；其中，k＝o_i,p，t(k)是E_k中图元的个数；利用约定的哈希算法H生成候选集合中图元排列顺序伪随机数生成器的种子再根据种子k_2,x通过约定的伪随机数生成器生成候选集合中图元的排列顺序E^*_k＝{e^*_k,1,e^*_k,2,..,e^*_k,t(k)}；该节点可隐藏的比特数确定第o_i,x个节点实际隐藏的比特数η_x为进一步，计算索引值λ如下：则为该节点选择图元e^*_k,λ，并更新嵌入信息索引e＝e+η_x；如果i＝r且x＝a，结束嵌入过程，执行过程(2.5)，否则，重复执行过程(2.4)；对于第i幅载密Visio网络拓扑结构图f_i中序号为o_i,j(j≠1且j≠x)的其他各节点，找到其父节点序号o_i,p(1≤p<j)，则该节点图元的候选集合为E_k＝{e_k,1,e_k,2,..,e_k,t(k)}；利用约定的哈希算法H生成候选集合中图元排列顺序伪随机数生成器的种子再根据种子k_2,j通过约定的伪随机数生成器生成候选集合中图元的排列顺序E^*_k＝{e^*_k,1,e^*_k,2,..,e^*_k,t(k)}；该节点可隐藏的比特数确定第o_i,j个节点实际隐藏的比特数η_j为进一步，计算索引值λ如下：则为该节点选择图元e^*_k,λ，并更新嵌入信息索引e＝e+η_j；如果i＝r且j＝a，结束嵌入过程，执行过程(2.5)，否则，重复执行过程(2.4) ；(2.5)发送载密Visio网络拓扑结构图：将生成完毕后的载密Visio网络拓扑结构图全部发送给接收方。