CRC校驗(yàn)在無線電波信息隱藏中的研究

引 言

信息隱藏起源于隱寫術(shù)，主要用于保護(hù)重要的文件信息。早期人們用含淀粉的水寫字，用碘酒獲取隱藏信息。隨著科技的發(fā)展，高科技手段的應(yīng)用對(duì)防止情報(bào)與信息泄露發(fā)揮著重要作用，例如信息的編碼加密、數(shù)字水印、復(fù)雜的數(shù)學(xué)加密算法及最新的量子加密技術(shù)。然而，再高明的防范措施也會(huì)發(fā)生不經(jīng)意的泄密事件。因?yàn)楸Ｃ艽胧┦?死 的，而人卻是 活 的。人是一切手段中最重要也是最活躍的因素。泄密可能常常就在人們不經(jīng)意的嘴邊、身旁、行動(dòng)中。本文在信息安全的大環(huán)境下主要研究并提出了一種基于 CRC 校驗(yàn)的信息隱藏方法[1]。

1 原理

信息隱藏這一課題起源于加密術(shù)，早期人們加密信息出于軍事目的，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，僅僅是從信息編碼的角度出發(fā)，如早期的信息加密算法代表 凱撒加密 ；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種夾雜復(fù)雜數(shù)學(xué)算法的編碼信息隱藏技術(shù)出現(xiàn)了，這一階段的信息隱藏算法代表為 RSA加密算法， DES加密算法；微電子技術(shù)的發(fā)展大大加速了高性能計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)算法信息隱藏也變得不再安全，人們開始研究新的信息隱藏技術(shù)，這一階段主要流行嵌入式載體的信息隱藏技術(shù)，代表有 圖像水印 、 音頻水印 技術(shù)[2]。

本文主要從傳統(tǒng)及目前已經(jīng)存在的信息隱藏技術(shù)出發(fā)， 研究對(duì)象是無線電波信息傳輸過程中信息的隱藏保密方式，但由于各種信息保密措施是 死 的，而人卻是 活 的，因此電磁波本身傳播的頻率易泄露和被截獲的特點(diǎn)是最重要、最活躍的因素，因而文中提出一種收發(fā)雙方利用CRC校驗(yàn)規(guī)則， 約定基帶信息信號(hào)與選定電磁波相位之間的關(guān)系，基于 CRC校驗(yàn)實(shí)現(xiàn)信息隱藏的方法[3,4]。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 將隱藏文件轉(zhuǎn)換為數(shù)字文本

首先將隱藏文件的文本信息轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字文本，便于 CRC 校驗(yàn)發(fā)送數(shù)字信息及無線電波的相位調(diào)制。利用圖 1 所示的數(shù)字文本轉(zhuǎn)換軟件將文本信息轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼。

圖 1 為將原始的文本信息轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼。圖 2 所示為接收方利用數(shù)字軟件還原的文本信息，即將二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為文本。圖 3 所示為原始文件對(duì)應(yīng)的文本。

圖1 文本文件轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼 圖 2 二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為文本

圖 3 原始文件對(duì)應(yīng)的文本

2.2 將文件數(shù)字文本添加 CRC校驗(yàn)碼

所謂的 CRC校驗(yàn)技術(shù)，是借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層由防止出錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)思想轉(zhuǎn)化來的一種技術(shù)。在發(fā)送端把數(shù)據(jù)劃分為組，假定每組為 k比特，待發(fā)送的數(shù)據(jù)為M=101001（k=6）。CRC運(yùn)算就是在數(shù)據(jù)后面加上 n位CRC校驗(yàn)碼，構(gòu)成一個(gè)混合 CRC 校驗(yàn)碼數(shù)據(jù)，將（k+n）位一起發(fā)送出去。在接收端把解調(diào)出來的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向CRC 校驗(yàn)，將收到的數(shù)據(jù)分組，每組除以同樣的除數(shù) P，然后檢查所得余數(shù) R。如果在傳輸過程中無差錯(cuò)，那么經(jīng)過CRC 檢驗(yàn)后得出的余數(shù)R=0，即發(fā)送的信息在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯(cuò)[5]。

2.2.1 原始的待發(fā)送數(shù)據(jù)添加CRC步驟

將原始的文本信息轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼信息后，如何在轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制信息后確定添加 n 位CRC 校驗(yàn)碼？此處舉例說明。假設(shè)轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù) M1=101001（k=6），用二進(jìn)制的模 2 運(yùn)算對(duì) 2n 乘 M1，即在 M1 后添加了n 個(gè) 0。得到的（k+n）數(shù)除以雙方事先商定的長(zhǎng)度為（n+1）位的除數(shù) P，得到的商是 Q 而余數(shù)是 R（n 位，比 P 少 1 位）。余數(shù) R 就作為 CRC 校驗(yàn)碼添加在數(shù)據(jù) M 后與原始轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù) M 一起發(fā)送出去[6]。

2.2.2 CRC校驗(yàn)碼步驟算法求取過程

經(jīng)過CRC 校驗(yàn)碼添加步驟可知，以 M1=101001，收發(fā)雙方約定 P=1101 的待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行演示：

（1）k=6，M=101001。

（2）設(shè) n =3，除數(shù) P=1101，被除數(shù)為 2nM=101001000。

(3) 運(yùn)算的結(jié)果為商 Q= 110101，余數(shù) R=001。

(4) 余數(shù) R作為冗余碼添加在數(shù)據(jù) M 后發(fā)送出去。發(fā)送的數(shù)據(jù)為 2nM+R，即 101001001，共（k+n）位。

待發(fā)送數(shù)據(jù) M1 CRC 校驗(yàn)碼步驟算法過程如圖 4 所示。

圖 4 待發(fā)送數(shù)據(jù) M1 CRC 校驗(yàn)碼步驟算法過程

2.3 基帶信息信號(hào)與選定的電磁波相位之間的調(diào)制

經(jīng) CRC 校驗(yàn)碼步驟算法求取過程，得到轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)M1，添加 n 位 CRC 校驗(yàn)碼的數(shù)據(jù)為 M2=101001001。選取帶發(fā)送調(diào)制的電磁波數(shù)據(jù)為 f1=A1sin （t）[7]。定義電磁波信號(hào)為f1（0°～180°）范圍對(duì)應(yīng)的上半軸波形幅度為 1，f1（180°～360°）范圍對(duì)應(yīng)的下半軸波形幅度值為 0，即根據(jù)電磁波幅度定義可以得到一組碼元數(shù)據(jù) M3=10101010……

添 加 CRC 校 驗(yàn) 碼 數(shù) 據(jù) M2 調(diào) 制電 磁 算 法 即 將 數(shù) 據(jù)M2|M3=M4 再次經(jīng)過運(yùn)算，將數(shù)據(jù) M4 與電磁波 f1 相乘，電磁波的每半個(gè)周期對(duì)應(yīng) M4 數(shù)據(jù)中的一個(gè)碼元，當(dāng) M4 數(shù)據(jù)中的碼元為 1 時(shí)，定義收發(fā)雙方電磁波的波形為上半軸，當(dāng) M4 數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)的碼元為 0 時(shí)定義為電磁波波形的下半軸 [8]。

2.4 接收端解調(diào)電磁波中隱藏的信息

當(dāng)接收端收到發(fā)送方的電磁波文件時(shí)，先按照收發(fā)雙方約定的規(guī)則，當(dāng)接收到的電磁波 f2 波形圖中在半個(gè)周期即一個(gè)碼元時(shí)間對(duì)應(yīng)波形上半軸，接收方就定義此碼元為 1，對(duì)應(yīng)的波形為下半軸，接收方就定義此碼元為 0。接收方初次解調(diào)的碼元數(shù)據(jù)為 M5 ；之后按照 M6=M5|M3 運(yùn)算得到數(shù)據(jù) M6 ；接下來按照CRC 校驗(yàn)法則對(duì) M6 數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)沒有數(shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù) M6 去除 CRC 校驗(yàn)碼得到數(shù)據(jù) M7 ；最后接收方再借助二進(jìn)制文本轉(zhuǎn)換軟件進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)換，即可得到發(fā)送方原先想隱藏的數(shù)據(jù)信息。經(jīng)過上述四步，收發(fā)雙方可以成功隱藏電磁波信息文件[9,10]。

2.5 技術(shù)創(chuàng)新

本文從傳統(tǒng)信息隱藏的角度出發(fā)，提出了一種基于 CRC 校驗(yàn)技術(shù)以隱藏生活中容易泄露的電磁波信息的方法。文中發(fā)送方所采用的CRC 校驗(yàn)技術(shù)較傳統(tǒng)隱寫方法而言，從人的角度出發(fā)，CRC 校驗(yàn)不僅變換了發(fā)送方的文本信息進(jìn)行二進(jìn)制編碼，接收方還可以檢查文本信息是否遭遇篡改，且CRC 校驗(yàn)的編碼信息 M2 與電磁波對(duì)應(yīng)的碼元 M3 再次調(diào)制后二次調(diào)制原先的電磁波 f1，實(shí)現(xiàn)了隱藏電磁波信息的目的。

3 結(jié) 語

本文研究并提出的CRC校驗(yàn)在無線電波信息隱藏中的方法較傳統(tǒng)信息隱藏技術(shù)而言更加安全，算法更加復(fù)雜，破解難度更大。收發(fā)電磁波雙方按照約定的規(guī)則進(jìn)行 CRC校驗(yàn)， 信息編碼等步驟實(shí)現(xiàn)電磁波信息的隱寫。