CRC校驗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)用對防止情報與信息泄露發(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發(fā)生不經(jīng)意的泄密事件。因為保密措施是 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,但限于當時的技術(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 ;隨著計算機技術(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算機的出現(xiàn),傳統(tǒng)的計算機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校驗規(guī)則, 約定基帶信息信號與選定電磁波相位之間的關(guān)系,基于 CRC校驗實現(xiàn)信息隱藏的方法[3,4]。
2 實驗方法
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)換為二進制代碼。
圖 1 為將原始的文本信息轉(zhuǎn)換為二進制代碼。圖 2 所示為接收方利用數(shù)字軟件還原的文本信息,即將二進制代碼轉(zhuǎn)換為文本。圖 3 所示為原始文件對應(yīng)的文本。
圖1 文本文件轉(zhuǎn)換為二進制代碼 圖 2 二進制代碼轉(zhuǎn)換為文本
圖 3 原始文件對應(yīng)的文本
2.2 將文件數(shù)字文本添加 CRC校驗碼
所謂的 CRC校驗技術(shù),是借助計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層由防止出錯檢測技術(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運算就是在數(shù)據(jù)后面加上 n位CRC校驗碼,構(gòu)成一個混合 CRC 校驗碼數(shù)據(jù),將(k+n)位一起發(fā)送出去。在接收端把解調(diào)出來的二進制數(shù)據(jù)進行逆向CRC 校驗,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,那么經(jīng)過CRC 檢驗后得出的余數(shù)R=0,即發(fā)送的信息在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯[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)換為二進制編碼信息后,如何在轉(zhuǎn)換后的二進制信息后確定添加 n 位CRC 校驗碼?此處舉例說明。假設(shè)轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù) M1=101001(k=6),用二進制的模 2 運算對 2n 乘 M1,即在 M1 后添加了n 個 0。得到的(k+n)數(shù)除以雙方事先商定的長度為(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校驗碼步驟算法求取過程
經(jīng)過CRC 校驗碼添加步驟可知,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 校驗碼步驟算法過程
2.3 基帶信息信號與選定的電磁波相位之間的調(diào)制
經(jīng) CRC 校驗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]。定義電磁波信號為f1(0°~180°)范圍對應(yīng)的上半軸波形幅度為 1,f1(180°~360°)范圍對應(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 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)過運算,將數(shù)據(jù) M4 與電磁波 f1 相乘,電磁波的每半個周期對應(yīng) M4 數(shù)據(jù)中的一個碼元,當 M4 數(shù)據(jù)中的碼元為 1 時,定義收發(fā)雙方電磁波的波形為上半軸,當 M4 數(shù)據(jù)中對應(yīng)的碼元為 0 時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
當接收端收到發(fā)送方的電磁波文件時,先按照收發(fā)雙方約定的規(guī)則,當接收到的電磁波 f2 波形圖中在半個周期即一個碼元時間對應(yīng)波形上半軸,接收方就定義此碼元為 1,對應(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 運算得到數(shù)據(jù) M6 ;接下來按照CRC 校驗法則對 M6 數(shù)據(jù)進行校驗,當沒有數(shù)據(jù)出錯時,對數(shù)據(jù) M6 去除 CRC 校驗碼得到數(shù)據(jù) M7 ;最后接收方再借助二進制文本轉(zhuǎn)換軟件進行二進制轉(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 校驗技術(shù)較傳統(tǒng)隱寫方法而言,從人的角度出發(fā),CRC 校驗不僅變換了發(fā)送方的文本信息進行二進制編碼,接收方還可以檢查文本信息是否遭遇篡改,且CRC 校驗的編碼信息 M2 與電磁波對應(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)則進行 CRC校驗, 信息編碼等步驟實現(xiàn)電磁波信息的隱寫。