引 言
信息隱藏起源于隱寫術(shù)，其目的在于保護重要的信息。早期人們用含淀粉的水寫字，用碘酒獲取隱藏的信息，但隨著信息安全應(yīng)用需求逐漸嚴苛，各種信息隱藏的方法與手段被逐一發(fā)現(xiàn)，編碼加密、數(shù)字水印、復雜的數(shù)學加密算法等，之后人們不僅僅滿足于對信息源的保護，也開始關(guān)注信息傳播的信道，如生活中的U 盾、最新的量子加密等技術(shù)。本文在信息安全研究環(huán)境下，從通信和接收信息安全的角度，研究并提出了一種基于私鑰混合同步技術(shù)的信息隱藏方案 [1]。
1 原理
目前信息隱藏的手段主要分為兩類，從信息源和信息傳播方式兩個角度來考慮。傳統(tǒng)信息隱寫方式包括編碼加密，數(shù)字水印，音頻嵌入，數(shù)學算法加密等。隨著高性能PC 機處理器的誕生，一些傳統(tǒng)的信息隱藏方法顯露出諸多弊端，如數(shù)學算法依賴性強、信息傳播渠道單一、人為因素泄密等，導致信息泄密風險較高[2]。
文中信息隱藏方案的實現(xiàn)基于信息傳播渠道這一出發(fā)點。實驗發(fā)送方模型公式 ：M1@M@K1=D，M1為收發(fā)雙方同步序列碼（M1 為一偽隨機碼序列）、M 為原始信息、信息 M1 經(jīng)過二級調(diào)制產(chǎn)生信息 D，K1為收發(fā)雙方私鑰，由隨機碼序列 P1（t）及收發(fā)雙方同步序列 M1（t）的起始參照同步信息 P2兩部分組成，其中 P1（t）由隨機碼生成器產(chǎn)生、P2參與到收發(fā)雙方的同步校驗信息提取工作。信息 D 生成的二級調(diào)制過程 ：原始的信息 M 與同步序列 M1 形成一級調(diào)制的發(fā)送端調(diào)制碼 S（t），S（t）=M1⊕ M ；一級調(diào)制碼 S（t）與私鑰 K1中的隨機碼序列部分 P1（t）二級調(diào)制生成信息 D（t）。接收端通過私鑰 K1 和同步序列 M1 解調(diào)出真實的信息 M。
2 實驗仿真模型
2.1 信息 M對應(yīng)的二進制序列 M（t）
首先將原始文本信息通過編碼轉(zhuǎn)化為一串二進制序列碼元 M（t），M（t）二進制碼序列的實現(xiàn)方法是利用圖 1 所示的二進制文本轉(zhuǎn)換軟件實現(xiàn)文本信息與二進制編碼信息的轉(zhuǎn)換。文中文本進制轉(zhuǎn)換軟件目前支持英文字母與二進制信息的編碼轉(zhuǎn)換。圖 1、圖 2 分別對應(yīng)于文本字母信息轉(zhuǎn)換為二進制編碼及二進制編碼與文本信息之間的轉(zhuǎn)換。
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
由圖 1 得知原始信息 M 對應(yīng)的二進制碼元序列為 M（t）=01001101。信息發(fā)送方選取二進制轉(zhuǎn)換標準的原因在于現(xiàn)代數(shù)字化通信中廣泛使用二進制數(shù)（即 0 和 1 ）及其組合表示各種信息。信息序列 M（t）=01001101對應(yīng)的碼圖如圖3所示。
圖 3 數(shù)據(jù) M 對應(yīng)的碼序列 M（t）
圖 3 所示的信息 M（t）=01001101，其中1 表示高電平，0 表示低電平。
2.2 收發(fā)雙方同步序列碼 M1（t）
M1 為收發(fā)雙方同步序列碼。接收端通過，同步序列提取傳播信道中 M（1t）序列隱藏的信息 M（t）。M1為一偽隨機碼序列，由偽隨機碼序列發(fā)生器產(chǎn)生。同步偽隨機碼序列 M1（t）看似一組雜亂無章的隨機噪聲碼，其實是按照一定規(guī)律編排起來的、可以復制的周期性的二進制序列。本文選取的偽隨機碼序列如圖 4 所示，偽隨機碼序列中的周期重復單元 m1（t）序列如圖 5 所示。同步偽隨機序列碼 M（1t）看似一組無規(guī)律隨機碼，但實際卻是一組 1011110001101100111000111000 的 31 位可復制的周期性隨機碼[3]。
圖 4 同步提取偽隨機碼 M1（t）序列
圖 5 偽隨機碼序列中的周期重復單元 m1（t）序列
2.3 發(fā)送端一級調(diào)制碼 S（t）
發(fā)送端調(diào)制碼 S（t）=M1⊕M。本文實驗模型 M1（t）與 M（t）為異或得到的一級調(diào)制碼 S（t）。由上文可知 m1（t）= 1011110001101100111000111000，收發(fā)雙方同步序列 M1（t）的起 始參照同步信息 P2 為發(fā)送方選取的同步信息 M1（t）的具體信 息，這部分信息和本文仿真模型的隨機碼 P1（t）一起作為私鑰 K1 交于接收方。備注 m1（t）=1011110001101100111000111000 為 收發(fā)雙方同步序列中重復的周期碼，M1（t）為本文具體通信中 用于收發(fā)雙方同步提取的同步序列 M1（t）=Xm1（t），X 視具體的 通信案例而定。本文仿真模型一級調(diào)制碼 S（t）對應(yīng)的關(guān)系為： S（t）=M1⊕M，M1（t）和 M（t）序列為模 2 運算后實現(xiàn)的擴頻 [4]。 擴頻后一級調(diào)制碼 S（t）序列如圖 6 所示。
通過上述一級調(diào)制，可將原擬發(fā)送的幾十比特速率的電 文變換成幾兆甚至幾十兆比特發(fā)送速率的由電文和偽隨機噪聲 碼組成的組合碼 S（t）。原始信息 M（t）經(jīng)過一級調(diào)制后實現(xiàn) 的效果是增加了頻帶寬度，減小了信噪。從通信安全的角度來 說，信噪比越小，信號深埋在噪聲之中，越不易被他人捕獲， 具有極強的保密性 [5-7]。
2.4 二級調(diào)制
一級調(diào)制碼 S（t）與私鑰 K1 中的隨機碼序列部分 P1（t） 二級調(diào)制生成信息 D（t）。二級調(diào)制過程中最重要的部分即為 私鑰 K1 中的隨機碼序列部分 P1（t）。P1（t）及收發(fā)雙方同步序 列 M1（t）的起始參照同步信息 P2 組成私鑰 K1，與公開信道分離， 獨立傳送給接收方。接收端通過私鑰 K1 中的隨機序列 P1（t） 和偽隨機序列 M1（t）解調(diào)出真實的信息 M。
P1（t）為隨機碼序列，由隨機碼生成器產(chǎn)生，本文選取 隨機碼序列 P1（t）=11110101，共 8 位，如圖 7 所示。
圖 7 二級調(diào)制隨機碼 P1（t）序列
二級調(diào)制過程 ：D（t）=S（t）⊕ P1（t）。S（t）與 P1（t）的關(guān)系為模 2 運算后得到的 D（t）碼序列，如圖 8 所示。
圖 8 二級調(diào)制碼 D（t）序列
二級調(diào)制 D（t）碼序列：D（t）=00000100011011001110001 110001011110001101100111000111000。接收端收到（Dt）序列碼后，通過私鑰 K1中的隨機碼 P1（t），收發(fā)雙方同步序列 M1（t）的起始參照同步信息 P2 及信道中公開的偽隨機序列碼 M1（t）進行逆運算提取隱藏在 D（t）序列碼中的真實信息 M[8]。
2.5 通信模型
發(fā)送方模型公式 M1@M@K1=D，對應(yīng)通信模型如圖 9 所示。M1 為偽隨機碼序列，用于收發(fā)兩端同步提取信息序列。M 為原始信息，信息 M 經(jīng)過二級調(diào)制產(chǎn)生信息 D，K1 為收發(fā)雙 方私鑰，K1 私有信道上傳輸?shù)臑橐浑S機碼序列由 P1（t）及收發(fā) 雙方同步序列 M1（t）的起始參照同步信息 P2 組成，其中 P1（t） 由隨機碼生成器產(chǎn)生，P2 參與收發(fā)雙方的同步校驗信息提取工 作。公開信道中傳輸?shù)臑樵夹畔?M 對應(yīng)的二級調(diào)制碼序列 D（t），m1（t）=1011110001101100111000111000 為收發(fā)雙方重 復的周期碼偽隨機序列碼。
2.6 接收端解調(diào)信息
當接收端接收到公開信道收到的二級調(diào)制碼序列 D（t）后， 首先利用私有信道中的 PB（t）得到發(fā)送端的一級調(diào)制碼 S（t）， 其次利用 M1（t）=1011110001101100111000111000 為收發(fā)雙方 重復周期碼的 NM1（t）偽隨機序列碼及 P2 參與到收發(fā)雙方的 同步校驗信息，進行逆運算解調(diào)出發(fā)送端的原始信息 M[9]。
2.7 技術(shù)創(chuàng)新
本文從通信和接收信息安全的角度，研究并提出了一種基于私鑰混合同步技術(shù)的信息隱藏方案。通信模型中所采用的私 鑰混合同步技術(shù)的信息隱藏方案較傳統(tǒng)隱寫法而言，避免了信 息傳播渠道的單一。隱藏方案所涉及的擴頻、收發(fā)雙方的同步 校驗信息及私有信道中的隨機碼序列等技術(shù)措施都增加了信息 的安全性與非法用戶破解信息的難度 [10]。
3 結(jié) 語
本文從通信和接收信息安全的角度出發(fā)，提出了一種基于 私鑰混合同步技術(shù)的信息隱藏方案。發(fā)送方采用二級調(diào)制將真 實信息 M 隱藏于公開信息序列 nm1（t）中，信息傳播過程結(jié) 合公開信道及私有信道傳輸信息，只有接收方是合法的用戶才 能通過合法的算法解調(diào)出隱藏的信息 M。本文信息隱寫方案 較傳統(tǒng)信息隱藏技術(shù)而言更安全，算法更復雜，破解難度更大。
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