基于网络流媒体的隐蔽通信模型与性能优化方法的研究

论文摘要

隐写术是信息安全技术的重要分支之一，常用于实现隐蔽通信。相较于静态载体，流媒体载体具有载体结构化、特征时变性、内容实时性等特点，是实现交互式隐蔽通信的良好选择。基于静态载体的隐写术研究偏重于寻求与载体具有良好的协作能力的隐藏方法。而对基于网络流媒体的隐蔽通信的研究，不仅要解决如何嵌入的问题，还要进一步地定量地解决容量、隐蔽性、可靠性之间的平衡问题。在容量方面，由于流媒体载体有结构化的特性，因此可以同时在不同的结构成分上使用多种嵌入方法，以获取超过单一隐藏方法的容量。然而，各种隐藏方法之间可能存在冲突，因此需要一种描述隐藏方法之间关系的方法。通过对流媒体载体结构的分析，结合前人对静态载体上的信息隐藏的模型的研究，本文对流媒体载体建立载体特征维度和隐藏特征空间的概念，进而将隐藏方法的关系表达为此空间中的并行性。单个流媒体分组上的多种隐藏算法的联合使用对应于隐藏特征空间中的隐藏算法矢量，隐藏算法矢量上的秘密消息分配对应容量矢量。在隐蔽性方面，由于流媒体载体存在通信过程、流分组、载体特征和隐藏特征三个结构层次，因此也存在对应的三个层次的隐蔽性。现有的对隐蔽性与容量的关系的研究，普遍针对静态载体上单个隐藏算法。本文通过归纳隐蔽性的普遍属性，得到对隐蔽性的合理定量表征应该具有的对容量的关系。然后，本文提出了一种基于检测者模型的隐蔽性定量表征方法，该方法对特征、分组、通信过程三个层次的隐蔽性的描述具有统一的形式。通过调节隐藏算法矢量上的秘密消息分配，对隐蔽性进行了优化。在可靠性方面，对可靠性的主要干扰因素是流媒体载体分组的丢失。经过前述的隐蔽性优化之后，对应的隐蔽通信的信道是码字集随机变化的分组删除信道。为了在这一复杂信道上保持秘密消息的可靠性，本文提出了传输单元的定位方案，随后使用分组重传技术，提出了以隐藏算法矢量为处理单位的可靠性方案。为了提高整体信道利用率，本文进一步对所提出的可靠性方案中各参数的影响进行了分析。综合上述理论成果，结合实际应用需求，本文完整地实现了一套基于网络流媒体的隐蔽通信原型系统，对该系统的性能进行了实际测试，验证了前述理论的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 第1章 引言
• 1.1 从信息安全到信息隐藏
• 1.2 信息隐藏的概念与应用
• 1.2.1 信息隐藏技术的基本模型
• 1.2.2 信息隐藏技术的应用分支
• 1.3 隐藏算法研究现状概略
• 1.3.1 隐藏算法的性能指标
• 1.3.2 载体的种类
• 1.3.3 隐藏算法的种类
• 1.4 以流媒体为载体的隐蔽通信
• 1.5 论文的研究内容与篇章结构
• 1.6 数学符号约定
• 第2章 流媒体隐蔽通信系统的多维隐藏空间模型
• 2.1 相关研究
• 2.2 流媒体载体的结构
• 2.2.1 数字化流媒体载体的非结构表达
• 2.2.2 载体特征
• 2.2.3 载体特征空间的同构划分
• 2.2.4 载体特征的分离性与并行性
• 2.2.5 流媒体分组序列的载体特征分解
• 2.3 流媒体载体的隐藏特征
• 2.3.1 隐藏算法与隐藏特征
• 2.3.2 隐藏算法的并行性与合并
• 2.3.3 隐藏能力集
• 2.4 多维隐藏空间
• 2.4.1 流媒体分组上的多维隐藏空间
• 2.4.2 多维隐藏空间指导下的流媒体隐蔽通信
• 2.4.3 流媒体与载体特征的概率分布
• 2.4.4 载体特征的相关度与正交性
• 2.5 多维隐藏空间上的隐藏容量
• 2.5.1 嵌入量
• 2.5.2 隐藏容量
• 2.5.3 嵌入速率
• 2.6 实例、测试与实验结果
• 2.6.1 载体与隐藏算法
• 2.6.2 流媒体分组定义与隐藏特征分解
• 2.7 本章小结
• 第3章 多维隐藏空间中的隐蔽性定量与优化
• 3.1 相关研究
• 3.1.1 以概率结构表达的隐蔽性与优化
• 3.1.2 以载体语义质量和检测效果表达的隐蔽性
• 3.1.3 无定量表达的情况下提高隐蔽性的实践方案
• 3.2 多维隐藏空间中被动攻击者的行为模型
• 3.2.1 对隐藏特征和隐藏算法的攻击行为
• 3.2.2 对流媒体分组和隐藏算法矢量的攻击行为
• 3.2.3 对流媒体序列和隐蔽通信过程的攻击行为
• 3.2.4 被动攻击者的自我优化
• 3.3 多维隐藏空间的隐蔽性定量
• 3.3.1 隐蔽性的数值特性
• 3.3.2 检测相对熵形式的隐蔽性
• 3.4 隐藏算法矢量的隐蔽性优化
• 3.5 实例、测试与实验结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于多维隐藏空间的隐蔽通信的可靠性
• 4.1 相关研究
• 4.2 多维隐藏空间中的主动攻击者行为模型
• 4.3 多维隐藏空间中的隐蔽通信信道
• 4.3.1 隐蔽通信信道的模型
• 4.3.2 隐蔽通信信道的定位方案
• 4.4 可靠的隐蔽通信系统与信道利用率分析
• 4.4.1 可靠性方案的隐蔽性分析
• 4.4.2 影响信道利用率的因素
• 4.4.3 流媒体分组对隐写信道的切分
• 4.4.4 流媒体分组对传输帧和传输帧域的切分
• 4.4.5 传输帧定位的性能分析
• 4.4.6 可用序列号的分析
• 4.4.7 内容传输分析
• 4.4.8 总体传输效率
• 4.5 实例、测试与实验结果
• 4.6 本章小结
• 第5章 流媒体隐蔽通信系统的实现与验证
• 5.1 程序框架
• 5.2 性能测试
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果