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时间式网络隐蔽信道抗扰技术研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 网络隐蔽信道的系统模型及性能要素

1.2.1 系统模型

1.2.2 性能要素

1.3 国内外研究现状

1.3.1 存储式网络隐蔽信道

1.3.2 时间式网络隐蔽信道

1.4 本文的研究思路与组织结构

1.4.1 本文的研究思路

1.4.2 本文的组织结构与章节安排

2 CDF模型调制错误率分析与分区变阶调制方法

2.1 CDF模型调制原理

2.2 网络时延抖动下的CDF模型调制错误率分析

2.2.1 时延抖动分析与建模

2.2.2 秘密消息无差错恢复的条件

2.2.3 解调错误率的一般表达式

2.2.4 实验结果与分析

2.3 分区变阶CDF模型调制

2.3.1 分区变阶CDF模型调制原理

2.3.2 实验结果与分析

2.4 本章小结

3 基于RS编码的抗丢包干扰时间式隐蔽信道

3.1 网络丢包对时间式隐蔽信道的影响分析

3.2 基于RS编码和IPD序列驱动的模型调制方法

3.2.1 针对秘密消息数据的RS编码

3.2.2 抵抗连续码元错误的交织技术

3.2.3 IPD序列驱动的模型调制方法

3.2.4 接收方针对丢包位置的识别和预处理

3.2.5 载密消息的码元提取和译码恢复

3.3 实验结果与分析

3.3.1 鲁棒性分析

3.3.2 不可检测性分析

3.4 本章小结

4 时变干扰下基于自适应编码的时间式隐蔽信道

4.1 自适应时间式隐蔽信道系统模型

4.2 载体信道状态监测指标

4.2.1 广义丢包率

4.2.2 时延抖动强度

4.3 自适应调制编码策略与反馈信道设计

4.3.2 自适应调制编码参数选择

4.3.3 反馈信道设计

4.4 实验结果与分析

4.4.1 自适应传输性能

4.4.2 误比特性能

4.5 本章小结

5 基于空时格型码的多进多出时间式隐蔽信道

5.1 多进多出时间式隐蔽信道的部署场景

5.2 基于空时格型码的时间式隐蔽信道

5.2.1 基于空时格型码的秘密消息嵌入方法

5.2.2 基于维特比译码算法的秘密消息恢复方法

5.3 译码复杂度与成对差错概率分析

5.3.1 译码复杂度

5.3.2 成对差错概率分析

5.4 实验结果与分析

5.4.1 多进多出时间式隐蔽信道的误比特率性能

5.4.2 多进多出时间式隐蔽信道的抗检测性能

5.5 本章小结

6 具有不等差错保护能力的多播时间式隐蔽信道

6.1 多播时间式隐蔽信道系统模型

6.1.1 多播载体信道特性

6.1.2 删除信道模型与喷泉码

6.2 基于扩展窗喷泉码的多播时间式隐蔽信道

6.2.1 基于消息分组编码的秘密消息嵌入方法

6.2.2 LT码的度分布分析

6.3 秘密消息的提取和译码

6.4 实验结果与分析

6.4.1 误比特性能

6.4.2 时间复杂度

6.5 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献

附录

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摘要

时间式网络隐蔽信道是一种通过调整载体流中数据包发送时间实现信息隐藏的技术。数据包在网络传输过程中会出现时延抖动、丢包和乱序的现象,这些现象将不可避免地干扰时间式隐蔽信道中信息的传输。设计兼具抗扰和抗检测能力的时间式网络隐蔽信道是当前该领域的的关键问题之一。本文从信息调制和信道编码入手对这一问题展开了研究,论文开展的主要工作和取得的成果如下:
  (1)针对基于CDF模型调制的时间式隐蔽信道,分析了网络时延抖动给秘密消息的嵌入提取过程造成的影响,给出了嵌入包间时延的秘密消息字符在接收端被无差错恢复的充要条件并予以证明。通过进一步推导得到了基于CDF模型调制的时间式隐蔽信道在受网络时延抖动干扰时理论误比特率的计算方法。为了提高基于模型的时间式隐蔽信道对时延抖动的抗干扰能力,提出了一种分区变阶CDF模型调制算法,通过仿真实验验证了其有效性。
  (2)分析了网络丢包对时间式隐蔽信道秘密消息传输过程的影响,提出了一种基于RS编码的抗丢包干扰时间式网络隐蔽信道构建方法。该方法使用RS码来编码待传输的秘密消息,在将编码码元嵌入包间时延之前对其进行交织以应对可能发生的突发连续丢包情况;接收端使用到达包间时延序列预处理算法解决丢包导致的码元失序问题,再通过RS译码纠正可能出现的差错,仿真实验验证了所提方法的有效性。
  (3)针对存在时变干扰的载体信道,从提高时间式隐蔽信道带宽利用率出发,提出了一种自适应时间式隐蔽信道传输方案。分析了乱序对时间式隐蔽信道秘密消息传输过程的影响,分别定义了时延抖动强度和广义丢包率两个信道干扰度量指标,用于监测载体信道状态。给出了不同参数的编码方案切换阈值的确定方法和自适应调整策略以及反馈信道的设计方法;最后通过仿真实验验证了所提方案的有效性。
  (4)同时采用源端和目的端之间的多个数据包流作为载体流量,提出了一种基于空时格型码的多进多出时间式隐蔽信道。发送端首先对秘密消息数据进行空时编码,然后将编码码元嵌入到多个载体数据包流的包间时延中;接收端使用基于维特比译码算法的提取机制从这多个数据包流的到达包间时延序列中恢复秘密消息。成对差错概率分析结果表明增加载体流的个数能够提高多进多出时间式隐蔽信道的抗干扰能力,并给出了相关编码参数的设计准则。
  (5)针对多播场景通信中的时间式隐蔽信道,提出了一种具有不等差错保护功能的时间式隐蔽信道方法,实现秘密消息的一对多传送。该方法将存在丢包现象的多播载体信道建模为删除信道,为了在删除信道上给重要性等级不同的秘密消息数据提供不同程度的保护,论文提出了一种基于扩展窗喷泉码的秘密消息数据编码算法,可保证重要性等级较高的数据在多播时间式隐蔽信道中将以相对较低的误比特率得到优先传输。
  论文最后对全文进行了总结,并对未来值得进一步研究的问题提出了展望。

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