[发明专利]基于分层模型的流媒体隐蔽通信方法

摘要

基于分层模型的流媒体隐蔽通信方法属于流媒体信息隐藏领域，其特征在于，在源端进入互联网传输之前、在目的端自互联网输出后分别设立了机密信息嵌入、机密信息提取模块，共同组成了隐蔽通信模块，该模块依次由隐蔽应用层、隐蔽传输管理层以及隐蔽传输适配和执行层组成。分别执行机密信息输入、机密信息可靠且隐蔽的传输以及机密信息嵌入和提取操作，在传输管理层同步控制和差错控制均采用了序列号机制。采用了一个设定了状态标志位的有限状态机来确定每一个状态下的响应行为，采用滑动窗口进行流量控制，采用一个应用类型标志来实现不同的隐蔽应用在同一条传输信道上按优先级进行传输。本发明具有适应性广、传输可靠的优点。

主权项

1.基于分层模型的流媒体隐蔽通信方法，其特征在于所述方法是在两台用网络设备连接的电脑终端上依次按以下步骤实现的：步骤(1)初始化在源电脑终端上，设立：音频输入模块，机密信息嵌入模块，流媒体传输模块，以及流媒体传输初始化模块，在目的电脑终端上，设立音频输出模块，机密信息提取模块，流媒体传输模块，以及流媒体传输初始化模块，所述流媒体传输初始化模块，设有流媒体传输的目的终端的网络地址输入窗口以及流媒体的文件格式输入窗口，以及为所选两台电脑终端进行流媒体传输所用的会话初始化协议，相应的，向流媒体传输模块输出所选目的终端的网络地址和流媒体的文件格式，所述音频输入模块，用音频采集设备采集济源市语音数据，依次经过编码、封装后形成待发送的语音编码数据包，再向隐蔽通信嵌入模块输出，所述音频输出模块，输入端与所述流媒体传输模块的输出端相连，把收到的被封装的语音编码数据包解码，大额到原始语音数据，再通过音频输出设备播放出来，所述流媒体传输模块，利用设定的网络传输协议来准确无误的完成封装好的语音编码数据包的传输工作，及时的从源电脑终端送达目的电脑终端，所述机密信息嵌入模块，设有：待隐藏的机密信息输入端口，以及来自所述音频输入模块的语音编码数据包的输入端口，输出为送往源电脑终端的流媒体传输模块的已经嵌入机密信息的语音编码数据包，所述机密信息提取模块，输入为来自目的电脑终端流媒体传输模块的已经嵌入机密信息的语音编码数据包，输出为机密信息，以及送往音频输出模块的语音编码数据包，诉述机密信息嵌入模块和机密信息提取模块组成一个隐藏通信模块，含有：隐蔽通信应用层SIA、隐蔽传输管理层STM和隐蔽通信适配和执行层SAE，其中：隐蔽通信应用层SIA，输入端与所述音频输入模块的语音编码数据包的输出端相连，同时提供人机接口，输入用户待传输的机密信息，把该机密信息复制到隐蔽传输管理层STM的相应的发送缓冲区，同时，还在Windows平台上采用微软基本类程序库MFC提供的SIA层的数据结构处理输入数据，记录机密信息的长度及接收文件的总长度；隐蔽传输管理层STM，其中定义了以下原语：SEND，表示完成不定长度的机密数据的可靠发送，RECEIVE，该原语完成机密数据的可靠接收，CONNECT，该原语负责初始化STM对等端，为同步序列号，DISCONNECT，该原语负责中断STM传输，LISTEN，该原语的功能是监听来自对等端的请求，同时，定义了以下数据结构，SIA层数据发送缓存、SIA层数据接收缓存，当前待发送帧缓存，当前接收帧缓存，当前连接状态，当前序列号，最后收到的确认号，最后收到的序列号，超时门限，此外，又定义了以下STM层的8比特的帧格式，其中包括：SYN，1比特，位于第0比特位，用于建立连接，声明起始序列号，ACK，1比特，位于第1比特位，确认标志域，表示确认序列号有效，FIN，1比特，位于第2比特位，结束标志域，用于结束一个连接，LENGTH，5比特，位于第3-7比特位，表示除了头部以外的STM层帧携带的数据长度，SEQ，3比特，位于第0-2比特位，为STM层帧序列号，ANN，3比特，位于第3-5比特位，表示STM层帧携带的确认序列号，TYPE，2比特，位于第6、第7比特位，为应用类型标志，根据应用类型向SIA层提交数据，其中，应用类型包括：即时消息和文件两种，针对两种不同应用类型，系统分别采用相应的处理函数，DATA，0-31字节，为STM层帧携带的数据净荷；所述一个STM帧构成了一个面向STM的隐蔽传输管理层数据单元STMDU，在所述STM层还设立了下属各连接状态：IDLE，表示系统处于连接空闲状态，等待连接到达，已被发送或接收，SYN-SENT，表示已经发送SYN，等待接收SYN+ACK，“+”号表示“与”SYN-CONF，表示已经接收SYN+ACK，准备发送ACK，SYN-RECV，已经接收SYN，准备发送SYN+ACK，SYN-REPL，表示已经发送SYN+ACK，等待接收ACK，ESTAB，适时发送FIN，并准备接收FIN，FIN-RECV，表示已经接收FIN，准备发送ACK或ACK+FIN，WAIT，表示已经发送FIN，等待接收ACK或ACK+FIN，CLOSING，表示已经接收ACK，等待接收FIN，LAST-ACK，表示已经接收FIN，准备发送ACK，PERSIST，表示已经发送ACK，准备发送FIN，OVER，表示已经发送FIN，等待接收ACK，所述STM层分别在发送过程和接收过程中为隐蔽通信应用层SIA和隐蔽通信适配和执行层SAE提供机密信息的可靠隐蔽传输服务，隐蔽通信适配和执行层，设有下列数据结构：大小为一个STMDU的发送缓冲区，大小为一个STMDU加一个隐蔽通信适配和执行数据单元SAEDU的接收缓冲区，发送缓冲区读指针，接收缓冲区写指针，用以判断是否发送完一个STMDU的发送缓冲区剩余数据长度，实时传输协议RTP序列号缓存，接收标志和丢包标志，隐蔽通信适配和执行层SAE，依次按以下步骤把上层STM派发的数据单元STMDU嵌入到流媒体载体中，以及提取流媒体载体中携带的STMDU，其步骤如下：第1步：STMDU和标志位的提取和嵌入，所述标志位包括：同步为SYN，表明源方的初始序列号，确认序号有效位ACK，对方的序列号，结束位FIN，第2步：根据设定的隐蔽通信的最大传输单元MTU把数据单元STMDU分散为隐蔽通信适配和执行层数据单元SAEDU，提取时依据数据到达的先后顺序形成完整的STMDU，第3步，用实时传输协议的序列号实现STMDU的丢包检测，第4步，标记一个流媒体分组中是否带有机密信息，步骤(2)，依次按以下步骤进行隐蔽通信：步骤(2.1)源终端用户输入目的终端网络地址，向目的端用户发送流媒体传输请求，步骤(2.2)目的端用户作出收到请求的应答，启动音频采集和音频输出模块，步骤(2.3)源端用户在收到应答后启动音频采集和音频输出模块，步骤(2.4)依次按以下步骤进行隐蔽通信发送：步骤(2.4.1)源端用户在所述SIA层输入待传输的机密信息，在SIA层将机密相信发送到相应的发送缓冲区，并记录数据长度，步骤(2.4.2)所述STM层依次按下述步骤进行传输：第1步：在超时门限未超过预设的上限时，对发送缓存表中的所有帧，定时器加1，第2步：在发送标志被重置时，执行下一步骤，第3步：在有收到新帧时把超时门限重置为最低门限，或重新计时，第4步：释放发送缓存表中等待时间最长的一个帧，一旦发送窗口被填满，则返回，第5步：准备制作新帧，隐蔽通信适配和执行层SAE，依次按下述步骤把上层隐蔽传输管理层STM待发的数据单元STMDU嵌入到流媒体载体中：步骤(2.5)依次按以下步骤进行隐蔽通信接收：步骤(2.5.1)SAE层依次提取并判断是否有隐藏信息标志，释放有后续分段标志，实时传输协议RTP序列号是否联系的标志以及是否发现丢包的标志，步骤(2.5.2)记录当前RTP包的序号，步骤(2.5.3)计算局部变量Key，Key＝Continue×1000+Enable×100+Perturb×10+Follow 其中，Continue，表示RTP包是否连续，不连续为1，连续为0，Enable，表示是否有隐藏信息，有隐藏信息为0，无隐藏信息为1，Perturb，表示是否有丢包，丢包则为1，否则为0，Follow表示是否有后续分段，有后续分段就为1，无后续分段则为0，步骤(2.5.4)判断Key的值：若Key≥1000，表示RTP不连续，清空SAE的接收缓存，设置Perturb标志，返回，若Key≥100或者Key＝10，表示没有隐藏或者有丢包，重置Perturb标志，返回，若Key＜10，表示有隐藏信息，且有后续分段，提取当前RTP包中的隐蔽信息，保存到接收缓冲区，若Key＝0，表示有隐藏信息，无后续分段，则提取当前RTP包中的隐藏信息，设置接收标志，重置接收缓冲区指针，返回；步骤(2.5.5)在STM层，按以下步骤处理：步骤(2.5.5.1)检查接收标志，判断SAE层是否收到完整新帧，步骤(2.5.5.2)在SAE层收到完整新帧后，把SAE层的接收缓存复制到STM层的接收缓冲区，清空SAE层的接收缓存，重置接收标志，步骤(2.5.5.3)根据当前连接状态，调用不同的处理函数，对所收到的帧进行处理；步骤(2.5.6)有新的STMDU到达时，SIA层取走机密信息。