本文選題：隱信道　切入點：流媒體　出處：《中國科學技術大學》2014年博士論文

【摘要】：基于流媒體的網絡隱信道研究吸引了越來越多學者的關注,作為一種“多通道”載體,流媒體具有瞬時性和不可預測性,以它作為載體構建隱信道進行隱蔽通信,具有其他媒介無法比擬的優(yōu)勢。目前為止,流媒體隱信道在構建算法研究方面已經有不少研究成果,與正向研究相比,其逆向檢測研究仍然處于起步階段,有效的檢測算法很少�，F(xiàn)有的流媒體隱信道大多局限在G711, G.723.1, G.729a等互聯(lián)網VoIP編碼流中,而隨著3G移動網絡的迅速發(fā)展,基于移動流媒體的隱信道研究必將是未來隱信道的發(fā)展趨勢。除此以外,流媒體隱信道在系統(tǒng)設計研究和應用研究方面也遠遠不足。 針對目前流媒體隱信道的研究現(xiàn)狀,本文從逆向檢測研究、正向構建算法研究、系統(tǒng)設計與實現(xiàn)以及應用研究這四個方面展開工作。 在逆向檢測研究方面,本文設計了兩種高效的盲檢測算法。第一種是基于馬爾科夫狀態(tài)轉移的檢測方法,利用多維馬爾科夫鏈對流媒體參數(shù)進行建模分析,并將馬爾科夫狀態(tài)轉移矩陣作為分類特征矢量。第二種是基于信源熵率的檢測方法,該方法使用馬爾科夫信源模型對流媒體參數(shù)進行統(tǒng)計分析,將馬爾科夫信源極限熵作為分類特征值。實驗結果表明,這兩種方法在檢測準確率和檢測窗口尺寸方面都要優(yōu)于現(xiàn)有算法,大大提高了在線檢測的能力。 在正向研究方面,本文首先提出了基于次優(yōu)編碼的自適應隱信道算法。該方法利用代數(shù)碼本搜索的冗余性來設計隱寫嵌入算法,并引入自適應參數(shù),在變速率編碼過程中自動調節(jié)嵌入率,使隱寫后得到的語音始終保持良好的聽覺效果。該方法構建的隱信道帶寬最高可達3.2kbpso實驗表明,基于次優(yōu)編碼的隱寫算法不會給編碼器帶來額外的計算復雜度,具有良好的不可感知性(語音質量高)和較強的抗檢測性,現(xiàn)有的檢測算法無法進行有效檢測。此外,本文還提出了一種基于碼率偽裝的高速率隱信道算法,該方法利用流媒體變速率編碼器的多碼率冗余性設計隱寫嵌入算法,它將隱蔽信息填充在低碼率編碼器語音幀尾部,偽裝成高碼率的編碼器語音幀,并采用SRTP協(xié)議加密語音幀保證其安全性。該方法構建的隱信道帶寬達到5.6kbps,實驗表明該方法在隱藏容量和安全性方面都有較強的實用性。 在系統(tǒng)設計與實現(xiàn)研究方面,本文基于正向研究的成果,設計并實現(xiàn)了3G手機上的隱信道系統(tǒng)軟件—Stegdroid,該系統(tǒng)引入半可靠的傳輸控制機制,支持任意形式的數(shù)據(jù)傳輸,Stegdroid可以構建單雙工隱信道,傳輸帶寬為3.2kbps-5.6kbps。測試結果表明Stegdroid運行穩(wěn)定,可以在3G、4G和Wifi等網絡中使用,具有實際應用意義。 在應用研究方面,本文提出使用隱信道來節(jié)省流媒體的傳輸帶寬。論文以AMR-WB為例,詳細介紹了隱信道降低流媒體傳輸帶寬的基本原理和工作流程,實驗結果表明該方法可以為AMR-WB節(jié)省10.7%-15.1%(1.6kbps-2.55kbps)的帶寬,且基本不會降低AMR-WB的語音質量。該方法有效節(jié)約了網絡帶寬資源,減輕流媒體網絡負載。雖然論文只是以AMR-WB為例進行介紹,但基于隱信道降低傳輸帶寬的思想也可以應用到其他流媒體中,其基本原理是一樣的。
[Abstract]:Research of network covert channel streaming media has attracted more and more attention based on as a multi-channel carrier, streaming media has instantaneity and unpredictability, taking it as the vector of covert communication covert channel, has incomparable advantages of other media. So far, the covert channel in streaming media the construction algorithm has been studied a lot of research results, compared with the positive research, the reverse detection research is still in its infancy, effective detection algorithm of streaming media rarely. Most of the existing limitations of the covert channel in G711, G.723.1, G.729a and other Internet VoIP encoding stream, with the rapid development of 3G mobile network, mobile streaming media hidden based on the research channel will be the future development trend of the covert channel. In addition, the streaming media in the covert channel research and application system design is also insufficient.
In view of the current research status of the hidden channel in streaming media, this paper starts from the following four aspects: reverse detection research, forward construction algorithm research, system design and implementation, and application research.
In the research of reverse detection, this paper designs two efficient blind detection algorithm. The first method is based on the Markoff state transfer, modeling and analysis using multidimensional Markoff chain convection media parameters, and the vector Markoff state transition matrix as the classification features. The second method is based on entropy rate, this method using the Markoff source model of streaming media parameters for statistical analysis, the Markoff limit source entropy as feature values of classification. The experimental results show that the two methods in the detection accuracy and detection is superior to the existing algorithm of window size, greatly improving the ability of on-line detection.
In the positive research, this paper proposed an adaptive implicit channel algorithm based on suboptimal encoding. The method to design the embedding algorithm using redundant algebraic codebook search, and the adaptive parameters, automatically adjust the embedding rate in variable rate encoding process, the steganographic speech obtained after always maintain good hearing results. Show hidden channel bandwidth up to 3.2kbpso the experimental method to construct the suboptimal encoding algorithm of steganography can give additional encoder based on computational complexity, has good imperceptibility (high voice quality) and strong anti detection, the existing detection algorithms can not effectively detect. In addition, this paper also proposed a high-speed channel algorithm based on implicit rate camouflage by using this method, flow rate redundancy design of hidden media speed encoder write embedding algorithm, it will fill the hidden information In charge of low bit rate speech coder frame tail, disguised as a high bit rate encoder speech frame, and uses the SRTP protocol to encrypt the speech frame to ensure their safety. The method of constructing the hidden channel bandwidth reaches 5.6kbps, experiments show that this method has good practicability in hiding capacity and safety.
The research and implementation of system design, this paper is based on the results of the study, design and implement the software system of 3G - Stegdroid covert channel on the mobile phone, the transmission control mechanism of the semi reliable data transmission system, support arbitrary form, Stegdroid can build single duplex covert channel, the transmission bandwidth for the 3.2kbps-5.6kbps. test results show that the Stegdroid stable operation in 3G, using 4G and Wifi network, has practical significance.
In the aspect of application research, this paper put forward the use of covert channel to save the transmission bandwidth of streaming media. This paper takes AMR-WB as an example, describes the hidden channel to reduce the basic principle and working process of streaming media transmission bandwidth, the experimental results show that this method can save AMR-WB 10.7%-15.1% (1.6kbps-2.55kbps) bandwidth, and will not reduce the AMR-WB voice quality. This method effectively saves network bandwidth resources, reducing network load of streaming media. Although the thesis is in the case of AMR-WB are introduced, but the implicit channel reduced transmission bandwidth of thought can also be applied to other streaming media based on its basic principle is the same.

【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN919.8

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本文編號：1703937