一种基于扩频编码的可靠网络隐蔽信道设计方法

发布时间：2019-08-13 08:49

【摘要】：针对网络隐蔽信道在强噪声环境中信息传递错误率高的问题,该文提出一种基于CDMA扩频编码的可靠网络隐蔽信道设计方法。该方法利用数据包在传输过程中的包际时延传递隐蔽信息,发送方采用散列扩频编码,接收方采用信道噪声预测消除等技术进行信道抗干扰处理,提高了强噪声环境中隐蔽信道通信的可靠性。针对信道抗干扰性与信道传输率两个主要衡量指标互斥、综合性能难以达到最优的问题,提出了基于选定传输率的抗干扰能力最优化方法。在TCP/IP网络中构建了该隐蔽信道,并进行了隐蔽信息传输实验,结果表明该文方法与解决同类问题的其他方法相比隐蔽信道数据传输的综合抗干扰能力提高20%左右。
【图文】：

系统模型图,隐蔽信道,系统模型

第4期牛小鹏等：一种基于扩频编码的可靠网络隐蔽信道设计方法1013明，RNCC可以在保证信道传输效率的基础上最大程度地降低信道传输错误率，提高抗干扰能力。2RNCC系统模型RNCC结构如图1所示，发送方利用隐蔽存储信道将同步信息嵌入到合法数据包中，编码器对隐蔽信息进行散列扩频编码，再按照正常网络流量的统计特征将码元调制成数据包的间隔时延。接收方对接收到的时延信号做消噪处理，然后由解码器进行解码和解调，恢复出隐蔽信息。图1网络隐蔽信道系统模型信息传输抗噪的方法包括两类：(1)通过在数据流中插入校验码来提高抗干扰能力；(2)通过编码机制保证信息的传递正确性。后者较前者具有更多的灵活性。对于隐蔽信息数据kb，用向量C对其扩频编码，结果为[],(,)11(1),(2),,()KKkikfikkksssNsb==S===C(1)其中C为具有正交性质的Walsh-Hadamard矩阵，每一列都可以作为扩频编码的向量码字，f(i,k)为隐蔽信息i,kb的索引哈希函数，利用该散列值在C中随机选取一列作为i,kb的扩频码字。正常通信的网络数据包间隔具有随机性，并且相互独立具有相同的分布特征[2]，其值决定于数据流的包间隔时延概率分布函数。为了保证信道的隐蔽性，可以使用码字S产生与正常数据包间隔时延具有相同统计特征的时延信号。文献[6]介绍了一种利用概率累积分布函数(CumulativeDistributeFunction,CDF)的反函数生成服从特定分布随机变量的方法，即以区间[0,1]上服从均匀分布的随机变量序列作为任意分布的CDF反函数的输入，得到满足该分布的随机变量。按照概率累积分布函数的定义，信息码元的累积分布函数为()Pr[]Pr[][]mmsmsmllllFlslslPl￡￡=￡===(2)对隐蔽信息的调制可分为两个阶段：(1)将扩频编?

传输率,抗干扰能力,信道,隐蔽信道

1014电子与信息学报第35卷()111112122112220221(())1(())2(()1)2(()1)[()()]4[()]1/2112112MKmKmmMMsmsmsmmmKKkNRNEunlEunlMEunEunNFlFlNPlMMKNKkNRNNRkg=-==-=-éù==êú=+êú==--==÷÷÷=÷÷÷+è÷èêú÷=÷è+è20NRkêú=÷÷÷÷÷(5)由式(5)可见，抗干扰系数g与扩频系数N成正比，而数据传输率R与N成反比。如图2所示，在一定区间内g随着K的增大逐渐下降；当K增大到一定程度，g趋近于0，抗干扰能力处于极低水平，隐蔽信道几乎不能使用。而R与K成正比，随着K的增加线性增加，接近于1。由此可知，信道抗干扰能力与数据传输率两个主要衡量指标互斥，，难以同时达到最优。为了使两个目标同时达到最佳状态，获得较好的抗干扰能力和数据传输率，需要按照一定的策略进行参数优化调节，获得最佳平衡。g可以从0趋近于正无穷，没有约束和比较标准，其值不易确定。而R(0,1]，可以根据实际应用需求设定高或低的传输率。隐蔽信道的设计目的是传递秘密信息，数据量一般不大，但要求较高的准确率。因此可以设计如下策略：给定数据传输率R，通过改变N的值，最大化抗干扰能力g。图3展示了将R固定为不同值时g与N的关系。参数选择过程如下，首先根据具体应用需求设定数据传输率R，在固定R的条件下计算maxg，以及扩频系数N和信道数目K，文中所用到的参数设置如表1所示。3.2噪声消减解码与编码过程相反，需要根据网络环境对载波信号做消噪处理。接收方得到的信号为cd=d+x，其中x是噪声，d是包间时延。当x￡20ms时表1隐蔽信道主要参数设置RmaxgNK
【作者单位】：解放军信息工程大学;
【基金】：国家863计划项目(2009AA01Z434) 信息工程大学未来发展基金(Future 1201)资助课题
【分类号】：TP393.08

【参考文献】