[發(fā)明專利]針對BitTorrent協(xié)議中基于矩陣編碼的Bitfield消息隱蔽通信檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710219748.4
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN107171767A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 翟江濤;李萌;徐留杰;徐心怡
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L9/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 唐紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)與信息安全技術(shù)，具體涉及一種針對BitTorrent協(xié)議中基于矩陣編碼的Bitfield消息隱蔽通信檢測方法。

背景技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)隱寫作為一種隱蔽通信方式，利用合法的數(shù)據(jù)流作為載體在網(wǎng)絡(luò)中傳遞秘密信息。該技術(shù)若被不法組織和個人利用以傳遞有害信息，將對公眾安全造成極大威脅。網(wǎng)絡(luò)隱寫檢測是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可管可控的重要技術(shù)手段，越來越多的研究人員開始致力于該技術(shù)的研究，并取得了諸多有意義的研究成果。

BitTorrent網(wǎng)絡(luò)是目前被廣大網(wǎng)絡(luò)用戶普遍使用的文件傳輸共享方式，是一種P2P技術(shù)的具體應(yīng)用、擴展。近年來P2P技術(shù)飛速發(fā)展，基于P2P以及BitTorrent的隱蔽通信方法也應(yīng)運而生。

由于P2P系統(tǒng)的高度動態(tài)性，某一節(jié)點(例如種子)不可能一直在線，如果某節(jié)點離線，那么節(jié)點原來能提供的數(shù)據(jù)就不再有效，能否在其他節(jié)點中找到這些數(shù)據(jù)，跟這些數(shù)據(jù)塊備份的多少有關(guān)。在BitTorrent中，通過Bitfield消息和have消息，每個節(jié)點保存有它們鄰居的數(shù)據(jù)分布圖，用這些信息，節(jié)點決定下載某一塊數(shù)據(jù)，試圖盡可能保持文件下載的持續(xù)性，防止某些節(jié)點離開之后某些數(shù)據(jù)塊丟失。因此，Bitfield消息的主要作用是保存鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)分布圖，為BitTorrent的文件片斷選擇策略提供依據(jù)。

根據(jù)BitTorrent協(xié)議對Bitfield消息的規(guī)定，Bitfield消息的負載描述了該節(jié)點已有的數(shù)據(jù)，第一個字節(jié)的最高位表示第一塊數(shù)據(jù)，也就是編號為0的數(shù)據(jù)塊，后面每一位表示下一塊數(shù)據(jù)。如果某一位為0，表示節(jié)點沒有對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊，如果某一位為1，表示節(jié)點己經(jīng)有對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊。如果最后的字節(jié)不滿8位，剩下的位用0填充。根據(jù)規(guī)定，如果文件所分片斷數(shù)不是8的倍數(shù)的話，最后的字節(jié)應(yīng)該用0補齊?；诰仃嚲幋a的Bitfield消息隱蔽通信正是利用了這一冗余來隱藏信息。

在傳統(tǒng)隱蔽通信算法中,每個二進制數(shù)據(jù)的修改可以平均嵌入2比特秘密信息。基于Bitfield的隱蔽通信引入了矩陣編碼技術(shù)，在提高信息嵌入效率的同時，減少由于修改數(shù)據(jù)對BitTorrent性能造成的影響。矩陣編碼的目的就是提高嵌入效率，使每個數(shù)據(jù)修改可以嵌入更多的秘密比特，即在2^k-1個原始數(shù)據(jù)中最多改動1比特達到嵌入k比特秘密信息的效果。算法僅修改Bitfield消息中的1比特信息，從而在2^k-1個原始數(shù)據(jù)中嵌入k比特秘密信息。

矩陣編碼的示例如下，當k＝2時(k＝1時即為LSB密寫)，設(shè)x₁，x₂是要嵌入的秘密比特，a₁、a₂、a₃是三個載體數(shù)據(jù)，將載體數(shù)據(jù)通過公式轉(zhuǎn)換后與x₁、x₂作對比，如果則不改變原始數(shù)據(jù)；如果則改變a1的數(shù)據(jù)；如果則改變a₂的數(shù)據(jù)；如果則改變a₃的數(shù)據(jù),其中表示異或運算。

當k＞2時，首先利用公式(1)將原始數(shù)據(jù)的序號按二進制編碼，得到b_i,j，其中b_i,j的取值為0或1。

i＝(b_i,kb_i,k-1...b_i,1)₂ 1≤i≤2^k-1

(1)

進一步，利用式公式(2)計算c_j，這里，表示對多個量連續(xù)作異或運算，a_i為Bitfield消息負載的第i位，x₁、x₂...x_k是欲嵌入的秘密信息。

最后，利用公式(3)計算C的值，如果C＝0，則不作任何改動；否則改動a_C。

提取秘密信息非常簡單，只需按公式(4)計算即可得到嵌入的秘密信息x_j

為了增加含密信息的嵌入量，基于Bitfield的隱蔽通信將Bitfield數(shù)據(jù)分割成大小為7比特的若干小塊，選擇k＝3進行信息嵌入。

基于Bitfield消息隱蔽通信的基本策略是：結(jié)合矩陣編碼技術(shù)，通過修改1比特的信息嵌入多比特秘密信息，目的是盡可能少的修改原始數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)修改對BitTorrent性能的影響降到最低點，嵌入效率高，從而提高了該方法的隱蔽性。由此可知，該方法具有嵌入率高、隱蔽性強的特點。