一种基于数据包长度的VANET隐蔽信道构建方法技术

本发明专利技术涉及一种基于数据包长度的VANET隐蔽信道构建方法，属于网络信息传输安全技术领域。该方法包括参考数据包长度序列的选取与划分，编解码方案，共享规则变换，调制和解调算法，信息熵调节和完整性校验。本发明专利技术通过引入分组编码和算术编码来提高隐蔽信息的嵌入效率，且不会过多增加信道中的包长度种类。同时，构建长度隐蔽模式、差值隐蔽模式和正常传输模式等三种传输模式，以实现载体数据包和非载体数据包的随机分布，提高信息传输的隐蔽性。其次，通过设计完整性校验和信息熵调节方案，以提高隐蔽信息接收成功率和降低隐蔽信道与合法信道数据包分布差距。法信道数据包分布差距。法信道数据包分布差距。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据包长度的VANET隐蔽信道构建方法


[0001]本专利技术属于网络信息传输安全
，涉及一种基于数据包长度的VANET隐蔽信道构建方法。

技术介绍

[0002]在车载自组织网络(Vehicular Ad hoc Network,VANET)中，当车辆想要相互通信或者共享数据时，网络中总是不可避免地出现数据被入侵的可能，防止对机密数据未经授权的访问成为一个需要解决的问题。为了保护数据的安全传输，研究人员开发了各种安全技术，如进行通信加密，网络划分和隔离，网络异常流量监测等。其中，加密技术虽然对攻击者隐藏了消息的内容，但不能隐藏消息本身的存在。当信息在线路上传输时，加密数据容易引起攻击者的注意。因此，寻求一种可以实现消息隐藏而又不引起攻击者注意的数据安全传输方法，对于保障VANET通信信息安全传输具有重要的意义。
[0003]隐蔽信道技术允许秘密数据可以在不引起攻击者注意的情况下发送给接收方，实现两个终端应用程序之间秘密的交换信息。隐蔽信道的构建方法有很多种，在基于载体嵌入数据的分类方法中分为两大类：存储式隐蔽信道和时间式隐蔽信道。其中，存储式隐蔽信道是指发送方在使用的协议或在节点的另一端使用并提取的消息报头中嵌入数据的通道，类型多种多样的网络协议虽然为存储式隐蔽信道的构建提供了设计素材，但由于网络协议的类型总是有限的，容易被攻击者所针对，隐蔽性差。时间式隐蔽信道是指通过系统资源随时间变化的特性嵌入数据的通道，这种时间式隐蔽信道构建相对来说可选择的方法较少，且时间特性受网络抖动影响会导致解码误差大，容易被干扰消除。为了优化存储式和时间式隐蔽信道构建存在的不足，基于数据包长度的隐蔽信道构建技术引起了广泛关注。它通过网络中传输的数据包长度嵌入隐蔽信息，具有很强的抗检测能力，而且这种构建方法普遍适用于满足载体数据包长度要求的协议，摆脱了传统存储式隐蔽信道构建方法对于特定协议的依赖。
[0004]目前，基于传统存储隐蔽信道和时间隐蔽信道保护VANET信息传输安全有了一定的研究，但由于这两种传统方法经过大量研究已经存在了干扰消除的策略，而基于数据包长度构建隐蔽信道保护VANET数据传输的研究鲜有报导。因此为了保护VANET信息安全传输，亟需一种避免传统隐蔽信道构建缺陷而又适用于VANET场景下的隐蔽信道构建技术。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于数据包长度的VANET隐蔽信道构建方法，针对车辆机动性使得VANET容易受到网络攻击的问题，以一种基于车辆相对位置更换共享规则的数据包长度隐蔽信道构建技术，该方法利用分组编码和算数编码提高隐蔽信息的嵌入效率；构建长度、差值和正常传输模式等三种传输模式，以实现载体数据包和非载体数据包的随机分布，并引入车辆相对位置阈值的概念实现对共享规则的实时更换，提高隐蔽信道的隐蔽性；通过设计完整性校验和信息熵调节方案，以提高隐蔽信息接收成功率和降
低隐蔽信道与正常信道数据包分布差距。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于数据包长度的VANET隐蔽信道构建方法，具体包括以下步骤：
[0008]S1：参考数据包长度序列的选取与划分：隐蔽信息的车辆发送方与接收方通过合法通信收集正常数据，将其作为参考数据包长度序列用于实现隐蔽信息的嵌入；同时将参考数据包长度序列从小到大排序，并按照预先商量的规则进行载体划分，生成载体长度序列和可选长度序列；
[0009]S2：编解码方案：通过分组编码和算数编码优化隐蔽信道的信息嵌入效率；
[0010]S3：共享规则变换：车辆发送方根据预先商量的规则对步骤S1和S2中产生的共享规则进行更换并传输；接收方通过接收共享规则更换信息并对其进行判断，以实现解码规则的更换；
[0011]S4：调制和解调算法：车辆发送方通过在载体长度序列中选取不同的数据包长度嵌入隐蔽信息；接收方通过接收信息并判断该数据包长度位于载体长度序列中的位置来获取隐蔽信息；
[0012]S5：信息熵调节：通过模仿正常信道的包分布进行隐蔽信息熵调节，降低隐蔽信道与正常信道数据包分布差距，提高隐蔽信道的隐蔽性；
[0013]S6：完整性校验：隐蔽通信结束后，车辆发送方发送包含隐蔽信息散列值的数据包；接收方接收散列值数据包，并与隐蔽通信阶段隐蔽信息散列值进行比较，确定是否要求车辆发送方重传数据。
[0014]进一步，步骤S1中，车辆发送方与接收方同时对序列Reference_d＝{l1,l2,...,l
N
}中的数据包长度元素进行从小到大的排序，序列中数据个数为N；将排序后的前n个数据包用作构成载体长度序列Carrier_d＝{l1,l2,...,l
n
},n＜N的元素，剩余的数据包长度构成可选长度序列Residue_d＝{l
n+1
,l
n+2
,...,l
N
}；其中，出现重复的数据包时，将重复数据包填充入前一个序列。
[0015]进一步，步骤S2中，发送方通过分组编码和算术编码实现对待发送隐蔽信息的编码，其具体包括以下步骤：
[0016]S201：发送方将载体长度序列Carrier_d中的数据包元素分成m个部分，构成m个包长度种类序列Group_set
j
,j＝1,2,...m，每个序列有W
j
个包长度元素；此m个包长度种类又构成参与编码的命令集合Order_d＝{d
i
|0≤i≤m}；在集合Order_d中依次选取不同数量的命令并对其执行全排列，则m种命令最终可以组成M种不同的组合，如式(1)所示：
[0017][0018]其中，其中，表示选取m种命令中的i种命令进行排列的结果；
[0019]S202：计算每个包长度种类序列Group_set
j
中能分配的包长度元素个数，此过程如式(2)、(3)所示：
[0020][0021]W
m
＝n
‑
(W1+W2+...+W
j
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0022]其中，n为序列Carrier_d中包长度总个数，P”j
为命令d
j
出现的概率，如公式(4)、
(5)所示：
[0023][0024][0025]其中，t
i
为比特串R
i
出现的次数，bin为比特串集合，W
j
为序列Group_set
j
中的包长度个数；假设形成比特串R1时需要d1d2两种命令，形成比特串R2时需要d1d3两种命令，则最后选取d1命令的概率为P
1”＝(P1+P2)/2；
[0026]S203：设包长度种类序列Group_set
j
中元素数量最多为Max，当某个包长度种类序列G本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数据包长度的VANET隐蔽信道构建方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：参考数据包长度序列的选取与划分：隐蔽信息的车辆发送方与接收方通过合法通信收集正常数据，将其作为参考数据包长度序列用于实现隐蔽信息的嵌入；同时将参考数据包长度序列从小到大排序，并按照预先商量的规则进行载体划分，生成载体长度序列和可选长度序列；S2：编解码方案：通过分组编码和算数编码优化隐蔽信道的信息嵌入效率；S3：共享规则变换：车辆发送方根据预先商量的规则对步骤S1和S2中产生的共享规则进行更换并传输；接收方通过接收共享规则更换信息并对其进行判断，以实现解码规则的更换；S4：调制和解调算法：车辆发送方通过在载体长度序列中选取不同的数据包长度嵌入隐蔽信息；接收方通过接收信息并判断该数据包长度位于载体长度序列中的位置来获取隐蔽信息；S5：信息熵调节：通过模仿正常信道的包分布进行隐蔽信息熵调节，降低隐蔽信道与正常信道数据包分布差距；S6：完整性校验：隐蔽通信结束后，车辆发送方发送包含隐蔽信息散列值的数据包；接收方接收散列值数据包，并与隐蔽通信阶段隐蔽信息散列值进行比较，确定是否要求车辆发送方重传数据。2.根据权利要求1所述的VANET隐蔽信道构建方法，其特征在于，步骤S1中，车辆发送方与接收方同时对序列Reference_d＝{l1,l2,...,l
N
}中的数据包长度元素进行从小到大的排序，序列中数据个数为N；将排序后的前n个数据包用作构成载体长度序列Carrier_d＝{l1,l2,...,l
n
},n＜N的元素，剩余的数据包长度构成可选长度序列Residue_d＝{l
n+1
,l
n+2
,...,l
N
}；其中，出现重复的数据包时，将重复数据包填充入前一个序列。3.根据权利要求2所述的VANET隐蔽信道构建方法，其特征在于，步骤S2中，发送方通过分组编码和算术编码实现对待发送隐蔽信息的编码，其具体包括以下步骤：S201：发送方将载体长度序列Carrier_d中的数据包元素分成m个部分，构成m个包长度种类序列Group_set
j
,j＝1,2,...m，每个序列有W
j
个包长度元素；此m个包长度种类又构成参与编码的命令集合Order_d＝{d
i
|0≤i≤m}；在集合Order_d中依次选取不同数量的命令并对其执行全排列，则m种命令最终组成M种不同的组合，如式(1)所示：其中，表示选取m种命令中的i种命令进行排列的结果；S202：计算每个包长度种类序列Group_set
j
中能分配的包长度元素个数，此过程如式(2)、(3)所示：W
m
＝n
‑
(W1+W2+...+W
j
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，n为序列Carrier_d中包长度总个数，P
″
j
为命令d
j
出现的概率，如公式(4)、(5)所示：
其中，t
i
为比特串R
i
出现的次数，bin为比特串集合，W
j
为序列Group_set
j
中的包长度个数；假设形成比特串R1时需要d1d2两种命令，形成比特串R2时需要d1d3两种命令，则最后选取d1命令的概率为P
1”＝(P1+P2)/2；S203：设包长度种类序列Group_set
j
中元素数量最多为Max，当某个包长度种类序列Group_set
j
中的元素数量小于Max时，要求从可选长度序列Residue_d中利用随机算法挑选出q
j
个元素填入包长度种类序列Group_set
j
，使得包长度种类序列Group_set
j
中元素个数为Max；此时，m个包长度种类序列能构成m*Max维包长度矩阵Group_M；矩阵Group_M经过上述处理后如式(6)所示：其中，其中，表示命令d
m
对应的序列Group_set
m
中第i个数据包的长度；S204：接收方根据命令组合与隐蔽信息的映射关系和包长度种类与包长度序列的映射关系，在公式(6)中按照行号进行载体包长度的随机选取，形成待发送包长度序列Primary_d1，完成隐蔽信息的编码过程；S205：发送方将分组编码嵌入中形成的概率P
″
j
转换成二进制序列，对每k位二进制序列进行算术编码，得到i个介于[0,1)区间之间的随机数{r1,r2,...,r
i
}，以及2
k
种二进制序列组合形成的k对关于“0”与“1”出现次数的概率，将该概率装换成二进制数以构成序列Probability_d＝{p
1_0
,p
1_1
,p
2_0
,p
2_1
,...,p
k_0
,p
k_1
}；S206：将{r1,r2,...,r
i
}中随机数转换成对应的包长度；采用将每个随机数去掉个位的“0”以及小数点，得到大于0的整数L
j
作为数据包长度；若该整数在序列Carrier_d中无法找到匹配的数据包长度时，通过多个包长度相加、相减或组合代替L
j
，减少隐蔽信道与合法信道产生的差距，经过该处理后得到待发送序列Primary_d2，完成对分包概率信息的编码过程。4.根据权利要求3所述的VANET隐蔽信道构建方法，其特征在于，步骤S2中，车辆接收方数据译码的具体步骤为：S211：接收方接收发送方传输的数据并读取每条报文的数据包长度；S212：接收方将读取的数据长度与接收方所构建的命令组合与隐蔽信息的映射关系和包长度种类与包长度序列的映射关系进行比对，解码出隐蔽信息。5.根据权利要求3所述的VANET隐蔽信道构建方法，其特征在于，步骤S3中，共享规则变换具体包括：用矩阵Group_M中的非载体数据包，通过基于数据包差值的嵌入方法以利用非载体包长度传输隐蔽共享规则信息；收发双方在序列Residue_d中选取前x个元素构成包差值序列Difference_d＝{l
n+1
,l
n+2
,...,l
n+x
},0＜x＜(N
‑
n)；若当前在矩阵Group_M中随机挑

【专利技术属性】
技术研发人员：赵辉，付英印，韩利利，于林仙，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：