CRC校驗(yàn)在無(wú)線(xiàn)電波信息隱藏中的研究

黃恒一+付三麗

摘 要：文中從研究無(wú)線(xiàn)電信息收發(fā)傳播泄密的角度出發(fā)，對(duì)無(wú)線(xiàn)電信息編碼與無(wú)線(xiàn)電波傳播的特點(diǎn)進(jìn)行探討，研究怎樣從信息本身進(jìn)行隱藏并結(jié)合電磁波傳播特性，提出CRC校驗(yàn)在無(wú)線(xiàn)電波信息隱藏中的方法。設(shè)計(jì)方案首先將原始信息進(jìn)行二進(jìn)制的編碼轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換后的原始信息結(jié)合CRC校驗(yàn)技術(shù)添加CRC校驗(yàn)碼一起組成新的原始待發(fā)送二進(jìn)制信息，原始待發(fā)送的基帶信息編碼中的1定義為高電平，0定義為低電平。當(dāng)接收方接收到電磁波信息后，進(jìn)行逆向解調(diào)，利用雙方約定的電磁波相位定義規(guī)則，CRC校驗(yàn)約定規(guī)則，即可解調(diào)出原始信息，防止機(jī)密信息在電磁波傳送過(guò)程中被非法截獲、破解。

關(guān)鍵詞：二進(jìn)制；隱寫(xiě)術(shù)；無(wú)線(xiàn)電波；CRC校驗(yàn)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）05-00-02

0 引 言

信息隱藏起源于隱寫(xiě)術(shù)，主要用于保護(hù)重要的文件信息。早期人們用含淀粉的水寫(xiě)字，用碘酒獲取隱藏信息。隨著科技的發(fā)展，高科技手段的應(yīng)用對(duì)防止情報(bào)與信息泄露發(fā)揮著重要作用，例如信息的編碼加密、數(shù)字水印、復(fù)雜的數(shù)學(xué)加密算法及最新的量子加密技術(shù)。然而，再高明的防范措施也會(huì)發(fā)生不經(jīng)意的泄密事件。因?yàn)楸Ｃ艽胧┦恰八馈钡?，而人卻是“活”的。人是一切手段中最重要也是最活躍的因素。泄密可能常常就在人們不經(jīng)意的嘴邊、身旁、行動(dòng)中。本文在信息安全的大環(huán)境下主要研究并提出了一種基于CRC校驗(yàn)的信息隱藏方法[1]。

1 原理

信息隱藏這一課題起源于加密術(shù)，早期人們加密信息出于軍事目的，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，僅僅是從信息編碼的角度出發(fā)，如早期的信息加密算法代表“凱撒加密”；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種夾雜復(fù)雜數(shù)學(xué)算法的編碼信息隱藏技術(shù)出現(xiàn)了，這一階段的信息隱藏算法代表為“RSA”加密算法，“DES”加密算法；微電子技術(shù)的發(fā)展大大加速了高性能計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)算法信息隱藏也變得不再安全，人們開(kāi)始研究新的信息隱藏技術(shù)，這一階段主要流行嵌入式載體的信息隱藏技術(shù)，代表有“圖像水印”、“音頻水印”技術(shù)[2]。

本文主要從傳統(tǒng)及目前已經(jīng)存在的信息隱藏技術(shù)出發(fā)，研究對(duì)象是無(wú)線(xiàn)電波信息傳輸過(guò)程中信息的隱藏保密方式，但由于各種信息保密措施是“死”的，而人卻是“活”的，因此電磁波本身傳播的頻率易泄露和被截獲的特點(diǎn)是最重要、最活躍的因素，因而文中提出一種收發(fā)雙方利用CRC校驗(yàn)規(guī)則，約定基帶信息信號(hào)與選定電磁波相位之間的關(guān)系，基于CRC校驗(yàn)實(shí)現(xiàn)信息隱藏的方法[3，4]。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 將隱藏文件轉(zhuǎn)換為數(shù)字文本

首先將隱藏文件的文本信息轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字文本，便于CRC校驗(yàn)發(fā)送數(shù)字信息及無(wú)線(xiàn)電波的相位調(diào)制。利用圖1所示的數(shù)字文本轉(zhuǎn)換軟件將文本信息轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼。

圖1為將原始的文本信息轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼。圖2所示為接收方利用數(shù)字軟件還原的文本信息，即將二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換為文本。圖3所示為原始文件對(duì)應(yīng)的文本。

2.2 將文件數(shù)字文本添加CRC校驗(yàn)碼

所謂的CRC校驗(yàn)技術(shù)，是借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層由防止出錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)思想轉(zhuǎn)化來(lái)的一種技術(shù)。在發(fā)送端把數(shù)據(jù)劃分為組，假定每組為k比特，待發(fā)送的數(shù)據(jù)為M=101001（k=6）。CRC運(yùn)算就是在數(shù)據(jù)后面加上n位CRC校驗(yàn)碼，構(gòu)成一個(gè)混合CRC校驗(yàn)碼數(shù)據(jù)，將（k+n）位一起發(fā)送出去。在接收端把解調(diào)出來(lái)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向CRC校驗(yàn)，將收到的數(shù)據(jù)分組，每組除以同樣的除數(shù)P，然后檢查所得余數(shù)R。如果在傳輸過(guò)程中無(wú)差錯(cuò)，那么經(jīng)過(guò)CRC檢驗(yàn)后得出的余數(shù)R=0，即發(fā)送的信息在傳輸過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)差錯(cuò)[5]。

2.2.1 原始的待發(fā)送數(shù)據(jù)添加CRC步驟

將原始的文本信息轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼信息后，如何在轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制信息后確定添加n位CRC校驗(yàn)碼？此處舉例說(shuō)明。假設(shè)轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)M1=101001（k=6），用二進(jìn)制的模2運(yùn)算對(duì)2n乘M1，即在M1后添加了n個(gè)0。得到的（k+n）數(shù)除以雙方事先商定的長(zhǎng)度為（n+1）位的除數(shù)P，得到的商是Q而余數(shù)是R（n位，比P少1位）。余數(shù)R就作為CRC校驗(yàn)碼添加在數(shù)據(jù)M1后與原始轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)M1一起發(fā)送出去[6]。

2.2.2 CRC校驗(yàn)碼步驟算法求取過(guò)程

經(jīng)過(guò)CRC校驗(yàn)碼添加步驟可知，以M1=101001，收發(fā)雙方約定P=1101的待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行演示：

（1）k=6， M=101001。

（2）設(shè)n =3，除數(shù)P=1101，被除數(shù)為2nM=101001000。

（3）運(yùn)算的結(jié)果為商Q= 110101，余數(shù)R=001。

（4）余數(shù)R作為冗余碼添加在數(shù)據(jù)M后發(fā)送出去。發(fā)送的數(shù)據(jù)為2nM+R，即101001001，共 （k+n） 位。

待發(fā)送數(shù)據(jù)M1 CRC校驗(yàn)碼步驟算法過(guò)程如圖4所示。

2.3 基帶信息信號(hào)與選定的電磁波相位之間的調(diào)制

經(jīng)CRC校驗(yàn)碼步驟算法求取過(guò)程，得到轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)M1，添加n位CRC校驗(yàn)碼的數(shù)據(jù)為M2=101001001。選取帶發(fā)送調(diào)制的電磁波數(shù)據(jù)為f1=A1sin （t）[7]。定義電磁波信號(hào)為 f1（0°～180°）范圍對(duì)應(yīng)的上半軸波形幅度為1， f1（180°～360°）范圍對(duì)應(yīng)的下半軸波形幅度值為0，即根據(jù)電磁波幅度定義可以得到一組碼元數(shù)據(jù)M3=10101010……

添加CRC校驗(yàn)碼數(shù)據(jù)M2調(diào)制電磁算法即將數(shù)據(jù)M2|M3=M4再次經(jīng)過(guò)運(yùn)算，將數(shù)據(jù)M4與電磁波f1相乘，電磁波的每半個(gè)周期對(duì)應(yīng)M4數(shù)據(jù)中的一個(gè)碼元，當(dāng)M4數(shù)據(jù)中的碼元為1時(shí)，定義收發(fā)雙方電磁波的波形為上半軸，當(dāng)M4數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)的碼元為0時(shí)定義為電磁波波形的下半軸[8]。

2.4 接收端解調(diào)電磁波中隱藏的信息

當(dāng)接收端收到發(fā)送方的電磁波文件時(shí)，先按照收發(fā)雙方約定的規(guī)則，當(dāng)接收到的電磁波f2波形圖中在半個(gè)周期即一個(gè)碼元時(shí)間對(duì)應(yīng)波形上半軸，接收方就定義此碼元為1，對(duì)應(yīng)的波形為下半軸，接收方就定義此碼元為0。接收方初次解調(diào)的碼元數(shù)據(jù)為M5；之后按照M6=M5|M3運(yùn)算得到數(shù)據(jù)M6；接下來(lái)按照CRC校驗(yàn)法則對(duì)M6數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)M6去除CRC校驗(yàn)碼得到數(shù)據(jù)M7；最后接收方再借助二進(jìn)制文本轉(zhuǎn)換軟件進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)換，即可得到發(fā)送方原先想隱藏的數(shù)據(jù)信息。經(jīng)過(guò)上述四步，收發(fā)雙方可以成功隱藏電磁波信息文件[9，10]。

2.5 技術(shù)創(chuàng)新

本文從傳統(tǒng)信息隱藏的角度出發(fā)，提出了一種基于CRC校驗(yàn)技術(shù)以隱藏生活中容易泄露的電磁波信息的方法。文中發(fā)送方所采用的CRC校驗(yàn)技術(shù)較傳統(tǒng)隱寫(xiě)方法而言，從人的角度出發(fā)，CRC校驗(yàn)不僅變換了發(fā)送方的文本信息進(jìn)行二進(jìn)制編碼，接收方還可以檢查文本信息是否遭遇篡改，且CRC校驗(yàn)的編碼信息M2與電磁波對(duì)應(yīng)的碼元M3再次調(diào)制后二次調(diào)制原先的電磁波f1，實(shí)現(xiàn)了隱藏電磁波信息的目的。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文研究并提出的CRC校驗(yàn)在無(wú)線(xiàn)電波信息隱藏中的方法較傳統(tǒng)信息隱藏技術(shù)而言更加安全，算法更加復(fù)雜，破解難度更大。收發(fā)電磁波雙方按照約定的規(guī)則進(jìn)行CRC校驗(yàn)，信息編碼等步驟實(shí)現(xiàn)電磁波信息的隱寫(xiě)。

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