基于VOIP的隐蔽通信系统

摘要 在实时沟通系统中，实时音频隐藏指的是将秘密音频藏入掩护音频。藉由将秘密音频藏入掩护音频中，我们可以得到一个听起来有意义并且与掩护音讯相同的隐匿音讯。因此，即使攻击者在因特网上获取到音讯封包，他仍然无法察觉到内容含有秘密音讯。本篇论文提出了一种实时音讯隐藏的方法，应用在Voice over Internet Protocol (VoIP)的实时通讯系统上 。G.711是在VoIP装置中最被广为支持编码技术；我们针对G.711提出了一种新的实时音讯隐藏设计。实验显示此算法的运行时间为0.257毫秒，这个结果证明此方法在实时VoIP应用上是适用的，同时我们也研究了RTP,UDP,IP的隐藏方案。 关键词：信息隐藏， G.711，EMIPLIB, Speex, VoIP 选题的目的和意义 VoIP（Voice over Internet Protocol）简而言之就是将模拟声音讯号（Voice）数字化，以数据封包（Data Packet）的形式在 IP 数据网络 (IP Network）上做实时传递。VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。VoIP可以在IP网络上便宜的传送语音、传真、视频、和数据等业务，如统一消息、虚拟电话、虚拟语音/传真邮箱、查号业务、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、电视会议、电子商务、传真存储转发和各种信息的存储转发等。 VoIP的基本原理是：通过语音的压缩算法对语音数据编码进行压缩处理，然后把这些语音数据按 TCP/IP 标准进行打包，经过 IP 网络把数据包送至接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由互联网传送语音的目的。 IP 电话的核心与关键设备是 IP 网关，它把各地区电话区号映射为相应的地区网关 IP 地址。这些信息存放在一个数据库中，数据接续处理软件将完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。 在用户拨打长途电话时，网关根据电话区号数据库资料，确定相应网关的 IP 地址，并将此 IP 地址加入 IP 数据包中，同时选择最佳路由，以减少传输时延， IP 数据包经 Internet 到达目的地的网关。在一些 Internet 尚未延伸到或暂时未设立网关的地区，可设置路由，由最近的网关通过长途电话网转接，实现通信业务。 在传统的VOIP系统中，人声音需要被编码为数据包的形式，从而得以在Internet上传播。由于Internet是一个开放的环境，数据包可以被蓄意攻击者获取，从而被窃听。为了解决这个问题，通常用的方法是采用加密算法来保护音频内容，例如 数据加密标准(DES)或者是高级加密标准(AES)[1]等。然而，这些方法存着这隐性问题。 虽然加密可以保护信息的内容，从而使得语音包在加密之后听起来是毫无意义的噪声。然而这会使得攻击者发觉语音被加密锁保护。由于被加密保护的语音往往含有价值不菲的信息在其中，这使得攻击者投入大量的精力对信息进行解密。同这些加密方案比起来，信息隐藏方法不仅隐藏了信息的内容，同时也隐藏了其自身的存在[2]。这些技术通常选择一些不铭感的信息作为表面信息，同时把要隐藏的信息嵌入在这些表面掩护信息中。信息隐藏技术被广泛地应用在文本，WAV或MP3格式音频[3]或者位图[4]和JPEG图片。 随着以互联网为标志的网络时代的到来和以电子商务为代表的网络经济的兴起，网络信息的安全问题日益突出。人们在享受它带来的便利与高效的同时,也面临着同样“高效”和“快捷”的网上作案手段。从个人隐私、企业商务到政府运作，网络信息安全已经成为最令人感到不安和担忧的因素之一,甚至成为影响国家安全、经济发展、个人利益和社会稳定的重大关键问题。网络信息安全涉及到信息传输安全、信息存储安全和网络信息访问审计安全三个方面。其中，网络信息传输安全尤其重要，是其他网络信息安全的基础。由于网络信息传输的时域和频域范围较大，容易受到攻击，因此网络信息传输安全是网络信息安全的研究重点。目前，传输安全体制主要是建立在密码技术之上，采用传输加密技术和数据完整性鉴别技术。密码技术虽然是目前普遍使用信息安全技术，但也会引起一些问题，主要表现为加密后的密文形式等于告诉了攻击者其中存在重要的机密信息，因此加密方式很容易引起主动攻击。随着MD5算法被中本文的目的在于采用不同层次的技术来实现VOIP音频的隐藏。 近年来，网络信息安全技术研究出现了一个新的研究方向:信息隐藏技术。它与加密技术的根本区别在于:加密技术是隐藏信息的“内容”，而隐藏技术是隐藏信息的“存在性”。加密机制强调将秘密信息变为“看不懂”，隐藏机制强调将秘密信息变为“不可见”。与加密技术相比，信息隐藏技术可以减少“主动攻击”的概率。目前隐蔽术的研究方向主要集中在以图像、音频、文本等文件为载体而进行“静态”信息隐藏:随着研究的深入，基于网络信道、流媒体（如视频流、VoIP)进行“实时、动态”的信息隐藏技术成为一个新的研究热点。 1.2国内外研究状况 Christian Grothoff 等研究了在自然语言翻译文档中引入的噪声中隐藏信息的可行性[3]。它李永乐在自然语言翻译过程中的差错来隐藏密文。它的基本思路如下：发送方和接收方共同选用一文本。将它进行翻译以获得掩护文本。然后，发送方将密文编码进该掩护文本中。然后接受者通过比较明文和接收文本的差异性以获得隐藏信息。然而，对于攻击者来说，这种差异是可接受的。因为不同的翻译包其产生的翻译错误时不同的，所以很难判断这样的翻译错误时来自于密文编码还是来自于翻译语言包。 在图像应用中的信息隐藏也有多方面的研究。JPEG图像也同样支持信息隐藏。Chin-Chen Chang提出了通过修改JPEG文件结构中的注释标记域来隐藏密文信息[5]。他提出了了两种方法。第一个叫替换法，它通过修改注释标记来隐藏密文。这种方法仍然保存着原来图片的大小。第二种方法叫插入法。它通过将密文插入不含注释标记的图像中。这两种方法均保证在插入密文后的图片同原始图片均无法区分不同处。 Chin-Chen Chang 提出了基于子带的信息隐藏方案。采用16K采样频率对声音信号进行采样，在语音包编码前进行前置处理，在频域上压缩处理，使其模拟成8K采样的传统电话语音信号的数据尺寸，然后用正常的G.711方式编码和发送，在接收端用反向算法进行解码和后置处理，获得原始语音信息。完全兼容于G.711原有的编解码算法，即使在没有该解码算法的普通电话接收端，仍然能大致听懂正常的语音，而在正确解码的情况下，可以提供比普通话机明显提升的语音质量。 LIS等人研究基于MAC网络协议的隐蔽方法;QAHP,SU P等人研究了 IP协议中隐蔽方法,提出了基于TTL域的隐蔽方法。北京邮电大学杨义先教授、湖南大学的孙星明教授等也在基于网络信道的信息隐藏技术方面进行了深入的研究。在流媒体和多媒体信的信息隐藏方面，PazarciPi研究了对视频流媒体在编码前进行置乱和信息嵌入来实现数据的嵌入，然后进行编码;GIANNOUL A等人提出了一种压缩视频流中隐蔽算法；信息工程大学的平西建教授对数字视频的压缩前后的隐蔽方法进行了深入研究。中山大学的王泽辉副教授对多媒体隐藏信息的效率进行了探讨等。由此可见，对网络信道和流媒体的信息隐藏研究己经受到人们的普遍重视。尤其是基于网络流媒体，如VoIP的信息隐藏技术是当前信息安全领域研究的新兴奋点。