CN105703900A - 一种物理层隐写传输方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了物理层隐写传输方法及***，应用于通信技术领域。在本实施例的方法中，在每次传输隐写信号时，信号的发送端都会在对载体信号进行信道编码后，确定隐写容量的上限，且生成随机序列使其指示第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入位置，然后根据生成序列将第一隐藏信号嵌入到载体信号中得到隐写信号，其中该第一隐藏信号的长度不能大于隐写容量的上限，最后发送端设置隐写信号中的传输标识并调制发送出去。这样本实施例中发送端动态地、自适应地调整每次嵌入到载体信号中的第一隐藏信号的最长长度，可以将需要传输的长度较长的第二隐藏信号分多次传输，使得隐写信号不容易被敌意监听端怀疑，从而提高了隐藏信号传输的安全性。

Description

一种物理层隐写传输方法及***
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种物理层隐写传输方法及***。
背景技术
发送端通过物理层的隐写技术，借助载体信号、隐写密钥和信道编码，可以在监听端能够获取一部分信息(比如接收信号、信道编码方式)的情况下将隐藏信号传输到接收端，且这个过程中监听端不会怀疑隐藏信号/信道的存在，从而不对隐藏信号进行攻击和修改，确保隐写信号传输过程中的安全性和稳健性。
影响正常通信和隐秘通信的通信质量因素有很多，比如无线信道的变化，发送端采用的编码方式、信号调制方式，及隐藏信号的长度等，一旦通信出现较大异常，很容易引起监听端的怀疑，无法保证隐写方法的安全性。因此如何在通信过程中提高隐秘通信的安全性和稳健性，使得通信过程尽可能看不出异常，进而避开监听端的怀疑和攻击，是个比较重要的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种物理层隐写传输方法及***，实现了动态地调整嵌入到载体信号中的第一隐藏信号的最长长度。
本发明实施例提供一种物理层隐写传输方法，包括：
对载体信号进行信道编码得到编码后的载体信号；
确定嵌入到所述编码后的载体信号的隐藏信号的隐写容量的上限；
生成随机序列，所述随机序列用于指示第一隐藏信号在所述编码后的载体信号中的嵌入位置；
根据所述随机序列在所述编码后的载体信号中嵌入第一隐藏信号得到隐写信号，其中，所述第一隐藏信号的长度不大于所述隐写容量的上限；
设置所述隐写信号的传输标识，将所述设置所述传输标识的隐写信号进行调制并发送，所述传输标识用于标识需要发送的第二隐藏信号是否传输完成。
本发明实施例提供一种物理层隐写传输方法，包括：
接收发送端传输的隐写信号；
将所述隐写信号进行解调得到解调后的隐写信号，所述解调后的隐写信号包含嵌入到编码后的载体信号中的第一隐藏信号；
生成随机序列，所述随机序列指示所述第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入位置；
获取所述第一隐藏信号的位数；
如果所述解调后的隐写信号中包括第二传输标识，所述第二传输标识用于标识需要传输的第二隐藏信号已传输完成，则根据第一隐藏信号的位数及随机序列从所述解调后的隐写信号中获取所述第一隐藏信号；
将所述获取的第一隐藏信号，及之前获取的至少一个第三隐藏信号合并成所述第二隐藏信号。
本发明实施例还提供一种物理层隐写传输装置，包括：
编码单元，用于对载体信号进行信道编码得到编码后的载体信号；
上限确定单元，用于确定嵌入到所述编码后的载体信号的隐藏信号的隐写容量的上限；
序列生成单元，用于生成随机序列，所述随机序列用于指示第一隐藏信号在所述编码后的载体信号中的嵌入位置；
隐写单元，用于根据所述序列生成单元生成的随机序列，在所述编码单元得到的编码后的载体信号中嵌入第一隐藏信号得到隐写信号，其中，所述第一隐藏信号的长度不大于所述上限确定单元确定的隐写容量的上限；
传输单元，用于设置所述隐写单元得到的隐写信号的传输标识，将所述设置所述传输标识的隐写信号进行调制并发送，所述传输标识用于标识需要发送的第二隐藏信号是否传输完成。
本发明实施例还提供一种物理层隐写传输装置，包括：
接收单元，用于接收发送端传输的隐写信号；
解调单元，用于将所述接收单元接收的隐写信号进行解调得到解调后的隐写信号，所述解调后的隐写信号包含嵌入到编码后的载体信号中的第一隐藏信号；
生成单元，用于生成随机序列，所述随机序列指示所述第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入位置；
信息获取单元，用于获取所述第一隐藏信号的位数；
信号获取单元，用于如果所述解调单元得到的解调后的隐写信号中包括第二传输标识，所述第二传输标识用于标识需要传输的第二隐藏信号已传输完成，则根据所述信息获取单元获取的第一隐藏信号的位数及所述生成单元生成的随机序列从所述解调单元得到的解调后的隐写信号中获取所述第一隐藏信号；
合并单元，用于将所述信号获取单元获取的第一隐藏信号，及之前获取的至少一个第三隐藏信号合并成所述第二隐藏信号。
本发明实施例还提供一种信号传输***，包括发送端和接收端，所述发送端包括：
编码单元，用于对载体信号进行信道编码得到编码后的载体信号；
上限确定单元，用于确定嵌入到所述编码后的载体信号的隐藏信号的隐写容量的上限；
序列生成单元，用于生成随机序列，所述随机序列用于指示第一隐藏信号在所述编码后的载体信号中的嵌入位置；
隐写单元，用于根据所述序列生成单元生成的随机序列，在所述编码单元得到的编码后的载体信号中嵌入第一隐藏信号得到隐写信号，其中，所述第一隐藏信号的长度不大于所述上限确定单元确定的隐写容量的上限；
传输单元，用于设置所述隐写单元得到的隐写信号的传输标识，将所述设置所述传输标识的隐写信号进行调制并发送，所述传输标识用于标识需要发送的第二隐藏信号是否传输完成；
所述接收端包括：
接收单元，用于接收发送端传输的隐写信号；
解调单元，用于将所述接收单元接收的隐写信号进行解调得到解调后的隐写信号，所述解调后的隐写信号包含嵌入到编码后的载体信号中的第一隐藏信号；
生成单元，用于生成随机序列，所述随机序列指示所述第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入位置；
信息获取单元，用于获取所述第一隐藏信号的位数；
信号获取单元，用于如果所述解调单元得到的解调后的隐写信号中包括第二传输标识，所述第二传输标识用于标识需要传输的第二隐藏信号已传输完成，则根据所述信息获取单元获取的第一隐藏信号的位数及所述生成单元生成的随机序列从所述解调单元得到的解调后的隐写信号中获取所述第一隐藏信号；
合并单元，用于将所述信号获取单元获取的第一隐藏信号，及之前获取的至少一个第三隐藏信号合并成所述第二隐藏信号。
可见，在本实施例的方法中，在每次传输隐写信号时，信号的发送端都会在对载体信号进行信道编码后，确定隐写容量的上限，且生成随机序列使其指示第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入位置，然后根据随机序列将第一隐藏信号嵌入到载体信号中得到隐写信号，其中该第一隐藏信号的长度不能大于确定的隐写容量的上限，最后发送端设置隐写信号中的传输标识并调制发送出去。这样本实施例中采用发送端动态地、自适应地调整每次嵌入到载体信号中的第一隐藏信号的最长长度，可以将需要传输的长度较长的第二隐藏信号自适应地分为多个第一隐藏信号，并将这多个第一隐藏信号分别嵌入到载体信号中分次传输，且用传输标识来标识第二隐藏信号是否传输完成。使得第一隐藏信号的长度尽量不会影响到隐写信号的传输，且每一次隐写信号的传输过程中，无论是从对信号序列本身的能力分析，还是从对接收端接收信号的误码率的分析，都可以保证第一隐藏信号在一定的条件下不容易被发现，即隐写信号不容易被敌意监听端怀疑，从而提高了隐藏信号传输的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种物理层隐写传输方法的流程图；
图2是本发明实施例中编码后的载体信号的示意图；
图3是本发明实施例提供的一种物理层隐写传输方法的流程图；
图4是本发明实施例中公开通信和隐秘通信的示意图；
图5是本发明实施例提供的一种物理层隐写传输装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种物理层隐写传输装置的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的另一种物理层隐写传输装置的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的另一种物理层隐写传输装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例提供一种物理层隐写传输方法，主要是信号的发送端所所执行的方法，流程图如图1所示，包括：
步骤101，对载体信号进行信道编码得到编码后的载体信号，其中，载体信号可以是文本信号等。
可以理解，信道编码可以看成是将信号星座图上的点嵌入到更高维的信号空间中，通过汉明码、BCH码、卷积码或块编码等编码技术将信号点嵌入到更高维信号空间后，点与点之间的距离增加，可以提供对应的检错和纠错能力。具体地，发送端将按照确定好的编码方式(比如块编码等)对载体信号进行信道编码。
例如图2所示，按照块编码的编码方式得到的编码后的载体信号是一串二进制信号，具体可以分为多个块，每个块为一个长度为n＞k的信息，称之为编码比特，进一步地，每个块包含k个信息位，在信息位后紧跟着(n-k)位校验位，表示为Cb(n,k)。
步骤102，确定嵌入到编码后的载体信号的隐藏信号的隐写容量的上限，记为Mmax。这里隐写容量的上限即最大长度。
具体地，发送端在获取该隐写容量的上限时，可以先获取如下至少一个参数：信道编码的长度n，信息位的长度k，信号的调制阶数M，与误码率相关的参数δ，与误码数量相关的参数λ，信道的信噪比(SignalNoiseRatio，SNR)参数γ及传输标识的位数np等；然后将该至少一个参数的函数关系值作为该隐写容量的上限，比如Mmax＝f(γ,n,k,np,M,δ,λ)。
其中，上述SNR参数、误码率相关的参数及与误码数量相关的参数具体是发送端对发送端到接收端的信道特性进行探测后得到探测结果，然后根据探测结果估计信道参数的过程中得到的；信道编码的长度是上述步骤101中进行编码时所用的参数，信息位的长度是编码后得到的参数；信号的调制阶数是步骤105中传输隐写信号时调制隐写信号所用的参数；传输标识的位数是步骤104中设置传输标识时所用的参数。
步骤103，生成随机序列，该随机序列用于指示第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入位置。
具体地，在生成随机序列时，发送端的伪随机序列生成器可以利用根密钥生成长度与编码后的载体信号长度一致的二进制序列，具体地，如果生成的二进制序列中某一位置的二进制码为“1”时，则编码后的载体信号中与该二进制码对应的位置为第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入位置。
其中，发送端的伪随机序列生成器(Pseudo-RandomNumberGenerator，PRNG)和接收端的伪随机序列生成器相同，且发送端和接收端在生成随机序列时使用的根密钥相同，需要发送端与接收端协商，该根密钥对于监听端是未知的。这里根密钥可以是m位二进制序列，m可以是1到5的自然数。
步骤104，根据步骤103生成的随机序列在编码后的载体信号中嵌入第一隐藏信号得到隐写信号，其中，第一隐藏信号的长度不大于隐写容量的上限。
步骤105，设置隐写信号的传输标识，将设置了传输标识的隐写信号进行调制并发送，传输标识用于标识需要发送的第二隐藏信号是否传输完成。其中，在传输隐写信号时，具体是采用一定的调制阶数，将隐写信号调制并发送出去。
具体地，如果第一隐藏信号的长度与发送端之前传输的至少一个第三隐藏信号的长度之和小于第二隐藏信号的长度，说明第二隐藏信号还未传输完成，则发送端会在隐写信号的任意t个连续位置设置第一传输标识，该第一传输标识用于标识第二隐藏信号未传输完成；如果第一隐藏信号为第二隐藏信号，或第一隐藏信号的长度与发送端之前传输的至少一个第三隐藏信号的长度之和等于第二隐藏信号的长度，说明第二隐藏信号已经传输完成，则发送端会在隐写信号的任意t个连续位置设置第二传输标识，该第二传输标识用于标识第二隐藏信号传输完成。其中t个连续位置的具体信息，比如t的值，哪个位置等信息是需要发送端和接收端之间实现约定好。
在具体的实施例中，t为5，且可以在隐写信号的末尾5个连续位设置上述第一传输标识或第二传输标识，第一传输标识为0，第二传输标识为1。且需要说明的是，每次通信过程中，需要传输的载体信号末尾五位连续出现0和出现1的概率极其低，约等于0，否则，一旦在信号没有传输完成之前就出现信号末尾连续5位为1的情况，不仅隐藏信号没有正常地被传输到合法接收方，连正常的通信也会受到影响。且第一传输标识和第二传输标识还可以是其它形式，只要能实现发送端和合法接收端约定信号是否传输完成这一功能的任意协议都可以运用到这里，且不会影响到正常的通信和隐写算法的实施。在其它实施例中可以在隐写信号的中间或其它任意位置设置传输标识，只要是信号的发送端和接收端事先约定好即可，这里不对传输标识的位置做具体限制。
可见，在本实施例的方法中，在每次传输隐写信号时，信号的发送端都会在对载体信号进行信道编码后，确定隐写容量的上限，且生成随机序列使其指示第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入位置，然后根据随机序列将第一隐藏信号嵌入到载体信号中得到隐写信号，其中该第一隐藏信号的长度不能大于确定的隐写容量的上限，最后发送端设置隐写信号中的传输标识并调制发送出去。这样本实施例中采用发送端动态地、自适应地调整每次嵌入到载体信号中的第一隐藏信号的最长长度，可以将需要传输的长度较长的第二隐藏信号自适应地分为多个第一隐藏信号，并将这多个第一隐藏信号分别嵌入到载体信号中分次传输，且用传输标识来标识第二隐藏信号是否传输完成。使得第一隐藏信号的长度尽量不会影响到隐写信号的传输，且每一次隐写信号的传输过程中，无论是从对信号序列本身的能力分析，还是从对接收端接收信号的误码率的分析，都可以保证第一隐藏信号在一定的条件下不容易被发现，即隐写信号不容易被敌意监听端怀疑，从而提高了隐藏信号传输的安全性。
进一步地，本发明实施例中发送端可以根据信道特性、信号编码及调制方式变化等因素动态地调整每次嵌入到载体信号中的第一隐藏信号的隐写容量的上限，使得无线通信物理层隐写算法更加贴合实际，更符合实际通信场景的需求。
在一个具体的实施例中，发送端可以在执行上述步骤104之前，可以先根据如下至少一个参数的参数值确定隐写安全级别：发送端与接收端的通信环境中的噪声参数，上述步骤101进行信道编码的参数，及对隐写信号调制的调制参数等；并根据隐写安全级别和预置的隐写策略确定第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入方式，该嵌入方式用来指示第一隐藏信号所在编码后的载体信号中的范围。这样发送端在执行步骤104时，可以根据嵌入方式及随机序列在编码后的载体信号中嵌入第一隐藏信号得到隐写信号。
其中，发送端在确定隐写安全级别时，针对发送端与接收端的通信环境中的噪声参数，发送端可以探测发送端与接收端之间的信道信息，根据信道信息估算通信环境中的噪声值，如果噪声值大于预置的第一噪声值，则隐写安全级别为高，如果噪声值小于预置的第一噪声值，则隐写安全级别为低。针对信道编码的参数，发送端可以获取信道编码得到的编码后的载体信号中的校验位的位数，如果校验位的位数大于预置的第一位数时，隐写安全级别为高，如果校验位的位数小于预置的第一位数，则隐写安全级别为低。针对隐写信号调制的调制参数，发送端可以获取对隐写信号调制的调制阶数，如果调制阶数大于预置的第一阶数，则隐写安全级别为高，如果调制阶数小于预置的第一阶数，则隐写安全级别为低。
上述预置的隐写策略一般是隐写安全级别与嵌入方式的对应关系，发送端在根据隐写安全级别和隐写策略确定嵌入方式时，如果隐写安全级别为低，则嵌入方式为在编码后的载体信号的整个码字中嵌入第一隐藏信号；如果隐写安全级别为高，则嵌入方式为在编码后的载体信号的校验位嵌入第一隐藏信号。
需要说明的是，发送端在确定了嵌入方式后，可以先将确定的嵌入方式及第一隐藏信号的位数等控制信息发送给接收端，以便接收端可以提取到准确的第一隐藏信号。这种情况下，发送端在发送控制信息时是独立于隐写信号发送的。
在另一种情况下，发送端在确定了嵌入方式后，可以先不用将这些控制信息发送给接收端，而是将第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入方式及第一隐藏信号的位数等控制信息嵌入到编码后的载体信号中的前面几位，比如用2位比特位标识嵌入方式，用1位比特位标识第一隐藏信号的位数等，具体地，可以用01表示在校验位嵌入第一隐藏信号，用11表示在整个码字嵌入第一隐藏信号。这种情况下，发送端在发送控制信息时是放置到隐写信号中与第一隐藏信号一同发送。
应当指出的是，将嵌入方式及第一隐藏信号的位数等控制信息放置到隐写信号中与隐写信号一同发送的安全性要明显高于独立于隐写信号而发送这些控制信息，因此，一般情况下，都采用将嵌入方式及第一隐藏信号的位数等控制信息放置到隐写信号中与隐写信号一同发送。
且本实施例中，发送端根据嵌入方式及随机序列在编码后的载体信号中嵌入第一隐藏信号得到隐写信号时，可以在随机序列中与嵌入方式所指示的隐藏信号所在编码后的载体信号中的范围一致的二进制序列内，选定n位二进制码为1的位置，其中，n与第一隐藏信号的位数一致；然后将第一隐藏信号嵌入到编码后的载体信号中与选定的位置对应的位置中。
如果发送端所选择的嵌入方式为将第一隐藏信号嵌入到编码后的载体信号的整个码字，则二进制序列中所有二进制码为1的位为有效位，可以从有效位中选定n个位置；如果发送端所选择的嵌入方式为将第一隐藏信号嵌入到编码后的载体信号的校验位，则二进制序列中对应校验位中二进制码为1的位为有效位，可以从这些有效位中选定n个位置。其中如果有效位的位数大于第一隐藏信号的位数n时，即大于n时，可以从二进制序列中从前到后依次选定n个有效位。
进一步地，上述步骤101得到的编码后的载体信号包括多位二进制码，且上述发送端选定的位置为随机序列的第一位置(比如校验位，或整个码字)上。则发送端将第一隐藏信号嵌入到编码后的载体信号中与选定的位置对应的位置时，如果第一隐藏信号与编码后的载体信号中与第一位置对应的第二位置上的二进制码相反，将编码后的载体信号中第二位置上的二进制码翻转，如果第一隐藏信号与编码后的载体信号中与第一位置对应的第二位置上的二进制码相同，保持编码后的载体信号中第二位置上的二进制码不变。这里的第一位置是指随机序列中的任一个位置，并不是指排在第一的位置。
例如，假设编码后的载体信号为11011011100111001011，前面6位为信息位，后面14位为校验位；生成的随机序列为00010100110010100101，需要发送的第一隐藏信号为11。
如果嵌入方式为将第一隐藏信号嵌入到编码后的载体信号的整个码字，则随机序列的第4，6，9，10，13，15，18和20位为有效位，根据编码后的载体信号和随机序列的对应关系，确定将第一隐藏信号嵌入到编码后的载体信号的第4位和第6位(选定了随机序列的第4位和第6位的有效位)，由于编码后的载体信号的第4位为1，与第一隐藏信号相同，则保持编码后的载体信号的第4位不变，编码后的载体信号的第6位为0，与第一隐藏信号相反，则将编码后的载体信号第6位的二进制码翻转为1，最终得到隐写信号为11011101110111001011。
如果嵌入方式为将第一隐藏信号嵌入到编码后的载体信号的校验位，从第7位校验位开始，则随机序列的第9，10，13，15，18和20位为有效位，确定将第一隐藏信号嵌入到编码后的载体信号的第9位和第10位(选定了随机序列的第9位和第10位的有效位)，由于编码后的载体信号的第9位为1，与第一隐藏信号相同，则保持编码后的载体信号的第9位不变，编码后的载体信号的第10位为0，与第一隐藏信号相反，则将编码后的载体信号第10位的二进制码翻转为1。
本发明实施例提供一种物理层隐写传输方法，主要是信号合法的接收端所所执行的方法，流程图如图3所示，包括：
步骤201，接收发送端传输的隐写信号，其中，发送端传输隐写信号的方法如上述实施例中所述，在此不进行赘述。
步骤202，将隐写信号进行解调得到解调后的隐写信号，解调后的隐写信号包含嵌入到编码后的载体信号中的第一隐藏信号。
步骤203，生成随机序列，该随机序列指示第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入位置，且获取第一隐藏信号的位数。
具体地，接收端可以接收端的伪随机序列生成器利用根密钥生成长度与编码后的载体信号长度一致的二进制序列；其中，接收端的伪随机序列生成器和发送端的伪随机序列生成器相同，且发送端的根密钥和接收端的根密钥相同，该根密钥对于监听端是未知的。
在实际应用中，发送端和接收端共同拥有完全相同的伪随机数生成器(Pseudo-RandomNumberGenerator，PRNG)，如果发送端和接收端协商好相同的根密钥，就可以得到相同的随机序列。这一类的生成器得出的序列是随机的，这样的序列最主要的特性是基于输入的源信号以特定的方式产生，即两个相同的生成器输入相同的源信号(即上述的根密钥)，得到的输出序列是一致的。
且本实施例中，由于发送端可以在传输隐写信号之前，可以将该隐写信号的一些控制信息发送给发送端，这些控制信息可以包括第一隐藏信号的位数等信息。则本实施例中，接收端可以从发送端接收到第一隐藏信号的位数；在另一种情况下，如果发送端将第一隐藏信号的位数等控制信息嵌入到隐写信号中与第一隐藏信号一同发送，则接收端可以从解调后的隐写信号中提取得到第一隐藏信号的位数。
步骤204，根据第一隐藏信号的位数及随机序列从解调后的隐写信号中获取第一隐藏信号。
具体地，接收端在获取第一隐藏信号时，可以在随机序列中选定n位二进制码为1的位置，其中，n与第一隐藏信号的位数一致，然后从编码后的载体信号中与选定的位置对应的位置提取得到n位第一隐藏信号。例如，接收端生成的随机序列为00010100110010100101，解调后的隐写信号为11011101110111001011。如果接收端获取到的第一隐藏信号的位数为2，则随机序列的第4和6位为有效位，根据编码后的载体信号和随机序列的对应关系，从解调后的隐写信号的第4位和第6位提取得到2位隐藏信号为11。
由于发送端在传输隐写信号时，会设置隐写信号的传输标识，则接收端在执行了步骤201到204后，可以执行如下步骤205，或执行步骤206。
步骤205，如果解调后的隐写信号中包括第二传输标识，第二传输标识用于标识需要传输的第二隐藏信号已传输完成，则将获取的第一隐藏信号，及之前获取的至少一个第三隐藏信号合并成第二隐藏信号。具体地，如果解调后的隐写信号的最后连续t位(比如5位)都为1，则确定解调后的隐写信号中包括第二传输标识。
步骤206，如果解调后的隐写信号中包括第一传输标识，该第一传输标识用于标识第二隐藏信号未传输完成，则储存获取的第一隐藏信号，等待接收另一隐写信号，即返回执行步骤201。具体地，如果解调后的隐写信号的最后连续t位(比如5位)都为0，则确定解调后的隐写信号中包括第一传输标识。
进一步地，如果发送端在将第一隐藏信号嵌入到编码后的载体信号得到隐写信号时，根据嵌入方式及生成的随机序列得到隐写信号，则接收端在获取第一隐藏信号之前，还可以获取第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入方式，该嵌入方式可以从发送端获取，比如发送端用两个比特的信息标识嵌入方式，具体用01表示在校验位嵌入第一隐藏信号，用11表示在整个码字嵌入第一隐藏信号；在另一种情况下，如果发送端将嵌入方式等控制信息嵌入到隐写信号中与第一隐藏信号一同发送，则接收端可以从解调后的隐写信号中提取得到嵌入方式。这样接收端在执行步骤204的获取第一隐藏信号时，具体是根据接收端获取到的嵌入方式，第一隐藏信号的位数及随机序列从解调后的隐写信号中获取第一隐藏信号。
具体地，接收端可以在随机序列中与嵌入方式所指示的隐藏信号所在编码后的载体信号中的范围一致的二进制序列内，选定n位二进制码为1的位置，其中，n与第一隐藏信号的位数一致；然后从编码后的载体信号中与选定的位置对应的位置提取得到n位第一隐藏信号。例如，接收端生成的随机序列为00010100110010100101，解调后的隐写信号为11011101110111001011，前面6位为信息位，后面14位为校验位。如果接收端获取到的嵌入方式为将第一隐藏信号嵌入到编码后的载体信号的整个码字，第一隐藏信号的位数为2，则随机序列的第4和6位为有效位，根据编码后的载体信号和随机序列的对应关系，从解调后的隐写信号的第4位和第6位提取得到2位第一隐藏信号为11。
可见，在本实施例的方法中，信号的发送端会动态地、自适应地调整每次嵌入到编码后的载体信号中的第一隐藏信号的最长长度，这样可以将需要传输的长度较长的第二隐藏信号自适应地分为多个第一隐藏信号，并将这多个第一隐藏信号分别嵌入到载体信号中分次传输。则接收端会根据隐写信号中包括的传输标识来确定第二隐藏信号是否传输完成，然后进行相应的处理。使得第一隐藏信号的长度尽量不会影响到隐写信号的传输，且每一次隐写信号的传输过程中，无论是从对信号序列本身的能力分析，还是从对接收端接收信号的误码率的分析，都可以保证第一隐藏信号在一定的条件下不容易被发现，即隐写信号不容易被敌意监听端怀疑，从而提高了隐藏信号传输的安全性。
以下以一个具体的应用实例来说明本发明实施例的方法，如图4所示，在本实施例中，无线通信网络物理层的主要流程包括公开通信和隐秘通信。公开通信是指载体信号的通信过程，见图4中上半部分虚线框；隐秘通信是指隐藏信号的通信过程，见图4中下半部分的虚线框。具体地：
Alice作为信号发射者，想要在监听者/攻击者Eve能够获得无线信道信息和接收信号的情况下，通过发送端向接收方Bob使用的接收端发送隐藏信号。本实施例中，载体信号可以是语音、文本或者是多媒体信号等形式的信号。其中：
发送端使用隐写密钥，并采用上述图1所示的实施例中的方法将隐藏信号Shide分为多个隐藏子信号分别嵌入到多个编码后的载体信号Scover中得到多个隐写信号sstego，然后对隐写信号调制后得到xstego，并被发射到无线通信环境中；接收端接收到信号ystego首先经解调得到然后可以按照上述图3所示的实施例中的方法获取得到隐藏信号和编码后的载体信号
本发明实施例还提供一种物理层隐写传输装置，具体是上述信号的发送端，其结构示意图如图5所示，具体可以包括：
编码单元10，用于对载体信号进行信道编码得到编码后的载体信号。
上限确定单元11，用于确定嵌入到所述编码后的载体信号的隐藏信号的隐写容量的上限；该上限确定单元11，具体用于获取如下至少一个参数：信道编码的长度，信息位的长度，信号的调制阶数，与误码率相关的参数，与误码数量相关的参数，信道的信噪比参数和传输标识的位数；将所述至少一个参数的函数关系值作为所述隐写容量的上限。
序列生成单元12，用于生成随机序列，所述随机序列用于指示第一隐藏信号在所述编码后的载体信号中的嵌入位置。
具体地，该序列生成单元12可以利用发送端的伪随机序列生成器利用根密钥生成长度与所述编码后的载体信号长度一致的二进制序列；其中，所述发送端的伪随机序列生成器和接收端的伪随机序列生成器相同，且所述发送端的根密钥和接收端的根密钥相同。
隐写单元13，用于根据所述序列生成单元12生成的随机序列，在所述编码单元10得到的编码后的载体信号中嵌入第一隐藏信号得到隐写信号，其中，所述第一隐藏信号的长度不大于所述上限确定单元11确定的隐写容量的上限。
传输单元14，用于设置所述隐写单元13得到的隐写信号的传输标识，将所述设置所述传输标识的隐写信号进行调制并发送，所述传输标识用于标识需要发送的第二隐藏信号是否传输完成。
所述传输单元14，具体用于如果所述第一隐藏信号的长度与发送端之前传输的至少一个第三隐藏信号的长度之和小于所述第二隐藏信号的长度，在所述隐写信号的任意t个连续位置设置第一传输标识，所述第一传输标识用于标识所述第二隐藏信号未传输完成；或，所述传输单元14，具体用于如果所述第一隐藏信号为所述第二隐藏信号，或所述第一隐藏信号的长度与发送端之前传输的至少一个第三隐藏信号的长度之和等于所述第二隐藏信号的长度，在所述隐写信号的任意t个连续位置设置第二传输标识，所述第二传输标识用于标识所述第二隐藏信号传输完成。其中，所述第一传输标识为0，所述第二传输标识为1。
在本实施例的物理层隐写传输装置中，在每次传输隐写信号时，在编码单元10对载体信号进行信道编码后，上限确定单元11确定隐写容量的上限，且序列生成单元12生成随机序列使其指示第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入位置，然后隐写单元13根据随机序列将第一隐藏信号嵌入到载体信号中得到隐写信号，其中该第一隐藏信号的长度不能大于确定的隐写容量的上限，最后传输单元14设置隐写信号中的传输标识并调制发送出去。这样本实施例中采用信号传输装置动态地、自适应地调整每次嵌入到载体信号中的第一隐藏信号的最长长度，可以将需要传输的长度较长的第二隐藏信号自适应地分为多个第一隐藏信号，并将这多个第一隐藏信号分别嵌入到载体信号中分次传输，且用传输标识来标识第二隐藏信号是否传输完成。使得第一隐藏信号的长度尽量不会影响到隐写信号的传输，且每一次隐写信号的传输过程中，无论是从对信号序列本身的能力分析，还是从对接收端接收信号的误码率的分析，都可以保证第一隐藏信号在一定的条件下不容易被发现，即隐写信号不容易被敌意监听端怀疑，从而提高了隐藏信号传输的安全性。
参考图6所示，在一个具体的实施例中，物理层隐写传输装置除了可以包括如图5所示的结构外，还可以包括方式确定单元15和信息处理单元16，其中：
方式确定单元15，用于根据如下至少一个参数的参数值确定隐写安全级别：发送端与接收端的通信环境中的噪声参数，所述信道编码的参数，及对隐写信号调制的调制参数；根据所述隐写安全级别和预置的隐写策略确定所述第一隐藏信号在所述编码后的载体信号中的嵌入方式。
其中，所述方式确定单元15，具体用于探测发送端与接收端之间的信道信息，根据所述信道信息估算通信环境中的噪声值，如果所述噪声值大于预置的第一噪声值，则所述隐写安全级别为高，如果所述噪声值小于预置的第一噪声值，则所述隐写安全级别为低；
和/或，获取所述信道编码得到的编码后的载体信号中的校验位的位数，如果所述校验位的位数大于预置的第一位数时，所述隐写安全级别为高，如果所述校验位的位数小于预置的第一位数，则所述隐写安全级别为低；
和/或，获取对所述隐写信号调制的调制阶数，如果所述调制阶数大于预置的第一阶数，则所述隐写安全级别为高，如果所述调制阶数小于预置的第一阶数，则所述隐写安全级别为低。
进一步地，方式确定单元15，还用于如果所述隐写安全级别为低，则所述嵌入方式为在所述编码后的载体信号的整个码字中嵌入所述第一隐藏信号；如果所述隐写安全级别为高，则所述嵌入方式为在所述编码后的载体信号的校验位嵌入所述第一隐藏信号。
这样装置中的隐写单元13，具体用于根据所述方式确定单元15确定的嵌入方式及所述序列生成单元12生成的随机序列在所述编码后的载体信号中嵌入第一隐藏信号得到隐写信号。具体地，隐写单元13会在所述随机序列中与所述嵌入方式所指示的第一隐藏信号所在所述编码后的载体信号中的范围一致的二进制序列内，选定n位二进制码为1的位置，其中，所述n与所述第一隐藏信号的位数一致；将所述第一隐藏信号嵌入到所述编码后的载体信号中与所述选定的位置对应的位置中。
在一个具体的实施例中，如果所述编码后的载体信号包括多位二进制码；则装置中的隐写单元13，具体用于如果选定的位置为所述随机序列的第一位置；且如果所述第一隐藏信号与所述编码后的载体信号中与所述第一位置对应的第二位置上的二进制码相反，将所述第二位置上的二进制码翻转，如果所述第一隐藏信号与所述编码后的载体信号中与所述第一位置对应的第二位置上的二进制码相同，保持所述第二位置上的二进制码不变。
信息处理单元16，用于将所述方式确定单元15确定的第一隐藏信号在所述编码后的载体信号中的嵌入方式及所述第一隐藏信号的位数发送给接收端，或，将所述隐藏信号在所述编码后的载体信号中的嵌入方式及所述隐藏信号的位数嵌入到所述编码后的载体信号中的前面几位。
本发明实施例还提供一种物理层隐写传输装置，具体是上述信号的接收端，其结构示意图如图7所示，具体可以包括：
接收单元20，用于接收发送端传输的隐写信号。
解调单元21，用于将所述接收单元20接收的隐写信号进行解调得到解调后的隐写信号，所述解调后的隐写信号包含嵌入到编码后的载体信号中的第一隐藏信号。
生成单元22，用于生成随机序列，所述随机序列指示所述第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入位置；该生成单元22，具体用于利用接收端的伪随机序列生成器利用根密钥生成长度与所述编码后的载体信号长度一致的二进制序列；其中，所述接收端的伪随机序列生成器和发送端的伪随机序列生成器相同，且所述发送端的根密钥和接收端的根密钥相同。
信息获取单元23，用于获取所述第一隐藏信号的位数。信息获取单元23可以从发送端接收到第一隐藏信号的位数；在另一种情况下，如果发送端将第一隐藏信号的位数等控制信息嵌入到隐写信号中与第一隐藏信号一同发送，则信息获取单元23可以从解调后的隐写信号中提取得到第一隐藏信号的位数。
信号获取单元24，用于根据所述信息获取单元23获取的第一隐藏信号的位数及所述生成单元22生成的随机序列从所述解调单元21得到的解调后的隐写信号中获取所述第一隐藏信号。
在一个具体的实施例中，上述信息获取单元23，还用于获取所述第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入方式，具体地，信息获取单元23可以从发送端接收到第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入方式，在另一种情况下，如果发送端将第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入方式等控制信息嵌入到隐写信号中与第一隐藏信号一同发送，则信息获取单元23可以从解调后的隐写信号中提取得到第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入方式；则所述信号获取单元24，具体用于根据所述信息获取单元23获取的嵌入方式，第一隐藏信号的位数及随机序列从所述解调后的隐写信号中获取所述第一隐藏信号。具体地，信号获取单元24，具体用于在所述随机序列中与所述嵌入方式所指示的隐藏信号所在所述编码后的载体信号中的范围一致的二进制序列内，选定n位二进制码为1的位置，其中，所述n与所述第一隐藏信号的位数一致；从所述编码后的载体信号中与所述选定的位置对应的位置提取得到n位所述第一隐藏信号。
合并单元25，用于如果所述解调单元21得到的解调后的隐写信号中包括第二传输标识，所述第二传输标识用于标识需要传输的第二隐藏信号已传输完成，则将所述信号获取单元24获取的第一隐藏信号，及之前获取的至少一个第三隐藏信号合并成所述第二隐藏信号。
进一步地，物理层隐写传输装置还可以包括获取储存单元26(图中虚线部分)，用于如果所述解调单元21得到的解调后的隐写信号中包括第一传输标识，所述第一传输标识用于标识所述第二隐藏信号未传输完成，则储存所述信号获取单元24获取的第一隐藏信号，等待上述接收单元20接收另一隐写信号。
如果所述解调后的隐写信号的最后连续t位都为1，则所述解调后的隐写信号中包括所述第二传输标识，如果所述解调后的隐写信号的最后连续t位都为0，则所述解调后的隐写信号中包括所述第一传输标识。
在本实施例中信号的发送端会动态地、自适应地调整每次嵌入到编码后的载体信号中的第一隐藏信号的最长长度，这样可以将需要传输的长度较长的第二隐藏信号自适应地分为多个第一隐藏信号，并将这多个第一隐藏信号分别嵌入到载体信号中分次传输。则本实施例的信号传输装置中的合并单元25和储存单元26会根据隐写信号中包括的传输标识来确定第二隐藏信号是否传输完成，然后进行相应的处理。使得第一隐藏信号的长度尽量不会影响到隐写信号的传输，且每一次隐写信号的传输过程中，无论是从对信号序列本身的能力分析，还是从对接收端接收信号的误码率的分析，都可以保证第一隐藏信号在一定的条件下不容易被发现，即隐写信号不容易被敌意监听端怀疑，从而提高了隐藏信号传输的安全性。
本发明实施例还提供一种物理层隐写传输装置，其结构示意图如图8所示，该物理层隐写传输装置可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以***处理器(centralprocessingunits，CPU)30(例如，一个或一个以上处理器)和存储器31，一个或一个以上存储应用程序321或数据322的存储介质32(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器31和存储介质32可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质32的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对物理层隐写传输装置中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器30可以设置为与存储介质32通信，在物理层隐写传输装置上执行存储介质32中的一系列指令操作。
物理层隐写传输装置还可以包括一个或一个以上电源33，一个或一个以上有线或无线网络接口34，一个或一个以上输入输出接口35，和/或，一个或一个以上操作***323，例如WindowsServerTM，MacOSXTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM等等。
上述方法实施例中所述的由信号的发送端或接收端所执行的步骤可以基于该图8所示的物理层隐写传输装置的结构。
本发明实施例还提供一种物理层隐写传输***，主要包括发送端和接收端，其中发送端的结构可以如图5或图6或图8所示的物理层隐写传输装置的结构，接收端的结构可以如图7或图8所示的物理层隐写传输装置的结构，在此不进行赘述。
需要说明的是，以上本发明实施例中物理层隐写传输方法和***主要可以应用于如下领域中：
1、对于政府机构而言，凡是涉及到秘密通信(如国防安全、军事机密、武器研究、航空航天航海最新技术)的地方。
2、对于几乎所有的企事业单位，凡是涉及到商业机密的信息文件(如专利、生产流程、材料配方、商业合同、客户信息等)的传输都涉及到保密通信。
3、对于个人而言，从保护隐私(如身份信息、医疗及保险信息、银行账户信息、个人通信过程中的语音文本信息)的角度出发，依每个人对隐私的期望保护程度均可进行保密通信。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器RAM)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的物理层隐写传输方法及***进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种物理层隐写传输方法，其特征在于，包括：
对载体信号进行信道编码得到编码后的载体信号；
确定嵌入到所述编码后的载体信号的隐藏信号的隐写容量的上限；
生成随机序列，所述随机序列用于指示第一隐藏信号在所述编码后的载体信号中的嵌入位置；
根据所述随机序列在所述编码后的载体信号中嵌入第一隐藏信号得到隐写信号，其中，所述第一隐藏信号的长度不大于所述隐写容量的上限；
设置所述隐写信号的传输标识，将所述设置所述传输标识的隐写信号进行调制并发送，所述传输标识用于标识需要发送的第二隐藏信号是否传输完成。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定嵌入到所述编码后的载体信号的隐藏信号的隐写容量的上限，具体包括：
获取如下至少一个参数：信道编码的长度，信息位的长度，信号的调制阶数，与误码率相关的参数，与误码数量相关的参数，信道的信噪比参数和所述传输标识的位数；
将所述至少一个参数的函数关系值作为所述隐写容量的上限。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述设置所述隐写信号的传输标识具体包括：
如果所述第一隐藏信号的长度与发送端之前传输的至少一个第三隐藏信号的长度之和小于所述第二隐藏信号的长度，在所述隐写信号的任意t个连续位置设置第一传输标识，所述第一传输标识用于标识所述第二隐藏信号未传输完成；
如果所述第一隐藏信号为所述第二隐藏信号，或所述第一隐藏信号的长度与发送端之前传输的至少一个第三隐藏信号的长度之和等于所述第二隐藏信号的长度，在所述隐写信号的任意t个连续位置设置第二传输标识，所述第二传输标识用于标识所述第二隐藏信号传输完成。
4.一种物理层隐写传输方法，其特征在于，包括：
接收发送端传输的隐写信号；
将所述隐写信号进行解调得到解调后的隐写信号，所述解调后的隐写信号包含嵌入到编码后的载体信号中的第一隐藏信号；
生成随机序列，所述随机序列指示所述第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入位置；
获取所述第一隐藏信号的位数；
根据第一隐藏信号的位数及随机序列从所述解调后的隐写信号中获取所述第一隐藏信号；
如果所述解调后的隐写信号中包括第二传输标识，所述第二传输标识用于标识需要传输的第二隐藏信号已传输完成，则将所述获取的第一隐藏信号，及之前获取的至少一个第三隐藏信号合并成所述第二隐藏信号。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果所述解调后的隐写信号中包括第一传输标识，所述第一传输标识用于标识所述第二隐藏信号未传输完成，则储存所述第一隐藏信号，等待接收另一隐写信号；
如果所述解调后的隐写信号的最后连续t位都为1，则所述解调后的隐写信号中包括所述第二传输标识，如果所述解调后的隐写信号的最后连续t位都为0，则所述解调后的隐写信号中包括所述第一传输标识。
6.一种物理层隐写传输装置，其特征在于，包括：
编码单元，用于对载体信号进行信道编码得到编码后的载体信号；
上限确定单元，用于确定嵌入到所述编码后的载体信号的隐藏信号的隐写容量的上限；
序列生成单元，用于生成随机序列，所述随机序列用于指示第一隐藏信号在所述编码后的载体信号中的嵌入位置；
隐写单元，用于根据所述序列生成单元生成的随机序列，在所述编码单元得到的编码后的载体信号中嵌入第一隐藏信号得到隐写信号，其中，所述第一隐藏信号的长度不大于所述上限确定单元确定的隐写容量的上限；
传输单元，用于设置所述隐写单元得到的隐写信号的传输标识，将所述设置所述传输标识的隐写信号进行调制并发送，所述传输标识用于标识需要发送的第二隐藏信号是否传输完成。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述上限确定单元，具体用于获取如下至少一个参数：信道编码的长度，信息位的长度，信号的调制阶数，与误码率相关的参数，与误码数量相关的参数，信道的信噪比参数和所述传输标识的位数；将所述至少一个参数的函数关系值作为所述隐写容量的上限。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，
所述传输单元，具体用于如果所述第一隐藏信号的长度与发送端之前传输的至少一个第三隐藏信号的长度之和小于所述第二隐藏信号的长度，在所述隐写信号的任意连续t个位置设置第一传输标识，所述第一传输标识用于标识所述第二隐藏信号未传输完成；
或，所述传输单元，具体用于如果所述第一隐藏信号为所述第二隐藏信号，或所述第一隐藏信号的长度与发送端之前传输的至少一个第三隐藏信号的长度之和等于所述第二隐藏信号的长度，在所述隐写信号的任意连续t个位置设置第二传输标识，所述第二传输标识用于标识所述第二隐藏信号传输完成。
9.一种物理层隐写传输装置，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收发送端传输的隐写信号；
解调单元，用于将所述接收单元接收的隐写信号进行解调得到解调后的隐写信号，所述解调后的隐写信号包含嵌入到编码后的载体信号中的第一隐藏信号；
生成单元，用于生成随机序列，所述随机序列指示所述第一隐藏信号在编码后的载体信号中的嵌入位置；
信息获取单元，用于获取所述第一隐藏信号的位数；
信号获取单元，用于根据所述信息获取单元获取的第一隐藏信号的位数及所述生成单元生成的随机序列从所述解调单元得到的解调后的隐写信号中获取所述第一隐藏信号；
合并单元，用于如果所述解调单元得到的解调后的隐写信号中包括第二传输标识，所述第二传输标识用于标识需要传输的第二隐藏信号已传输完成，则将所述信号获取单元获取的第一隐藏信号，及之前获取的至少一个第三隐藏信号合并成所述第二隐藏信号。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：
储存单元，用于如果所述解调单元得到的解调后的隐写信号中包括第一传输标识，所述第一传输标识用于标识所述第二隐藏信号未传输完成，则储存所述第一隐藏信号，等待接收另一隐写信号；
如果所述解调后的隐写信号的最后连续t位都为1，则所述解调后的隐写信号中包括所述第二传输标识，如果所述解调后的隐写信号的最后连续t位都为0，则所述解调后的隐写信号中包括所述第一传输标识。
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