專利名稱：可控密鑰序列的具有誤導(dǎo)功能的隱寫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬信息安全領(lǐng)域，涉及一種文本隱寫方法，特別是一種具有誤導(dǎo)功能，可以隨意誤導(dǎo)的文本隱寫(密寫)方法。
背景技術(shù)：
Steganography (隱寫術(shù)、密寫術(shù))是將秘密消息嵌入表面上正常的數(shù)字載體中， 以不被他人察覺的方式通過公開渠道如互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，接收者使用專門的工具和密鑰從含密載體中提取消息，實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。用于隱寫的載體以數(shù)字圖像最為普遍，其次是數(shù)字音頻，數(shù)字視頻也可用于隱寫，但由于視頻文件尺寸過大，在網(wǎng)絡(luò)上傳輸遠(yuǎn)不如圖像和音頻廣泛，所以一般說來(lái)不是隱蔽通信的優(yōu)選載體。還有一種特殊的信息隱藏技術(shù)，是1983年 Simmons提出的閾下信道(subliminal channel)，狹義的閾下信道主要采用數(shù)字簽名等來(lái)實(shí)現(xiàn)消息隱匿，但是閾下信道可以被封閉，并且利用數(shù)字簽名傳輸?shù)拈撓孪⑼芏??？梢?，目前的信息隱藏技術(shù)要么需要依靠大文件作為載體，要么只能傳輸很短消息，偽裝文本 (載體，covertext)和隱秘文本(stegotext，這里稱為原文)相比較大很多，信道利用率不高。一旦被禁止發(fā)送圖片音頻、視頻等大容量的文件，不允許進(jìn)行數(shù)字簽名的情況下，秘密消息的隱匿就無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而信息隱藏和閾下信道問題往往是針對(duì)被監(jiān)視的囚犯之類的背景的，監(jiān)管人完全可以禁止任何可能隱匿消息的行為。目前也出現(xiàn)了一些文本隱寫方法，基本上也是利用某些文件格式中的冗余信息位來(lái)隱藏信息。文本是網(wǎng)上傳輸數(shù)量最多的信息載體，其形式多樣，如網(wǎng)頁(yè)、電子郵件、包括 pdf，d0c，ps在內(nèi)各種格式的文本文件等，用作隱寫載體具有廣闊的應(yīng)用前景。但與圖像、音頻等多媒體信號(hào)相比，在文本中嵌入額外信息而又不引起可察覺的變化相當(dāng)困難，這是因?yàn)槲谋局锌捎糜诓迦腩~外數(shù)據(jù)的冗余空間很小，因此利用文本作為隱寫載體的技術(shù)發(fā)展大大滯后。Bender等人4將文本中嵌入信息的方法歸納為三類1)利用空格，例如單詞之間空 1格代表0，空2格表示1 ；2)基于句法，包括句型和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，例如句型a，b，andc表示0， a,b and c表示1; 利用語(yǔ)義，定義一個(gè)同義詞表，例如big表示0，large表示1。其中第一類是基于文本格式的，后兩類則是基于文字內(nèi)容的。在基于文字內(nèi)容的嵌入技術(shù)中，利用句法的方法一般嵌入量很小，因?yàn)樘囟ň湫驮谖恼轮谐霈F(xiàn)的次數(shù)有限。語(yǔ)義編碼的問題在于會(huì)產(chǎn)生文本內(nèi)容的改變，或者使語(yǔ)言變得不自然。例如，盡管pacific與peaceful同義， 將I^cific Ocean變成Peaceful Sea卻很容易引起警覺。在基于格式的信息隱藏方面，某些利用增減空格的簡(jiǎn)單方法過于明顯，或者難以抵抗文本編輯的攻擊。例如在每一行末尾插入的一個(gè)或兩個(gè)不可見空格，只要改變頁(yè)面的設(shè)置就會(huì)被完全破壞。Brassil等人提出了移詞編碼、移行編碼、特征編碼三種方法。由于單詞間距并不固定，移詞編碼通常需要通過與原始文本的比較才能提取出嵌入的信息，用作水印尚可，用于隱寫則不可行。特征編碼的一個(gè)例子是用字母b、d和h頂部的短橫線長(zhǎng)度來(lái)表示嵌入信息。雖然這些方法都會(huì)使原始文本發(fā)生輕微變化，只要采取適當(dāng)?shù)拇胧┤阅苓_(dá)到外人很難辨認(rèn)的程度。若正常文本的行距是均勻的，則移行編碼嵌入數(shù)據(jù)的提取不依賴原始文本，因此既可用于保護(hù)版權(quán)，亦可成為一種隱蔽通信手段。此外移行編碼通常比移詞編碼更為穩(wěn)健，故一直受到研究者的關(guān)注。 Villan等人最近構(gòu)建了一個(gè)新的理論框架，將文本中的信息隱藏看成Gel’ fand-Pinsker 問題的特例。他們?cè)谶@一框架下提出兩種視覺隱蔽性優(yōu)良且嵌入量大的基于特征文本信息隱藏方法半色調(diào)量化和顏色量化，該方法從電子版本和打印硬拷貝中均能自動(dòng)提取隱蔽信息。在某些特定格式的文本文件例如XML和排版工具TeX的源文件中也能嵌入額外信息。 Word文檔也可以作為文本隱寫的載體。這些隱寫方法都是利用了文件或者文本的冗余。我們也曾經(jīng)設(shè)計(jì)了一種采用文本隱寫方法，其方法有別于以上隱寫方法，但是，這種方法得到的偽裝文本雖然具有很好的誤導(dǎo)性，但是密鑰長(zhǎng)度會(huì)很長(zhǎng)，當(dāng)文本很長(zhǎng)的時(shí)候， 密鑰長(zhǎng)度是不能接受的。如果采用流密碼等方法產(chǎn)生密鑰流作為子密鑰來(lái)控制誤導(dǎo)的關(guān)鍵詞，雖然密鑰很短，但是，由于是流密碼產(chǎn)生的子密鑰序列，偽裝文本是根據(jù)密鑰序列產(chǎn)生的，不能隨意去設(shè)置偽裝文本，考慮其現(xiàn)實(shí)中使用會(huì)存在不能根據(jù)發(fā)送人的意愿有效誤導(dǎo)監(jiān)聽者的問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種可以進(jìn)行修正以有效誤導(dǎo)對(duì)方的隱寫方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有隱寫方法冗余量大，依賴于圖像、語(yǔ)音數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，以及不具有主動(dòng)誤導(dǎo)的缺陷，提供一種對(duì)文本進(jìn)行隱寫的方法，可以具有誤導(dǎo)的功能，并且對(duì)不可控的密鑰序列可以進(jìn)行修改。與傳統(tǒng)的隱寫方法不一樣，傳統(tǒng)的隱寫的載體一般與需要傳遞的信息沒有多大關(guān)系，傳統(tǒng)隱寫方法是將原文嵌入到載體的某些冗余位置，而本隱寫方法的隱寫載體文本會(huì)直接地誤導(dǎo)對(duì)方；與加密不一樣，隱寫的偽裝文本直接進(jìn)行傳遞，對(duì)方會(huì)以為是明文，所以可以直接去誤導(dǎo)對(duì)方。為具備誤導(dǎo)功能，在本發(fā)明中，設(shè)計(jì)了采用將重要的關(guān)鍵詞替換為相似、相近、相反或者可以替代的關(guān)鍵詞的替換隱寫的方式，它需要有一個(gè)關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中，把相似、相近、相反或者可以替代的關(guān)鍵詞放在一個(gè)相同的組中。隱寫的時(shí)候，打開文件，讀取文本的內(nèi)容，隱寫時(shí)候把關(guān)鍵詞替換成為具有相同性質(zhì)的關(guān)鍵詞，這一個(gè)關(guān)鍵詞與原關(guān)鍵詞意義相近、相反或者具有替代性。替換分為固定的替換和不固定的替換，如附圖1所示。 由于文本中的關(guān)鍵詞都是被用相似、相近和相反的關(guān)鍵詞代替的，因而偽裝文本具有誤導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)庫(kù)，一般而言隱寫的目的是隱藏信息，監(jiān)聽人是不知道文本是經(jīng)過隱寫處理的。因此對(duì)于文本隱寫，此數(shù)據(jù)庫(kù)是需要保密的，并且收發(fā)雙方都需要保密。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了保證隱寫和提取的唯一可逆性必須禁止一個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)在兩組關(guān)鍵詞中，并且關(guān)鍵詞不能存在包含關(guān)系。因?yàn)槿绻P(guān)鍵詞有包含關(guān)系，比如關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)庫(kù)中有中華，也有中華人民共和國(guó)，就會(huì)帶來(lái)歧義，給隱寫帶來(lái)一定的困難。此外，如果一個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)的兩組關(guān)鍵詞中，則隱寫和提取過程中也會(huì)遇到歧義而無(wú)法得到確定的結(jié)果的問題。此外為了避免歧義，關(guān)鍵詞之間除了應(yīng)該互相不存在包含關(guān)系，也不能有重合交叉的部分。在進(jìn)行替換的時(shí)候，有些關(guān)鍵詞的替換是固定的、自動(dòng)進(jìn)行的，而有些關(guān)鍵詞則是根據(jù)預(yù)先共享的流密碼序列的產(chǎn)生密鑰以及修正數(shù)據(jù)來(lái)確定的，后者可以保證需要修正的時(shí)候進(jìn)行必要的修正，誤導(dǎo)效果更好。在每一組關(guān)鍵詞中，有一個(gè)屬性代表是否是固定的替換1)如果是固定的替換，這樣的固定替換的組中只有兩個(gè)詞，當(dāng)然一般這樣的替換是一對(duì)反義詞。2)如果是非固定的替換，在數(shù)據(jù)庫(kù)中，每一個(gè)關(guān)鍵詞在這一組中都有一個(gè)編號(hào)，從0，1，一直到n-1，其中η為這一組中的關(guān)鍵詞數(shù)目。隱寫的時(shí)候，第s個(gè)非固定替換關(guān)鍵詞的替換是根據(jù)對(duì)應(yīng)位置的子密鑰來(lái)確定哪個(gè)關(guān)鍵詞被替換，這個(gè)子密鑰是根據(jù)流密碼算法計(jì)算的密鑰流，進(jìn)行分段截取，分配給相應(yīng)序列位置的關(guān)鍵詞，但是，如果是需要修正的，則修正為最合適的關(guān)鍵詞， 并且在密鑰后面增加相應(yīng)的密鑰修正信息。這樣，最終密鑰的結(jié)構(gòu)如圖3所示。前面為流密碼算法的密鑰，用于產(chǎn)生密鑰流。后面為修正信息，這部分信息的長(zhǎng)度是不固定的，與需要修正的關(guān)鍵詞數(shù)目成正比，我們將針對(duì)每一個(gè)需要修正的關(guān)鍵詞的修正信息稱為一個(gè)修正塊，而每一個(gè)修正塊包括修正關(guān)鍵詞所在的位置信息和修正值的信息。修正塊的兩部分的長(zhǎng)度是固定的。這個(gè)整體的密鑰在隱寫后發(fā)給接受方，用于提取隱秘的原文。接收方需要有同步的數(shù)據(jù)庫(kù)，并且擁有密鑰才能利用載體提取隱秘文本。提取隱秘原文的過程如下，先打開文檔，讀取文本，掃描并且依據(jù)隱寫的方法進(jìn)行相反的替換。對(duì)于固定替換的關(guān)鍵詞，直接用固定關(guān)鍵詞替換，如果是非固定的關(guān)鍵詞，這需要根據(jù)相反的方法計(jì)算，得出需要還原的關(guān)鍵詞，進(jìn)行還原。由于該隱寫方法只是對(duì)文本內(nèi)容進(jìn)行替換，因此，對(duì)于文檔的隱寫需要先打開文檔，比如先打開word或者txt文檔，讀取里面的文本內(nèi)容，再對(duì)文本內(nèi)容進(jìn)行偽裝替換，最后將替換后的文本進(jìn)行保存，而提取隱秘信息的過程則是一個(gè)相反的過程。整個(gè)隱寫和提取的過程如圖2所示。如果發(fā)送的內(nèi)容不是文件形式，這無(wú)需打開文件和保存這些步驟。本發(fā)明所采用的這種對(duì)密鑰序列的修正方法，可以適用于其他的類似的需要有少量修改偽隨機(jī)序列的場(chǎng)合。


圖1是本發(fā)明的隱寫處理流程圖。圖2是本發(fā)明的隱寫和提取的全過程圖。圖3是本發(fā)明的密鑰的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面是本發(fā)明的實(shí)施例，但是，本發(fā)明并不限于實(shí)施例。在具體實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，需要考慮文件的格式來(lái)進(jìn)行隱寫。以txt文本文件的格式為例，首先將隱秘文本用記事本打開，讀取其文本的內(nèi)容“她是一位聰明的教師，老家在新疆”。在數(shù)據(jù)庫(kù)中，聰明屬于被固定替換的關(guān)鍵詞，被愚蠢代替。教師、醫(yī)生、工人、農(nóng)民和學(xué)生是一組非固定替換的關(guān)鍵詞組，它們依次被編號(hào)為0-4。23個(gè)省和4個(gè)直轄市屬于非固定替換的關(guān)鍵詞組，新疆在其中，并且它們被分別用016進(jìn)行編號(hào)，假設(shè)新疆為8。選擇產(chǎn)生密鑰流的算法為一種256bit的流密碼算法，隨機(jī)產(chǎn)生256bit為流密碼算法的密鑰KM，對(duì)應(yīng)于附圖3中的流密碼密鑰。修正塊的結(jié)構(gòu)為前面的部分為關(guān)鍵詞的位置信息，其二進(jìn)制的長(zhǎng)度是固定的，根據(jù)文件中最多的非固定替換的關(guān)鍵詞數(shù)M來(lái)確定， 取值應(yīng)該大于Iog2M,為了方便舉例，我們這里取8bit，后面的部分為修正值的信息，其二進(jìn)制長(zhǎng)度也是固定的，根據(jù)關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)庫(kù)中同一組關(guān)鍵詞的最大數(shù)目N來(lái)定，取值應(yīng)該大于Iog2N,為了方便，假設(shè)N小于64，所以修正值部分長(zhǎng)度取8bit。隱寫的時(shí)候，聰明顯然被愚蠢替換，另外有兩個(gè)非固定替換的關(guān)鍵詞，需要根據(jù)密鑰來(lái)計(jì)算，計(jì)算得到一個(gè)無(wú)限的密鑰流，這一密鑰流分段進(jìn)行截取，由于N小于64，所以，可以將這一密鑰流按照8bit為一個(gè)分組截取下來(lái)，分別按照次序分配給第一，第二，直至最后一個(gè)非固定替換的關(guān)鍵詞，假設(shè)其最前面的部分為0000110000001011，本文只有2個(gè)非固定替換的關(guān)鍵詞，所以將00001100(十進(jìn)制值為1 分配給第一個(gè)非固定替換的關(guān)鍵詞教師，00001011(十進(jìn)制值為11)分配給第二個(gè)非固定替換的關(guān)鍵詞新疆。在被修正前，替換后的關(guān)鍵詞的編號(hào)的計(jì)算方法是T = ks+amod (η)其中a為隱秘文本中關(guān)鍵詞在這一組關(guān)鍵詞中的代號(hào)，比如教師為0，新疆為8，ks 為第S個(gè)關(guān)鍵詞分配的那Sbit對(duì)應(yīng)的密鑰流的值，比如教師對(duì)應(yīng)的是00001100(十進(jìn)制值為12)，新疆對(duì)應(yīng)的是00001011(十進(jìn)制值為11)。數(shù)η為這一組中關(guān)鍵詞的數(shù)目，比如教師一組有5個(gè)，新疆一組有27個(gè)。所以可以計(jì)算出教師對(duì)應(yīng)的T為2，新疆對(duì)應(yīng)的T為19。依次查找教師一組編號(hào) 2對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵詞為“工人”，假設(shè)新疆一組編號(hào)19對(duì)應(yīng)的是安徽，云南的編號(hào)為21。則隱寫后的過渡文本內(nèi)容為“她是一位愚蠢的工人，老家在安徽”，將這一內(nèi)容寫入txt文件，得到的文件即為過渡隱寫文本。但是，這一文本在發(fā)送者看來(lái)，并不能夠很好誤導(dǎo)那些監(jiān)聽的對(duì)手，某些地方他希望加以修正，比如他希望文本是“她是一位愚蠢的工人，老家在云南”，則將此文本作為最終的隱寫文本。但是，需要將修正的信息傳遞給對(duì)方，所以，需要附加修正信息，因?yàn)槭堑诙€(gè)非固定替換關(guān)鍵詞，所以這一個(gè)修正塊前面8比特為00000010，云南的編號(hào)為21，如果是要替換為云南，編號(hào)值需要增加2，所以修正的值為2，用二進(jìn)制為00000010，所以最終的密鑰
為 KmI 0000001000000010ο修正后的編號(hào)計(jì)算方法可以認(rèn)為是T = ks+a+m mod (η)其中m表示修正的值，如果是不用修正，則其值為0.原文提取為一個(gè)相反的過程，流程如下打開隱寫文本，固定替換的關(guān)鍵詞采用相反的方法還原，非固定替換的關(guān)鍵詞，從數(shù)據(jù)庫(kù)得到η值，根據(jù)密鑰的不同部分可以分別得到m和ks的值，T則是根據(jù)隱寫文本中關(guān)鍵詞的編號(hào)確定，這樣可以計(jì)算出a = (T-m-ks)mod(n)將編號(hào)為T的關(guān)鍵詞替換為同一組關(guān)鍵詞中編號(hào)為a的關(guān)鍵詞，即得到原來(lái)的關(guān)鍵詞。將得到的文本寫入記事本保存即可。
權(quán)利要求
1.一種可控密鑰序列的隱寫(密寫)方法，與現(xiàn)有的隱寫(包括文本隱寫)方法不一樣(它們是將隱寫信息嵌入文件的冗余信息中)，其特征在于是針對(duì)文本的隱寫，將文件打開，讀取文本，進(jìn)行一定的關(guān)鍵詞替換，這一替換是根據(jù)關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行的。由于替換的詞可能和原來(lái)的詞意義相近、相反和類似，替換后的文本依然具有意義，并且可能與原來(lái)的意義相近、相反，使之具有隨意誤導(dǎo)的功能。替換包括固定替換和非固定的替換。
2.如權(quán)利要求1所述的具有誤導(dǎo)功能的文本隱寫方法，其特征在于在進(jìn)行非固定替換的時(shí)候，用流密碼算法、分組密碼的某些加密模式等產(chǎn)生的安全子密鑰序列來(lái)控制文本中的非固定替換的關(guān)鍵詞到底用同一組關(guān)鍵詞中的哪個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行替換，得到隱寫文本，防止?jié)撛诘墓簟?br> 3.如權(quán)利要求2所述的具有誤導(dǎo)功能的文本隱寫方法，其特征在于在進(jìn)行非固定替換的時(shí)候，利用流密碼等算法產(chǎn)生序列，然后附加一定的修正信息，作為隱寫的子密鑰來(lái)控制關(guān)鍵詞的替換，產(chǎn)生這一序列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為固定長(zhǎng)度的序列生成密鑰K部分和非固定長(zhǎng)度的若干個(gè)修正塊，每一個(gè)修正塊的長(zhǎng)度是固定的，每一個(gè)修正塊包含兩個(gè)固定長(zhǎng)度的信息，分別是修正的相對(duì)位置的信息和修正值的信息，這樣的序列可以避免偽隨機(jī)序列的不可控性，而根據(jù)情況對(duì)序列中的某些位置做必要的修正，在具體實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，發(fā)送者可以根據(jù)安全的密碼算法產(chǎn)生安全的偽隨機(jī)序列，計(jì)算得到子密鑰序列，將這些子密鑰依次分配給文本中的非固定替換的關(guān)鍵詞，通過子密鑰來(lái)確定對(duì)應(yīng)位置的關(guān)鍵詞到底用在數(shù)據(jù)庫(kù)同一組中的哪個(gè)關(guān)鍵詞來(lái)替換，當(dāng)替換不能讓發(fā)送者滿意的時(shí)候，做一定的修正，使替換可以得到如意的結(jié)果，并且將修正信息記入密鑰中。提取時(shí)采用相反的方法即可還原隱秘的原文。
4.如權(quán)利要求1所述的具有誤導(dǎo)功能的文本隱寫方法，其特征在于在進(jìn)行固定替換的時(shí)候，直接將一個(gè)關(guān)鍵詞替換為數(shù)據(jù)庫(kù)中規(guī)定的關(guān)鍵詞，無(wú)需生成密鑰，提取原文無(wú)需利用密鑰，直接用對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵詞還原。
5.如權(quán)利要求1所述的文本隱寫方法，其特征在于有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，將相近、相反以及同類的一些關(guān)鍵詞放在一組中，每一組都有一個(gè)替換的屬性，包括固定替換和非固定替換型， 固定替換型的那些組在隱寫的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)替換為同一組對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵詞，非固定替換的時(shí)候，需要根據(jù)計(jì)算確定由哪個(gè)關(guān)鍵詞替換，在數(shù)據(jù)庫(kù)中，每一組非固定替換的關(guān)鍵詞中的每個(gè)關(guān)鍵詞都有一個(gè)在本組中的編號(hào)，依次從0到n-1。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了保證隱寫和提取的唯一可逆性必須禁止一個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)在兩組關(guān)鍵詞中，并且關(guān)鍵詞之間不能存在包含關(guān)系，也不能有重合交叉的部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有誤導(dǎo)功能的文本隱寫(密寫)方法，需要打開文件，讀取文本內(nèi)容，然后通過將文本中的關(guān)鍵詞替換為具有相近、相反或同類的關(guān)鍵詞，最終保存文本，使之具有誤導(dǎo)功能。關(guān)鍵詞的替換采用非固定替換結(jié)合固定替換。非固定替換是由密鑰來(lái)控制的，先用一個(gè)密鑰生成安全的序列進(jìn)行嘗試性的替換，如果替換不如意，可以在這一密鑰后附加修正信息。隱寫后的文本內(nèi)容和隱秘文本的內(nèi)容可能是相似、相反或者同類的，這樣就可以起到誤導(dǎo)的效果。這樣的隱寫方法擺脫了傳統(tǒng)隱寫方法需要圖像、視頻和音頻等大文件的缺點(diǎn)，并且可以直接誤導(dǎo)對(duì)方。
文檔編號(hào)G06F21/24GK102360413SQ201110301759
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者王勇 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)