基于随机分形计算的网络流媒体隐密通信理论和方法研究

Covert communication over networks by using steganography in streaming media is the focus of information hiding. It is imminent to solve the uncertainty problem of the embedding rate of media packets and the non-integrity problem of the secret message due to time-variance of payloads and packet loss..This project introduces Random Fractal Theory to steganography in streaming media, simulating the characteristics of time-variance and packet loss in the process of covert communications, with a special emphasis on establishing a Random Fractal computing-based theoretical model for covert communications over streaming media. The proposed theoretical model is used to calculate the embedding rates of media packets in the time domain in real time, and a new "self-adaptive" and "multi-channel"steganographic method is then established for covert communications over streaming media, so as to improve the concealment and rate of covert communications, and thus solving the uncertainty problem of the embedding rate of media packets. Through establishing a dynamic key agreement and updating mechanism based on One-way accumulator and a series of keys, applicable to covert communications, the project intends to explore a new approach to improving the integrity, secrecy and robustness of the secret message when packet loss occurring, thereby solving the non-integrity problem of the secret message..The proposed work aims at gaining a fundamental understanding of steganography in streaming media, in an attempt to advance knowledge of steganography to be used for covert communications over insecure public networks. The output of the research would have great practical applications in secure communication, industry or even military intelligence.

以流媒体为载体的机密信息的隐密通信是信息隐藏的一个研究热点。当前，流媒体"时变"和"丢包"特征导致的媒体分组隐藏容量的不确定性和机密信息的不完整性是尚未解决又不可回避的关键性问题。本项目将引入随机分形理论，重点研究基于随机分形计算的流媒体隐密通信的理论模型，模拟流媒体隐密通信的"时变"和"丢包"特征；在此基础上，用分形理论模型"实时"计算流媒体各分组在时域上的隐藏容量，构建"自适应"和"多信道"流媒体隐密通信的新方法，解决隐藏容量的不确定性问题，提高隐密通信的隐蔽性和位速率；并通过研究基于单向累积函数和系列密钥、适用于隐密通信的动态密钥协商和更新机制，探索一种在"丢包"情形下仍能确保机密信息的完整性、安全性和鲁棒性的新途径，解决机密信息的不完整性问题。本项目的研究成果将进一步丰富信息隐藏的理论体系，为实现机密信息在公共网络中的安全通信提供重要的理论依据和实践指导，具有重要的实用价值。

如何确保军事机密信息和民用机密信息在网络中的安全传输是一项亟待解决的重大难题。资助项目研究取得的成果为解决这一难题带来了契机。针对网络流媒体隐密通信的特征，课题组详细研究了分形理论，分形随机行走、FBM模型、Hurst R/S分析、分形插值，首次用分形插值模拟了隐密通信过程中的网络时变丢包，建立了基于分形插值和分形随机行走的流媒体隐密通信的理论模型。采用分形插值理论模型预测了VoIP流媒体载荷的丢包特征，分形预测模型的准确率达到55%，在高丢包率情形下下降至35%，并提出了基于AES的“自适应”嵌入算法流媒体隐密通信新方法。提出了基于会话密钥分配协议、用户匿名密钥认证的动态密钥协商和更新机制及其实现算法，适用于网络流媒体隐密通信。实验结果表明，提出的基于分形理论的流媒体隐密通信新方法，提高了隐密通信中机密信息的安全性和完整性。由于分形预测模型的准确率影响VoIP隐密通信的性能，下一步工作应该探索如何使用其他数学模型预测隐密通信过程中的丢包特征，以提高机密信息的鲁棒性。资助项目研究进一步丰富了信息隐藏的理论体系，为采用流媒体隐密术实现机密信息的隐密通信提供了理论依据和实践指导。研究成果包括13篇论文（标注的第一资助项目为该项目），其中SCI期刊论文8篇、EI英文论文5篇，获得国家专利1项，培养了出站博士后1人，毕业硕士7人，博士研究生3人。