[发明专利]一种基于最佳相似度匹配的IP语音隐写方法

摘要

一种基于最佳相似度匹配的IP语音隐写方法，属于安全通信领域，适用于以IP语音(Voice over IP,VoIP)作为载体的隐蔽通信，本发明包括(1)预先约定步骤；(2)嵌入隐秘信息步骤；(3)提取隐秘信息步骤。本发明依据“嵌入的隐秘信息与载体的相似度越大则隐写过程带来的失真越小”这一基本原理，通过以增加相似度为导向对隐秘信息预先进行多重启发式调制，并最终选取与载体具有最佳相似度的隐秘信息形式进行信息隐藏，极大地降低了对载体的改变量，从而有效地维护了IP语音的感官质量。此外，本发明公开的方法与具体的语音编码器无关，适用于所有可应用于IP语音的编码器，具有很好的普适性。

主权项

一种基于最佳相似度匹配的IP语音隐写方法，其特征在于：包括预先约定步骤：通信双方预先约定通信过程中采用的语音编码器；约定载体信息和隐秘信息的分组长度n；约定采用的伪随机数生成器；约定第一种调制方式为将隐秘信息分组随机置反k1比特，其中0<k1<n/2，并约定生成随机数k1的种子以及指导随机生成选择因子序列V1的种子约定第二种调制方式为将隐秘信息分组随机置反k2比特，其中n/2≤k2<n，并约定生成随机数k2的种子以及指导随机生成选择因子序列V2的种子约定第三种调制方式为将隐秘信息分组按位取反；约定将标志向量嵌入到每个IP语音包所在的Internet协议数据包的包头进行传递；以下步骤包括：(1)嵌入隐秘信息步骤：发送方根据预先约定的载体信息和隐秘信息的分组长度n分别将载体信息C与隐秘信息M划分为r组，分别记为C＝{C1,C2,…,Cr}和M＝{M1,M2,…,Mr}，其中，Ci＝{ci,1,ci,2,…,ci,n},Mi＝{mi,1,mi,2,…,mi,n},1≤i≤r；在嵌入过程中，对每个隐秘信息分组根据预先约定的启发式调制方式以增加相似度为导向进行多重调制，最后选取与相应的载体信息分组具有最佳相似度的隐秘信息分组形式进行隐藏；为了使得接收方能够正确提取隐藏的隐秘信息，需要根据各隐秘信息分组的嵌入形式设置标记向量F＝{F1,F2,…,Fr}，标志Fi∈{0,1,2,3}，其中1≤i≤r，用于表示第i个隐秘信息分组嵌入前所采用的调制方式；并将标志向量F通过预先约定的方式，即嵌入到每个IP语音包所在的Internet协议数据包的包头中，传递给接收方；所述的嵌入隐秘信息步骤包括如下过程：(1.1)预处理：在嵌入过程中，对第i个隐秘信息分组Mi以增加相似度为导向进行启发式调制，1≤i≤r：计算隐秘信息分组Mi与载体信息分组Ci的相似度Si,0；对隐秘信息分组Mi采用第一种调制方式进行调制，记隐秘信息分组Mi调制后的形式为Mi(1)，计算Mi(1)与载体信息分组Ci的相似度Si,1；对隐秘信息分组Mi采用第二种调制方式进行调制，记隐秘信息分组Mi调制后的形式为Mi(2)，计算Mi(2)与载体信息分组Ci的相似度Si,2；当Si,0≥n/2时，无需进行第三种调制方式的调制，执行过程(1.2)，否则，执行第三种调制方式，即对隐秘信息分组Mi中各个比特分别置反，记隐秘信息分组Mi调制后的形式为Mi(3)，计算Mi(3)与载体信息分组Ci的相似度Si,3，执行过程(1.2)；(1.2)嵌入决策：当Si,0≥n/2时，比较预处理过程中计算所得的相似度Si,0,Si,1和Si,2，否则，比较预处理过程中计算所得的相似度Si,1,Si,2和Si,3；选取其中的最大相似度所对应的隐秘信息分组形式进行隐藏；同时缓存与该隐秘信息分组形式相对应的标志Fi，1≤i≤r，执行过程(1.3)；(1.3)嵌入隐秘信息操作：将过程(1.2)所得的具有最大相似度的隐秘信息分组形式逐比特替换到对应的载体信息分组Ci中，得到载密信息分组C’i；并将与所嵌入的隐秘信息分组形式相对应的标志Fi以预先约定的形式嵌入到对应IP语音包所在的Internet协议数据包的包头，1≤i≤r；所述的预处理过程中，第一种调制方式的执行过程为：首先，根据约定的随机数种子得到需对当前隐秘信息分组Mi随机置反的位数k1，0<k1<n/2；然后，根据得到的随机置反位数k1和预先约定的选择因子序列的种子产生与隐秘信息分组Mi长度相等的选择因子序列V1＝{v1,1,v1,2,…,v1,n}，其中v1,j＝0或1，1≤j≤n，且最后根据选择因子序列V1对隐秘信息分组Mi进行逐比特调制：对于第j个隐秘信息比特mi,j，若v1,j＝0，则mi,j保持不变，若v1,j＝1，则将mi,j置反；该过程可形式化描述为：Mi(1)=Σj=1nmi,j⊕v1,j]]>其中，符号表示异或操作；所述的预处理过程中，第二种调制方式的执行过程为：首先，根据约定的随机数种子n/2≤k2<n，得到需对当前隐秘信息分组Mi随机置反的位数k2；然后，根据得到的随机置反位数k2和预先约定的选择因子序列的种子产生与隐秘信息分组Mi长度相等的选择因子序列V2＝{v2,1,v2,2,…,v2,n}，其中v2,j＝0或1，1≤j≤n，且最后根据选择因子序列V2对隐秘信息分组Mi进行逐比特调制：对于第j个隐秘信息比特mi,j，若v2,j＝0，则mi,j保持不变，若v2,j＝1，则将mi,j置反；该过程可形式化描述为：Mi(2)=Σj=1nmi,j⊕v2,j]]>其中，符号表示异或操作；所述的嵌入决策过程中，对于标志Fi，1≤i≤r，其设置方式为：若嵌入时选取的最佳相似度为Si,0所对应的隐秘信息分组形式Mi，则标志Fi＝0，二进制表示为Fi＝(00)2；若嵌入时选取的最佳相似度为Si,1所对应的隐秘信息分组形式Mi(1)，则标志Fi＝1，二进制表示为Fi＝(01)2；若嵌入时选取的最佳相似度为Si,2所对应的隐秘信息分组形式Mi(2)，则标志Fi＝2，二进制表示为Fi＝(10)2；若嵌入时选取的最佳相似度为Si,3所对应的隐秘信息分组形式Mi(3)，则标志Fi＝3，二进制表示为Fi＝(11)2；(2)提取隐秘信息步骤：接收方首先从Internet协议数据包的包头中提取标志向量F，并用以指导隐秘信息的提取；对于第i个载密信息分组C’i，1≤i≤r，根据对应的标志Fi指导其调制，并从中提取出第i个隐秘信息分组Mi；将所有提取的隐秘信息分组依次组合即可得到完整的隐秘信息M；所述的提取隐秘信息步骤包括如下过程:(2.1)获取标志向量F：接收方通过预先约定的方式从各个IP语音包所在的Internet协议数据包的包头提取出发送方所嵌入的标志向量F，执行过程(2.2)；(2.2)提取隐秘信息操作：根据预先约定的载体长度n将载密信息C’分成r组，即C’＝{C’1,C’2,…,C’r}；相应地，标志向量也分为r组，即F＝{F1,F2,…,Fr}；对于每个载密信息分组C’i根据与之相对应的标志Fi提取隐秘信息分组Mi，1≤i≤r：若标志Fi＝0，则载密信息分组C’i即为所嵌入的隐秘信息分组Mi；若标志Fi＝1，则对载密信息分组C’i以约定的第一种调制方式进行调制得到隐秘信息分组Mi；若标志Fi＝2，则对载密信息分组C’i以约定的第二种调制方式进行调制得到隐秘信息分组Mi；若标志Fi＝3，则对载密信息分组C’i以约定的第三种调制方式进行调制得到隐秘信息分组Mi；将所有得到的隐秘信息分组依次组合即可得到完整的隐秘信息M；所述的提取隐秘信息操作过程中，对第i个载密信息分组C’i依据与之相对应的标志Fi，1≤i≤r，提取隐秘信息分组Mi的过程为：(1)若标志Fi＝0，则载密信息分组C’i即为所嵌入的隐秘信息分组Mi，该过程可形式化描述为：Mi=Σj=1nc′i,j;]]>(2)若标志Fi＝1，则对载密信息分组C’i以约定的第一种调制方式进行调制，即首先根据约定的随机数种子得到需对当前载密信息分组C’i随机置反的位数k1，0<k1<n/2；然后，根据得到随机置反位数k1和预先约定的选择因子序列种子产生与载密信息分组C’i长度相等的选择因子序列V1＝{v1,1,v1,2,…,v1,n}，其中v1,j＝0或1，1≤j≤n，且最后根据选择因子序列V1对载密信息分组C’i进行逐比特调制：对于第j个载密信息比特c’i,j，若v1,j＝0，则c’i,j保持不变，若v1,j＝1，则将c’i,j置反；其过程可形式化描述为：Mi=Σj=1nc′i,j⊕v1,j]]>其中，符号表示异或操作；(3)若标志Fi＝2，则对载密信息分组C’i以约定的第二种调制方式进行调制，即首先根据约定的随机数种子得到需对当前载密信息分组C’i随机置反的位数k2，n/2≤k2<n；然后，根据得到随机置反位数k2和预先约定的选择因子序列种子产生与载密信息分组C’i长度相等的选择因子序列V2＝{v2,1,v2,2,…,v2,n}，其中v2,j＝0或1，1≤j≤n，且最后根据选择因子序列V2对载密信息分组C’i进行逐比特调制：对于第j个载密信息比特c’i,j，若v2,j＝0，则c’i,j保持不变，若v2,j＝1，则将c’i,j置反；其过程可形式化描述为：Mi=Σj=1nc′i,j⊕v2,j]]>其中，符号表示异或操作；(4)若标志Fi＝3，则对载密信息分组C’i以约定的第三种调制方式进行调制，即对载密信息分组C’i中各个比特分别置反即可得到发送方所嵌入的隐秘信息分组Mi，其过程可形式化描述为：Mi=Σj=1nc′i,j‾]]>其中，符号“‑”表示取反操作。