应用科技基于模型的时间隐蔽信道的一种算法

张树勇１万厚冲２

（１．河北省衡水市电力局，河北衡水０５３０００；２．衡水学院数学与计算机学院，河北衡水０５３０００）

时间隐蔽信道的潜在危害性可以用它的信道容量来衡量。时间隐蔽信道的容量随着高性能计算胡和高速网络环境的发展而增长。为了防御时间隐蔽信道，已提出很多方法来检测和阻止它们，通过对数据流的减速或停止可以达到中断时间隐蔽信道的目的。而对Ｂ，寸１６－］隐蔽信道的检测主要采取对数据流的统计学分析，有时候这个办法是成功的，因为现存的大多数时间隐蔽信道与正常的数据流有很大的区分度，使得它们相对容易被检测出来。准确地说，如果设计的时间隐蔽信道隐蔽性不够，而检测算法非常有效，那么该隐蔽信道很容易被检测出来，使得时间隐蔽信道的性能大打折扣。为此，通过一系列时间隐蔽信道的检测实验，采用基于模型的时间隐蔽信道可在很大程度上解决此类问题。

１基于模型的时间隐蔽信道的构架

网络时间隐蔽信道是网络隐蔽信道的一种隐蔽通信方式，是利用报文在网络中的时间特性，包括报文问的时间间隔、报文在网络中传递的时间等来进行信息的传输。它的性能主要由信道容量，误码率以及隐蔽性决定，而其中隐蔽性是时间隐蔽信道的基础。

图１基于模型的对间隐蔽崖蓝的架掏

如图１所示，基于模型的时间隐蔽信道的架构如同一个管道，过滤和分析合法数据流，然后将其编码成隐蔽数据流传输出去。作为管道的输出，ｆ￥妻蔽数据流模仿监听到的合法数据流，使其更容易躲避检测。

２基于模型的时间隐蔽信道基本原理

过滤器监听后台的合法数据流并且过滤出可以模仿的数据流。过滤器能识别和模仿的应用数据流越多，产生的隐蔽数据流模型就越接近合法数据流。例如，ＦＴＰ是基于ＴＣＰ的应用协议，但如果都用基于ＴＣＰ数据流模型产生的包间延时数据来描绘ＦＴＰ行为的模型是不隹确的。～旦需要的数据流被过滤，该数据流会根据源ｌＰ和目的ＩＰ地址进行分类。

分析器要对每１００个数据包的包间延时数据进行匹配，调整成指数，伽马，帕雷托，正态，泊松，韦布尔分布中的一种。它的主要任务是对捕获的合法网络数据包进行模型的匹配。为了达到更精确，实时地描绘窗口内网络数据包的统计学特性，每次都必须对窗口内的数据包进行统计学分布及其参数的匹配，计算。因为，网络上的大部分数据包的统计特性是非静态的，所以基本上每个窗口的数据包都要重新匹配一次。由此产生的模型和参数都需要传输给解码方。而这些都会耗费更多的网络资源去传输，并且越多的数据通信量，就意味着更大的风险。当然，如果将窗口大，Ｊ、调大，或者采取离线模式，固然可以减轻隐蔽信道的负载。但是匹配的模型无法更好的模仿出实际的合法网络数据包的统计学特征了。

过滤器然后会计算数据包的包间延时，然后将结果传给后面的分析器。编码器产生模仿合法数据包问延时的随机隐蔽包问延时。

通过以上理解，可以发现当理论上的信道容量增加的时候，字节错误率也在上升，随之而来的是实际信道容量也在急剧降低。当信道容量为８字节的时候，字节错误率接近０．４，而实际信道容量也接近Ｏ了。因而，避免过多的错误率，才能充分利用设计的隐蔽崩萱容量。

３基于模型的时间隐蔽信道算法的实现

１）将需要隐藏的信息进行压缩加密处理。

２）将已捕获的合法ＨＴＴＰ数据包间延时数据每Ｍ个值作为一个窗口。对窗口内的Ｍ个数据进行排序，找出最小和最大的两个延时数

据ｉｍｉｎ和ｉｍａｘ，并求出差值Ｘ＝ｉｍａｘ—ｉｍｉｎ，然后根据需要分块的个

数Ｎ，按照延时数据进行等时间分块。

３）找出区分Ｏ和１的分界块ａ。图２是一个窗口内所有数据按降

序排列的直方图。ａ以及ａ左边的延时数据代表０，在ａ右边的延时数

据代表１。为了使代表Ｏ和１的数据个数尽量相等，定义ａ为

搿＝ｍ｜ｎ｛≥：Ｈ（０一≥；饥ｆ）ｌ，

ｆ４Ｆ咄Ｉｌ

其中，Ｈ（ｉ）是窗口内第ｉ个分块的数据个数。然后就可以分别统计出

Ｏ和１中各个延时区间的出现概率。

４）读取要隐藏信息的二进制编码，如果读到的是，，那就利用大

于分界块ａ的数据统计的包问延时概率来产生隐蔽信道延时。

如图３是步骤３中ａ块左边或者右边统计的概率圈，利用伪随机数发生器产生一个随机数，然后看这个随机数落八哪个延时的区域，例

如Ｐｌ的延时区域落入的数据多，那么ＰＩ概率大，它所拥有的区域也就大。该延时个数多的，区域也就大。因而，延时数据出现概率大的数据

被随机数选中的概率也就大。然后取出该随机数落入区域的延时数据，

作为这个隐藏信息的包间延时数据。

５）把一个窗口内的数据都编码好了后利用发送器把捕获的合法数

据包按照事前编码的包间延时发送出去。

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４总结

该文分析了网络隐蔽信道实现中时间隐蔽信道，汲取该时间隐蔽

信道的优点，设计出一种基于模型的时间隐蔽信道模型，并给出了切实

可行的算法，使其字节错误率更低，需要额外传输的信息更少，更具备

隐蔽性。

基金项目：河北省教育科学“十一五”女日划资助基金项目：项目编号：０６１３００４４。

作者简介：张树勇，男，１９７６年生，河北定州市人，河北省衡水

市电力局。

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