Методика скрытой передачи данных при связи через воздушный аудиоканал
Ключевые слова:
аудиосигнал, стеганография, воздушный аудиоканал, воздушный зазор, последо-вательность Касами, последовательность Голда, БЧХ код, RZ кодАннотация
В этой статье предлагается методика скрытой передачи информации в слышимой области частотного спектра воздушной среды, а именно — построения, внедрения, выделения и восстановления скрываемого сигнала, когда передача осуществляется через воздушный аудиоканал. Скрываемый сигнал состоит из двух частей. Одна часть используется для синхронизации, а другая часть — информационная. В основе синхронизационной части лежит последовательность Касами, тогда как в основе информационной — кодовое слово кода БЧХ. Обе части скрываемого сигнала получаются путем специального кодирования своих двоичных элементов. При выполнении этого кодирования используются последовательности Голда и RZ коды. В качестве скрывающего или несущего сигнала используется аудиосигнал, который может представлять собой как речь, так и музыку. Построение стегоаудиосигнала выполняется путем внедрения скрываемого сигнала в частотную область скрывающего сигнала. Внедрение представляет собой амплитудную модуляцию отдельных спектральных составляющих скрывающего сигнала. В статье аналитически рассматривается вопрос возможности восстановления скрываемого сигнала, после передачи стегоаудиосигнала через воздушный аудиоканал. Статья снабжена результатами имитационного моделирования и натурных экспериментов передачи стегоаудиосигнала через воздушный аудиоканал.Литература
1. Petitcolas F.A.P., Anderson R.J., Kuhn M.G. Information hiding – a survey // Proceedings of the IEEE. 1999. vol. 87. no. 7. pp. 1062–1078.
2. Hanspach M., Goetz M. On covert acoustical mesh networks in air // Journal of Communications. 2013. vol. 8. no. 11. pp. 758–767.
3. Мирончиков Е.Т., Гофман М.В., Вихарев С.О. Методика построения цифровых водяных знаков, устойчивых к сбоям синхронизации // Известия Петербургского Университета Путей Сообщения. 2016. Т. 13. Вып. 1(46). С. 60–67.
4. Wu S., Huang J., Huang D., Shi Y. Q. Efficiently self-synchronized audio watermarking for assured audio data transmission // IEEE Transactions on Broadcasting. 2005. vol. 51. no. 1. pp. 69–76.
5. Hua G. et al. Twenty years of digital audio watermarking – a comprehensive review // Signal Processing. 2016. vol. 128. pp. 222–242.
6. Roy S., Sarkar N., Chowdhury A.K., Iqbal S.M.A. An efficient and blind audio watermarking technique in DCT domain // 18th International Conference on Computer and Information Technology (ICCIT). IEEE. 2015. pp. 362–367.
7. Cui D., Gong Y., Liu M. Design and Performance Evaluation of Robust Digital Audio Watermarking under Low Bits Rates // 2nd International Conference on Information Science and Control Engineering (ICISCE). IEEE. 2015. pp. 194–197.
8. Zhang Z., Wu X. An Audio Covert Communication System for Anolog Channels // 2010 International Conference on Electrical and Control Engineering (ICECE). IEEE. 2010. pp. 3279–3282.
9. Torrieri D. Principles of spread-spectrum communication systems. Springer. 2015. 641 p.
10. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки: монография // М.: Мир. 1976. 594 с.
11. Кудряшов Б.Д. Основы теории кодирования: учеб. пособие // СПб.: БХВ-Петербург. 2016. 400 с.
12. ГОСТ Р 54711-2011: Звуковое вещание цифровое. Кодирование сигналов звукового вещания с сокращением избыточности для передачи по цифровым каналам связи. MPEG-1 часть III (MPEG-1 audio) // М.: Стандартинформ. 2014. 169 с.
13. Spanias A., Painter T., Atti V. Audio signal processing and coding // John Wiley & Sons. 2007. 464 p.
14. Collins A., Polyanskiy Y. Dispersion of the coherent MIMO block-fading channel // IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT). IEEE. 2016. pp. 1068–1072.
15. Гофман М.В. Помехоустойчивое пространственное блоковое кодирование // LAP Lambert Academic Publishing. 2013. 176 с.
2. Hanspach M., Goetz M. On covert acoustical mesh networks in air // Journal of Communications. 2013. vol. 8. no. 11. pp. 758–767.
3. Мирончиков Е.Т., Гофман М.В., Вихарев С.О. Методика построения цифровых водяных знаков, устойчивых к сбоям синхронизации // Известия Петербургского Университета Путей Сообщения. 2016. Т. 13. Вып. 1(46). С. 60–67.
4. Wu S., Huang J., Huang D., Shi Y. Q. Efficiently self-synchronized audio watermarking for assured audio data transmission // IEEE Transactions on Broadcasting. 2005. vol. 51. no. 1. pp. 69–76.
5. Hua G. et al. Twenty years of digital audio watermarking – a comprehensive review // Signal Processing. 2016. vol. 128. pp. 222–242.
6. Roy S., Sarkar N., Chowdhury A.K., Iqbal S.M.A. An efficient and blind audio watermarking technique in DCT domain // 18th International Conference on Computer and Information Technology (ICCIT). IEEE. 2015. pp. 362–367.
7. Cui D., Gong Y., Liu M. Design and Performance Evaluation of Robust Digital Audio Watermarking under Low Bits Rates // 2nd International Conference on Information Science and Control Engineering (ICISCE). IEEE. 2015. pp. 194–197.
8. Zhang Z., Wu X. An Audio Covert Communication System for Anolog Channels // 2010 International Conference on Electrical and Control Engineering (ICECE). IEEE. 2010. pp. 3279–3282.
9. Torrieri D. Principles of spread-spectrum communication systems. Springer. 2015. 641 p.
10. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки: монография // М.: Мир. 1976. 594 с.
11. Кудряшов Б.Д. Основы теории кодирования: учеб. пособие // СПб.: БХВ-Петербург. 2016. 400 с.
12. ГОСТ Р 54711-2011: Звуковое вещание цифровое. Кодирование сигналов звукового вещания с сокращением избыточности для передачи по цифровым каналам связи. MPEG-1 часть III (MPEG-1 audio) // М.: Стандартинформ. 2014. 169 с.
13. Spanias A., Painter T., Atti V. Audio signal processing and coding // John Wiley & Sons. 2007. 464 p.
14. Collins A., Polyanskiy Y. Dispersion of the coherent MIMO block-fading channel // IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT). IEEE. 2016. pp. 1068–1072.
15. Гофман М.В. Помехоустойчивое пространственное блоковое кодирование // LAP Lambert Academic Publishing. 2013. 176 с.
A Method of Hidden Data Transmission in Communication via Air Audio Channel
Abstract
This article proposes a method for secure data transmission in the audible domain of the frequency spectrum of the air environment. Specifically, it proposes the method of construction, embedding, extraction and recovery of a hidden signal transmitted through the air audio channel. The hidden signal consists of two parts. One part is used for synchronization, and the other one is used for carrying information. The basis of the synchronization part is the Kasami sequence, whereas the basis of the information part is a code word of the binary BCH code. Both parts of the hidden signal are obtained through special encoding of their binary elements. The encoding uses Gold sequences and RZ codes. Speech or music are used as a carrier signal. The hidden signal is embedded in the frequency domain of the carrying signal. The embedding is based on amplitude modulation of individual spectral components of the carrying signal. The article discusses the possibility of restoring the hidden signal after the transmission of the stego-audio signal through the air audio channel. The article presents the results of simulation modeling and field experiments of transmission of the stego-audio signal through the air audio channel.
Опубликован
2017-03-31
Как цитировать
Гофман, М. В. (2017). Методика скрытой передачи данных при связи через воздушный аудиоканал. Труды СПИИРАН, 2(51), 97-122. https://doi.org/10.15622/sp.51.5
Раздел
Информационная безопасность
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).
