基于Unicode编码利用不可见字符隐藏信息的方法

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基于Unicode编码利用不可见字符隐藏信息的方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种基于Unicode编码的利用不可见字符隐藏信息的方法，属于信息隐藏技术领域。\n背景技术\n[0002] 随着计算机应用的普及和互联网的迅猛发展，人们对网络通信安全提出了更高的要求。与信息加密技术不同，信息隐藏技术通过掩盖传输消息行为的存在性来保障通信安全性。当前，随着文本文档的应用越来越广泛，利用文本文档隐藏秘密消息成为信息安全领域的一个研究方向。在计算机科学领域，Unicode编码是一种通用字符集编码标准，被广泛地应用于现代操作系统。几乎所有的文字处理软件都支持对文本数据进行Unicode编码、解析和存储。\n[0003] 不可见字符指文档打印时不可见的字符集合，包括空格、制表符和换行符等。通常地，利用不可见字符来隐藏秘密消息具有不易察觉、操作简单和隐蔽性强等优势。WbStego4软件是一款利用不可见字符进行隐藏信息的开源工具，它支持TXT、HTML、PDF等多种数据格式。但是它不支持中文文本数据载体的信息隐藏，并且信息嵌入容量较为有限，在实际应用中存在很大的局限性。\n发明内容\n[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服现有WbStego4软件技术的不足，提供一种基于Unicode编码的利用不可见字符隐藏信息的方法，适用于基于Unicode编码的含有不可见字符的中英文文本载体来隐藏消息，在保证安全性前提下提升隐藏信息的容量，能够较好地满足隐蔽通信的要求。\n[0005] 本发明的技术解决方案是一种基于Unicode编码的利用不可见字符隐藏信息的方法，它主要包括消息嵌入算法和提取算法两个部分：\n[0006] 消息嵌入算法，根据编码表对载体对象中的不可见字符进行重新编码，将秘密消息嵌入到载体对象中，其中载体对象是基于Unicode编码的中英文文本数据，不可见字符包括半角/全角空格和制表符(对应的Unicode码表示分别为0x20 00、0x00 30和0x09 00)。嵌入算法的输入数据有载体对象、秘密消息和编码表，输出数据是带秘载体。\n[0007] 消息提取算法，是嵌入算法的逆向算法，它根据编码表从带秘载体中恢复出秘密消息。提取算法的输入数据有带秘载体和编码表，输出数据是秘密消息。\n[0008] 本发明的基于Unicode编码的利用不可见字符隐藏信息的方法，通过利用不可见字符的编码特点在文本载体中隐藏秘密消息，本方法包括以下步骤：\n[0009] (1)发送发和接收方协定秘钥，并分别根据秘钥构造编码表；\n[0010] (2)发送方选择载体对象，根据步骤(1)中生成的编码表，通过信息嵌入将秘密消息嵌入到载体对象中，得到带秘载体；\n[0011] (3)发送方将步骤(2)中得到的带秘载体通过通信信道传输到接收方；\n[0012] (4)接收方根据步骤(1)中生成的编码表，通过提取算法从步骤(3)中接收到的带秘载体中将秘密消息提取出来，得到秘密消息。\n[0013] 本发明与现有技术相比的有益效果在于：\n[0014] (1)本发明中，载体对象的选择更宽泛。适用于隐藏秘密消息的载体对象可以选择基于Unicode编码的文本数据，以满足实际应用的需求。\n[0015] (2)本发明中，通过利用秘钥生成器所生成的秘钥来保证算法的安全性。秘钥可控制编码表的生成，在保证信息隐藏算法安全的前提下，将消息嵌入/提取操作与消息加密/解密操作联合起来，降低了实际应用中操作的复杂性和能量消耗。\n[0016] (3)本发明中，通过利用编码表以提升嵌入信息的容量。在编制码表时，利用Unicode码中冗余的不可见字符码字设计了由256个一一映射关系组成的编码表，其中编码表的映射关系受到秘钥的控制。编码表将每次嵌入信息率从1比特提升到每次可嵌入8比特。\n附图说明\n[0017] 图1是本发明方法实施例的实现流程图；\n[0018] 图2是本发明方法中消息嵌入算法的实施流程图；\n[0019] 图3是本发明方法中消息提取算法的实施流程图。\n具体实施方式\n[0020] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步说明。\n[0021] 如图1所示，是本发明的实现流程示意图，该信息隐藏方法可以表示为一个六元组，即∑＝，其中C为载体对象集合、S为秘密消息集合、Tk为根据秘钥k构造的编码表、C′为载体对象隐藏秘密消息后所得到的带秘载体集合、Ek为消息嵌入算法、Dk为消息提取算法。在信息隐藏方法Σ中，包括2个主要的算法模块：消息嵌入算法模块和消息提取算法模块，分别由发送方和接收方调用。各模块的功能描述如下：\n[0022] 1、消息嵌入算法\n[0023] 发送方根据秘钥k构造编码表Tk，将发送方输入的秘密信息S嵌入到所选择的载体对象C中，输出带秘载体C′。然后，发送方将该带秘载体C′通过通信信道传输到接收方。执行消息嵌入算法Ek的过程可以表示为：\n[0024] Ek:C×M×Tk→C′\n[0025] 2、消息提取算法\n[0026] 接收方根据提取秘钥k构造编码表Tk，将从发送方处得到的带秘载体C′通过提取算法提取出秘密信息M。执行消息提取算法Dk的过程可以表示为：\n[0027] Dk:C′×Tk→M\n[0028] 如图1所示，本发明的具体实现过程如下：\n[0029] 1、编码表构造\n[0030] 本发明通过发送方和接收方共享的秘钥k控制编码表Tk的生成，在保证编码安全性的前提下提高隐藏信息的容量，以满足实际应用的要求。构造编码表的具体实现步骤为：\n[0031] (1)密钥k必须是2048比特的二进制字符串，以十进制的方式可以表示成[0032] k＝(n0,n1,…,ni,…,n255),ni∈N∩[0,255],i＝0,1,…255\n[0033] 此外，密钥k的每个分量ni还必须满足如下条件\n[0034]\n[0035] 以上描述表明：密钥k可以表述为0到255整数序列的一个置换，如下式所示[0036] k＝perms(0,1,2,…,255)\n[0037] 其中perms()为置换函数。\n[0038] (2)根据Unicode码的特征，发送方和接收方事先查找出256个不可见字符的可选码字，作为双方共享的编码表的构造基础(每个码字必须是2个字节的Unicode编码)。如表1所示给出了一个256个可选码字的十六进制表示示例。\n[0039] (3)根据步骤(1)和步骤(2)，建立从密钥到可选码字的编码表Tk。表1给出的即是在密钥k＝(0，1，2，…，255)时所构造出的编码表。\n[0040] 表1.编码表\n[0041]\nm 码字 m 码字 m 码字 m 码字 m 码字 m 码字 m 码字\n00 00 D8 25 01 E4 4A 02 F8 6F 04 E3 94 05 F7 B9 07 E2 DE 08 F6\n01 00 D9 26 01 E5 4B 03 D8 70 04 E4 95 05 F8 BA 07 E3 DF 08 F7\n02 00 DA 27 01 E6 4C 03 D9 71 04 E5 96 06 D8 BB 07 E4 E0 08 F8\n03 00 DB 28 01 E7 4D 03 DA 72 04 E6 97 06 D9 BC 07 E5 E1 09 D8\n04 00 DC 29 01 F0 4E 03 DB 73 04 E7 98 06 DA BD 07 E6 E2 09 D9\n05 00 DD 2A 01 F1 4F 03 DC 74 04 F0 99 06 DB BE 07 E7 E3 09 DA\n06 00 DE 2B 01 F2 50 03 DD 75 04 F1 9A 06 DC BF 07 F0 E4 09 DB\n07 00 DF 2C 01 F3 51 03 DE 76 04 F2 9B 06 DD C0 07 F1 E5 09 DC\n08 00 E0 2D 01 F4 52 03 DF 77 04 F3 9C 06 DE C1 07 F2 E6 09 DD\n09 00 E1 2E 01 F5 53 03 E0 78 04 F4 9D 06 DF C2 07 F3 E7 09 DE\n0A 00 E2 2F 01 F6 54 03 E1 79 04 F5 9E 06 E0 C3 07 F4 E8 09 DF\n0B 00 E3 30 01 F7 55 03 E2 7A 04 F6 9F 06 E1 C4 07 F5 E9 09 E0\n0C 00 E4 31 01 F8 56 03 E3 7B 04 F7 A0 06 E2 C5 07 F6 EA 09 E1\n0D 00 E5 32 02 D8 57 03 E4 7C 04 F8 A1 06 E3 C6 07 F7 EB 09 E2\n0E 00 E6 33 02 D9 58 03 E5 7D 05 D8 A2 06 E4 C7 07 F8 EC 09 E3\n0F 00 E7 34 02 DA 59 03 E6 7E 05 D9 A3 06 E5 C8 08 D8 ED 09 E4\n10 00 F0 35 02 DB 5A 03 E7 7F 05 DA A4 06 E6 C9 08 D9 EE 09 E5\n11 00 F1 36 02 DC 5B 03 F0 80 05 DB A5 06 E7 CA 08 DA EF 09 E6\n12 00 F2 37 02 DD 5C 03 F1 81 05 DC A6 06 F0 CB 08 DB F0 09 E7\n13 00 F3 38 02 DE 5D 03 F2 82 05 DD A7 06 F1 CC 08 DC F1 09 F0\n14 00 F4 39 02 DF 5E 03 F3 83 05 DE A8 06 F2 CD 08 DD F2 09 F1\n15 00 F5 3A 02 E0 5F 03 F4 84 05 DF A9 06 F3 CE 08 DE F3 09 F2\n16 00 F6 3B 02 E1 60 03 F5 85 05 E0 AA 06 F4 CF 08 DF F4 09 F3\n17 00 F7 3C 02 E2 61 03 F6 86 05 E1 AB 06 F5 D0 08 E0 F5 09 F4\n18 00 F8 3D 02 E3 62 03 F7 87 05 E2 AC 06 F6 D1 08 E1 F6 09 F5\n19 01 D8 3E 02 E4 63 03 F8 88 05 E3 AD 06 F7 D2 08 E2 F7 09 F6\n1A 01 D9 3F 02 E5 64 04 D8 89 05 E4 AE 06 F8 D3 08 E3 F8 09 F7\n1B 01 DA 40 02 E6 65 04 D9 8A 05 E5 AF 07 D8 D4 08 E4 F9 09 F8\n1C 01 DB 41 02 E7 66 04 DA 8B 05 E6 B0 07 D9 D5 08 E5 FA 0A D8\n1D 01 DC 42 02 F0 67 04 DB 8C 05 E7 B1 07 DA D6 08 E6 FB 0A D9\n1E 01 DD 43 02 F1 68 04 DC 8D 05 F0 B2 07 DB D7 08 E7 FC 0A DA\n1F 01 DE 44 02 F2 69 04 DD 8E 05 F1 B3 07 DC D8 08 F0 FD 0A DB\n20 01 DF 45 02 F3 6A 04 DE 8F 05 F2 B4 07 DD D9 08 F1 FE 0A DC\n21 01 E0 46 02 F4 6B 04 DF 90 05 F3 B5 07 DE DA 08 F2 FF 0A DD\n22 01 E1 47 02 F5 6C 04 E0 91 05 F4 B6 07 DF DB 08 F3    \n23 01 E2 48 02 F6 6D 04 E1 92 05 F5 B7 07 E0 DC 08 F4    \n24 01 E3 49 02 F7 6E 04 E2 93 05 F6 B8 07 E1 DD 08 F5    \n[0042] 在本发明中，编码表是作为消息嵌入算法模块和提取算法模块的输入，且发送方和接收方通过秘钥k构造的编码表是相同的，所以输入到嵌入算法模块的编码表Tk与输入到提取算法模块的编码表Tk一致。\n[0043] 2、消息嵌入\n[0044] 本发明中消息嵌入算法模块执行嵌入算法E()可以表示成\n[0045] c′＝E(c,m,Tk)\n[0046] 其中，模块输入参数有载体对象c、待嵌入的秘密消息m和嵌入秘钥k生成的编码表Tk，模块输出是包含秘密消息的带秘载体c′。此外，本发明要求嵌入信息的载体c为基于Unicode编码的文本数据，包括TXT格式文本和Word、PDF、XML、HTML复合文档中的文本数据；\n并且在嵌入模块中m作为字节流方式进行处理，所以m可以是TXT文本数据和JPEG图像数据。\n[0047] 嵌入算法的实施流程图如图2所示，具体实现步骤为：\n[0048] (1)对输入的载体对象c进行预处理，用0x2000替换c中出现在编码表Tk的码字；\n[0049] (2)顺序地读取c的2个字节数据xx，并判断xx值是否为0x0000；\n[0050] (3)如果步骤(2)中结果为no，则执行步骤(4)，否则执行步骤(12a)；\n[0051] (4)判断xx是否为不可见字符，包括半角/全角空格和制表符，它们对应的Unicode码表示分别为0x2000、0x0030和0x0900；\n[0052] (5)如果步骤(4)中结果为no，则跳转到步骤(2)，否则执行步骤(6)；\n[0053] (6)对输入的秘密消息s，读取1个字节数据y；\n[0054] (7)判断y值是否为EOF；\n[0055] (8)如果步骤(7)中结果为no，则执行步骤(9)，否则执行步骤(12b)；\n[0056] (9)对输入的编码表Tk，查找Tk中y值对应的码字zz；\n[0057] (10)使用步骤(9)中的zz值替换步骤(5)所得到c中的xx值；\n[0058] (11)重复执行步骤(2)；\n[0059] (12a)输出载体嵌入容量不足的提示信息。\n[0060] (12b)输出改变后的c，即为带秘载体c′。\n[0061] 3、消息提取\n[0062] 本发明中消息提取算法模块执行提取算法D()，可以表示成\n[0063] m＝D(c′,Tk′)\n[0064] 其中，模块输入参数有含秘密消息的带秘载体c′和提取秘钥k′生成的编码表Tk′，模块输出是提取得到的秘密消息m。特别地，为了保持编码表Tk和Tk′的一致性，本发明中嵌入秘钥k与提取密钥k′是相同的。\n[0065] 提取算法的实施流程图如图3所示，具体实现步骤为：\n[0066] (1)对输入的带秘载体c′，读取2个字节数据yy；\n[0067] (2)判断yy值是否为EOF；\n[0068] (3)如果步骤(2)中结果为no，则执行步骤(4)，否则执行步骤(8)；\n[0069] (4)根据输入编码表Tk′，判断步骤(2)中的yy值是否为Tk′中的码字；\n[0070] (5)如果步骤(4)中结果为no，则跳转到步骤(1)，否则执行步骤(6)；\n[0071] (6)查找Tk′，获得yy值所对应的m值；\n[0072] (7)重复执行步骤(1)；\n[0073] (8)输出秘密消息m。\n[0074] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。