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基于區(qū)塊鏈的高可靠軍事信息隱蔽傳輸協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理 9期

李美鵬，郭兆中，李宴明，趙譽(yù)華，張鵬

（1.中國人民解放軍96941部隊(duì)，北京100085;2.湖南天河國云科技有限公司，湖南長沙410000）

摘要： 網(wǎng)絡(luò)空間作為繼陸海空天之后的第五大主權(quán)領(lǐng)域空間，是國際戰(zhàn)略在軍事領(lǐng)域的演進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)空間中信息主導(dǎo)權(quán)的爭奪，對軍事通信的安全性、穩(wěn)定性提出了更高的要求。以未來高對抗和高智能戰(zhàn)場需求為出發(fā)點(diǎn)，以當(dāng)前區(qū)塊鏈和密碼學(xué)技術(shù)最新研究成果為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈的高可靠軍事信息隱蔽傳輸協(xié)議HRBCCM。該協(xié)議以零知識證明混幣合約函數(shù)參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和合法性驗(yàn)證邏輯為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，提出了隱蔽通信交易的構(gòu)造和識別算法，將信息的嵌入和提取過程與混幣合約運(yùn)行原理進(jìn)行完美融合，實(shí)現(xiàn)了高隱蔽性和安全性的信息傳輸。同時從魯棒性、可靠性、不可追蹤性及不可探測性四方面進(jìn)行安全性分析，并且搭建了仿真測試環(huán)境，對HRBCCM的傳輸時間和隱蔽率進(jìn)行了測試和評估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)方案相比其隱蔽性提升了20%，傳輸效率提高了40倍。最后，結(jié)合未來戰(zhàn)場強(qiáng)對抗和高智能化程度的特點(diǎn)，分析了HRCCM在平時公網(wǎng)條件下全球情報(bào)信息傳輸和戰(zhàn)時緊急狀態(tài)下可靠通信能力保障兩個典型應(yīng)用場景，凸顯了協(xié)議的場景的適配性。

關(guān)鍵詞： 大數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)安全隱蔽通信區(qū)塊鏈

中圖分類號：TN918；TP311
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
DOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2023.09.012
引用格式：李美鵬，郭兆中，李宴明，等.基于區(qū)塊鏈的高可靠軍事信息隱蔽傳輸協(xié)議［J］.網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理，2023，42（9）：80-87.

A highly reliable blockchain-based covert communication model

Li Meipeng1,Guo Zhaozhong2,Li Yanming1,Zhao Yuhua1,Zhang Peng1

（1. Unit 96941 of PLA, Beijing 100085, China; 2. Tianhe Guoyun Technology Co., Ltd., Changsha 410000, China）

Abstract： Cyberspace, as the fifth largest sovereign domain space after land, sea, air, and space, is the evolution of international strategy in the military field. The competition for information dominance in cyberspace places higher demands on the security and stability of military communication. Based on the requirements of future high confrontation and high intelligence battlefield and the latest research results of blockchain and cryptography, we design a highly reliable military information covert communication model, i.e., HRBCCM. Based on the data structure and verification logic of coin mixing smart contract, we design the construction and identification algorithm of parasitic transactions. The process of embedding and extracting information is perfectly integrated with the operational principles of coin mixing smart contract, which ensures high concealment and secure information transmission. We also conduct security analysis from four aspects: robustness, reliability, anti-traceability, and undetectability. A simulation testing environment was established to test and evaluate the transmission time and concealment rate of HRBCCM. The experimental results showed that concealment performance improved by 20% and transmission efficiency increased by 40 times. Finally, two typical application scenarios, i.e., global intelligence information transmission under peacetime public network conditions and reliable communication capability guarantee in wartime emergencies, were analyzed, highlighting the adaptability of the protocol's scenarios.

Key words : big data; data security; covert communication; blockchain

0 引言

網(wǎng)絡(luò)空間作為繼陸海空天之后的第五大主權(quán)領(lǐng)域空間，是國際戰(zhàn)略在軍事領(lǐng)域的演進(jìn)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟和網(wǎng)電對抗信息化進(jìn)程的不斷加速，誰能將情報(bào)、指令、信息等安全、穩(wěn)定、及時、隱蔽的在網(wǎng)絡(luò)空間傳遞，誰就能在網(wǎng)絡(luò)空間博弈中把握信息主導(dǎo)權(quán)。這對網(wǎng)絡(luò)空間中軍事通信的安全性、穩(wěn)定性提出了更高的要求，因此建設(shè)有一套安全可靠的軍事通信系統(tǒng)在這場博弈中至關(guān)重要。

隱蔽通信技術(shù)被用于隱藏秘密通信發(fā)生的事實(shí)，以達(dá)到保護(hù)發(fā)送者和接收者之間關(guān)系的目的。傳統(tǒng)隱蔽通信系統(tǒng)依賴于信息隱藏技術(shù)，主要集中在基于傳統(tǒng)通信理論、信息論等來研究信息隱藏的理論模型，以及采用圖像、音頻、文本等靜態(tài)文件為載體，依托音、視頻流媒體以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來實(shí)現(xiàn)隱蔽通信能力。這種隱蔽通信系統(tǒng)在當(dāng)前智能戰(zhàn)場環(huán)境下存在諸多問題，如消息收發(fā)指向性明確、消息傳遞路徑可偵測、系統(tǒng)易遭受集中打擊和信息隱藏性不足等。因此，現(xiàn)有的隱蔽通信系統(tǒng)已無法滿足未來“智能戰(zhàn)場”需求。

區(qū)塊鏈是一種新型的信息技術(shù)，具有去中心化、分布式存儲、防篡改、用戶匿名和消息廣播等技術(shù)特征，與隱蔽通信需求具有很高的契合度，是實(shí)現(xiàn)隱蔽通信系統(tǒng)的絕佳平臺。因此探究區(qū)塊鏈技術(shù)在軍事隱蔽通信系統(tǒng)的應(yīng)用具有重要現(xiàn)實(shí)意義。目前，學(xué)術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)了一系列基于區(qū)塊鏈的隱蔽通信研究成果，例如基于比特幣構(gòu)建區(qū)塊鏈隱蔽信道BLOCCE［1］、基于區(qū)塊鏈交易數(shù)字簽名的信息傳輸協(xié)議［2-3］、基于星際文件系統(tǒng)IPFS和區(qū)塊鏈的雙隱寫隱蔽通信模型［4］、基于屬性基加密與基于生成式對抗網(wǎng)絡(luò)的可隱藏敏感文檔和發(fā)送者身份的區(qū)塊鏈隱蔽通信模型［5］、無需改變區(qū)塊鏈交易數(shù)據(jù)的隱蔽通信模型［6］、基于以太坊與哈希消息認(rèn)證碼的信息嵌入方法［7］、基于以太坊Whispers協(xié)議的安全通信方法［8］以及基于區(qū)塊鏈投票智能合約的信息隱蔽傳輸方法［9］等。然而，以上協(xié)議存在通信容量小、通信效率低下和隱蔽程度有限的缺陷。

為解決以上問題，本文以未來高對抗和高智能戰(zhàn)場需求為出發(fā)點(diǎn)，以當(dāng)前區(qū)塊鏈和密碼學(xué)技術(shù)最新研究成果為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種基于零知識證明混幣合約［10-11］的高可靠軍事信息隱蔽傳輸協(xié)議（Highly Reliable Blockchain-based Covert Communication Model，HRBCCM）。主要貢獻(xiàn)如下：

（1）設(shè)計(jì)了具有高隱蔽性和可靠性的軍事信息隱蔽傳輸協(xié)議HRBCCM。HRBCCM基于零知識證明混幣合約函數(shù)參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和合法性驗(yàn)證邏輯，設(shè)計(jì)了寄生交易的構(gòu)造和識別算法，將信息的嵌入和提取過程與混幣合約運(yùn)行原理進(jìn)行完美融合，實(shí)現(xiàn)了高隱蔽性和安全性的信息傳輸。

（2）對HRBCCM進(jìn)行了詳細(xì)的安全性分析。從魯棒性、可靠性、不可追蹤性及不可探測性四方面進(jìn)行安全性分析，證明HRBCCM在敵手攻擊、智能算法分析揭示等干擾條件下仍然能夠保證通信的安全、隱蔽和可靠。

（3）對HRBCCM進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證與評估。在AMD Ryzen 5 2600X六核處理器，3.60 GHz，100 Mb/s網(wǎng)絡(luò)帶寬的測試環(huán)境下搭建了仿真環(huán)境，對HRCCM的傳輸時間和隱蔽率進(jìn)行了測試和評估，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該協(xié)議相對傳統(tǒng)隱蔽通信協(xié)議CCMUB，安全性和通信效率方面優(yōu)勢明顯。

（4）分析HRBCCM的典型應(yīng)用場景。根據(jù)HRBCCM的協(xié)議優(yōu)勢，結(jié)合未來戰(zhàn)場對抗強(qiáng)和智能化程度高的特點(diǎn)，分析了HRBCCM在平時公網(wǎng)條件下全球情報(bào)信息傳輸和戰(zhàn)時緊急狀態(tài)下可靠通信能力保障兩個典型應(yīng)用場景，以凸顯HRBCCM技術(shù)的先進(jìn)性和場景的適配性。

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作者信息：

李美鵬1，郭兆中2，李宴明1，趙譽(yù)華1，張鵬1

（1.中國人民解放軍96941部隊(duì)，北京100085;2.湖南天河國云科技有限公司，湖南長沙410000）

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