文 献 综 述
1.问题定义
随着互联网业务和应用的发展，无线通信已经成为主流的通信方式。由于无线通信的广播特性, 信息容易被未经授权的接收机拦截或窃听[1]。隐蔽信道作为一种信息对抗技术，能够解决隐私泄露、网络诈骗、窃听技术等问题。
隐蔽通道是一种违背系统设计者原本意图，从系统的一个用户传送信息到另一个用户的机制[2]。目前，隐蔽信道不仅可以用于攻击者的窃听技术，还可以用来确保信息传输的安全机制。传统的隐蔽信道分为存储隐蔽信道和时间隐蔽信道两类。然而，由于无线通信环境呈现出随机性、时变性以及互易性等特点，以及无线信道状态信息的不可预知性以及不可人为篡改的特点，使得利用这些物理层的特性来对数据信息进行隐蔽传输更具备优势。传统的隐蔽信道设计的主要技术是利用网络层数据包中嵌入隐蔽信息，受网络设备和网络通信状态影响很大，然而无线通信系统中通信状态随着移动端的移动一直在变化，因此，研究者正致力于探索无线通信系统中新型隐蔽信道的设计方案。
本课题拟设计一个无线通信系统中，基于MIMO技术的新型物理层隐蔽信道，包括分析其基本原理；建立信道模型；计算信道容量；评估基于MIMO的隐蔽信道的性能。本课题对未来通信技术中信息安全具有很大的研究意义。
- 研究现状
隐蔽信道的概念最初是在1973年由Lampson针对操作系统的进程安全提出的，他将其定义为“本意不是设计用来传输有用信息的通信信道，而且这种通信信道看起来仿佛并不构成威胁”[3]。随着对隐蔽信道更加深入研究，在此基础上，Simmons于1983年提出了基于网络条件下的隐蔽信道模型[4]。通过在监狱中两个囚犯如何协商共同逃跑的例子，阐述了计算机隐蔽信息传递过程。此后隐蔽信道的研究方向集中于如何建立安全可靠的隐蔽通信通道。
隐蔽信道按照其特点分为两类:存储性隐蔽信道和时间性隐蔽信。存储式隐蔽信道是将隐蔽信息直接嵌入到信息载体的一种隐蔽信道，它必须依赖于一个载体用来开辟存储空间，由于标准网络协议在设计之初对安全问题没有引起足够的重视，从而在协议的内部构建中存在某些缺陷，利用这些缺陷达到信息隐藏的目的[5]。Girling等人设计了一种网络隐蔽存储信道，他在网络包的地址位里面装入隐蔽信息[6]。文献[7]中采用基于TCP/IP的保留位建立隐蔽信道的方法，并采用密钥对信息进行加密。进一步，文献[8]从区别于广域网角度出发，提出一种基于ARP广播包的新型局域网隐蔽信道，将隐蔽信息嵌入在目标IP中。然而，隐蔽存储信道在通过防火墙、交换机和路由器等设备时候很容易被检测出来，信道受到设备干扰，最终导致隐蔽信息遭到破坏。
为了克服这一问题，Cabuk等人提出了一种隐蔽时间信道的方法，它是通过IP协议中数据包发送间隔变化来构建隐蔽信道[9]。文献[10]设计了一种基于web的网络时间隐蔽信道，将隐蔽信息隐藏在HTTP包时间间隔中，提高了隐蔽信道的传输率。随着扩频技术的发展，文献[11]建立了基于扩频Manchester码的可靠自同步网络隐蔽时间通信模型，提升了对网络干扰因素的抵抗能力。但是，隐蔽时间信道容易受到网络通信状态的影响，传输稳定性会受到影响。此外，网络数据包的特定时间间隔会导致隐蔽信道流量与网络信道流量有差别，容易被检测到异常。
研究者针对提高隐蔽时间信道的稳定性，对基于用户行为的隐蔽信道展开了大量的研究。网络隐蔽行为信道 (简称为行为信道)，利用用户使用网络时的行为来隐藏数据，这些行为往往表现为一系列的用户操作。研究者设计了一种基于HTTP请求行为的隐蔽信道HRCC（Combined Covert Channel Based on HTTP Requests），它利用正常网页浏览时HTTP请求的分布规律来构造隐蔽信道，这种将隐蔽信息嵌入到用户行为的方法更加安全可靠[12]。
随着编码技术的飞速发展，隐蔽信道的通信层正在下降，隐蔽信道的研究有两个明显的趋势，一方面是从应用层和网络层逐渐下降到数据链路层和物理层，另一方面是本地WiFi网络中短距离的隐蔽信道[13]引起了越来越多的关注。在文献[14]中就提出将隐蔽定时信道扩展到数据链路层通信领域，将信息嵌入帧之间的时间延迟而不是网络包中。鉴于在物理层中，发送的信号不是真实数据，而是表示数据和噪声的调制符号，因此对于想要攻击系统的人来说噪声更加困难。近年来，在文献[15]中，作者在物理层上开发了另一种利用循环延迟分集（CDD）特征实现隐蔽OFDM通信方案。概括而言，目前研究者主要着眼于隐蔽信道性能的提高，因而物理层的隐蔽信道实现成为了研究的焦点。近年来，无线通信中的一个重要问题是在发送器和接收器之间存在无线信道中的障碍物。这些障碍物会产生传输信号的反射，称为多径效应，这会导致接收器无法接收和解调信号。已经研究出的多输入多输出（MIMO）系统能够很好地克服这种影响，它利用无线信道的多径传播，因势利导，开发更多的空间资源，成为现代通信领域的重要突破。通过将该技术与隐蔽信道技术相结合，使用空间多信道进行数据传输和接收，可以有效的提高BER性能和数据传输速率。国外研究者最新研究出一个采用MIMO系统的设计，将信息隐藏在实际码和真实码之差中，利用控制通道和数据通道中的协调修改建立隐蔽信道[16]。然而这种方法存在缺陷，要求所传输的隐蔽数据不能过多，否则会导致接收端检测出解码差异。此外，在国内将MIMO通信技术应用到隐蔽通信当中的工作仍然少有报道，尤其在相关理论和检测问题上还基本处于空白阶段，有待进一步的研究。
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