一種基于數(shù)字水印的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)敏感數(shù)據(jù)通信協(xié)議
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無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在很多應(yīng)用中，存在著在節(jié)點(diǎn)間傳輸敏感信息的需求。敏感數(shù)據(jù)是指密鑰、ID、軍事領(lǐng)域中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)、節(jié)點(diǎn)的身份驗(yàn)證信息等涉及系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的一類關(guān)鍵數(shù)據(jù)。這類數(shù)據(jù)通常要求采用一種比常規(guī)通信方式更安全、可靠的方式傳遞。敏感數(shù)據(jù)的傳輸有很多種方法，比較常見的是基于加密技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但由于傳感器節(jié)點(diǎn)資源有限，復(fù)雜的算法無(wú)法在節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)［2］，這些算法在資源耗費(fèi)方面、加密強(qiáng)度方面尚不完美。
本文基于數(shù)字水印的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)敏感數(shù)據(jù)的傳輸，通過(guò)信息隱藏來(lái)實(shí)現(xiàn)敏感數(shù)據(jù)的傳輸。與加密傳輸相比，該算法具備簡(jiǎn)單高效、不易察覺等優(yōu)點(diǎn)，適合于在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)。
數(shù)字水印（digital watermarking）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)信息隱藏的一種主要手段。敏感信息可以毫無(wú)察覺地嵌入到數(shù)據(jù)中，嵌入的信息就叫做水印［3］。數(shù)字水印是信息隱藏學(xué)的一個(gè)分支，是利用人類感覺器官的不敏感及多媒體數(shù)據(jù)中存在的冗余，將秘密信息隱藏到宿主信息中，水印的添加不會(huì)影響原數(shù)據(jù)的正常使用［4-7］。
基于以上原理，本文提出一種基于數(shù)字水印技術(shù)和信息隱藏的敏感信息通信協(xié)議。
目前絕大多數(shù)傳感器節(jié)點(diǎn)都支持16位的寄存器，傳感數(shù)據(jù)在通信時(shí)也是基于16位無(wú)符號(hào)數(shù)整數(shù)傳輸?shù)?。?6位無(wú)符號(hào)整數(shù)的取值范圍是0~65 535。當(dāng)實(shí)際采集的傳感數(shù)據(jù)值比較大時(shí)，改變最低位對(duì)傳感器數(shù)據(jù)值的影響很小，可以忽略不計(jì)。
因此，本文通過(guò)16位無(wú)符號(hào)整數(shù)的最低位來(lái)傳輸敏感數(shù)據(jù)，并利用數(shù)字水印嵌入算法將敏感數(shù)據(jù)嵌入其中，達(dá)到敏感數(shù)據(jù)隱蔽傳輸?shù)哪康?。為避免最低位的改變?duì)傳感數(shù)據(jù)的精度造成太大影響，本文設(shè)置了一個(gè)閥值，只有大于該值的數(shù)據(jù)才會(huì)被嵌入敏感信息。
1 敏感數(shù)據(jù)嵌入及提取過(guò)程
嵌入敏感信息的方法與數(shù)字水印的嵌入方法基本相同。如圖1所示，首先將敏感信息轉(zhuǎn)化為一個(gè)二進(jìn)制流，命名為輸入二進(jìn)制流；將傳感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一個(gè)16位無(wú)符號(hào)整數(shù)流，命名為輸入整數(shù)流；將輸出的含有敏感數(shù)據(jù)的無(wú)符號(hào)整數(shù)流命名為輸出整數(shù)流。則敏感數(shù)據(jù)嵌入過(guò)程描述如下：如果輸入整數(shù)流當(dāng)前位置的傳感數(shù)據(jù)值大于或等于閥值，且輸入二進(jìn)制流中當(dāng)前位置的二進(jìn)制值為“1”，則將整數(shù)流當(dāng)前位置的數(shù)據(jù)最低位置“1”，并添加到輸出整數(shù)流中，否則置“0”；如果輸入整數(shù)流當(dāng)前位置的傳感數(shù)據(jù)值小于閥值，則不添加水印，直接將該數(shù)添加到輸出整數(shù)流中。
敏感數(shù)據(jù)的嵌入算法描述如下：
#define N 0x0100; //閥值
typedef BitStream TInputBitStream; //定義輸入二進(jìn)制流
typedef Uint16Stream TInputUintStream; //定義輸入無(wú)符號(hào)整數(shù)流
typedef Uint16Stream TOutputUintStream;//定義輸出無(wú)符號(hào)整數(shù)流
//---------------------------------------
/** 用敏感數(shù)據(jù)初始化輸入二進(jìn)制流 **/
TInputBitStream * TheIBS=
new TInputBitStream(SensitiveData aData);
/** 用傳感數(shù)據(jù)初始化輸入無(wú)符號(hào)整數(shù)流**/
TInputUintStream * TheIUS=
new TInputUintStream(SensorData aData);
/** 用空數(shù)據(jù)初始化輸出無(wú)符號(hào)整數(shù)流 **/
TOutputUintStream * TheOUS=new TOutputUintStream();
//------------------------------------
/** 數(shù)字水印嵌入方法
** 注意：本方法假定輸入整數(shù)流的長(zhǎng)度
*足以嵌入所有的敏感數(shù)據(jù)
* 參數(shù)TheIBS: 輸入二進(jìn)制流
* 參數(shù)TheIUS:輸入無(wú)符號(hào)整數(shù)流
* 參數(shù)N：預(yù)先定義的閥值
* 返回值：輸出無(wú)符號(hào)整數(shù)流TheOUS **/
TOutputUintStream* InsertWaterMarking(TheIBS,TheIUS,N)
{
uint16_t TheUintIndex=0; //用于保存輸入整數(shù)流的位號(hào)
uint16_t TheBitIndex=0; //用于保存輸入二進(jìn)制流的位號(hào)
uint16_t CurrentUintData; //用于保存當(dāng)前的無(wú)符號(hào)整數(shù)值
bit_t CurrentBitData; //用于保存當(dāng)前的二進(jìn)制值
while(TheBitIndexTheIBS.Size)
{
CurrentUintData=TheIUS.Read(TheUintIndex,1);
CurrentBitData=TheIBS.Read(TheBitIndex,1);
/**若當(dāng)前無(wú)符號(hào)整數(shù)值小于閥值，則讀取下一個(gè)值，
*直到大于閥值時(shí)，停止循環(huán) **/
評(píng)論