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基于区块链的高可靠军事信息隐蔽传输协议
网络安全与数据治理 9期
李美鹏,郭兆中,李宴明,赵誉华,张鹏
(1.中国人民解放军96941部队,北京100085;2.湖南天河国云科技有限公司,湖南长沙410000)
摘要: 网络空间作为继陆海空天之后的第五大主权领域空间,是国际战略在军事领域的演进。网络空间中信息主导权的争夺,对军事通信的安全性、稳定性提出了更高的要求。以未来高对抗和高智能战场需求为出发点,以当前区块链和密码学技术最新研究成果为基础,设计了基于区块链的高可靠军事信息隐蔽传输协议HRBCCM。该协议以零知识证明混币合约函数参数的数据结构和合法性验证逻辑为设计基础,提出了隐蔽通信交易的构造和识别算法,将信息的嵌入和提取过程与混币合约运行原理进行完美融合,实现了高隐蔽性和安全性的信息传输。同时从鲁棒性、可靠性、不可追踪性及不可探测性四方面进行安全性分析,并且搭建了仿真测试环境,对HRBCCM的传输时间和隐蔽率进行了测试和评估。实验结果显示,与传统方案相比其隐蔽性提升了20%,传输效率提高了40倍。最后,结合未来战场强对抗和高智能化程度的特点,分析了HRCCM在平时公网条件下全球情报信息传输和战时紧急状态下可靠通信能力保障两个典型应用场景,凸显了协议的场景的适配性。
中图分类号:TN918;TP311
文献标识码:A
DOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2023.09.012
引用格式:李美鹏,郭兆中,李宴明,等.基于区块链的高可靠军事信息隐蔽传输协议[J].网络安全与数据治理,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

网络空间作为继陆海空天之后的第五大主权领域空间,是国际战略在军事领域的演进。随着网络技术的不断成熟和网电对抗信息化进程的不断加速,谁能将情报、指令、信息等安全、稳定、及时、隐蔽的在网络空间传递,谁就能在网络空间博弈中把握信息主导权。这对网络空间中军事通信的安全性、稳定性提出了更高的要求,因此建设有一套安全可靠的军事通信系统在这场博弈中至关重要。

隐蔽通信技术被用于隐藏秘密通信发生的事实,以达到保护发送者和接收者之间关系的目的。传统隐蔽通信系统依赖于信息隐藏技术,主要集中在基于传统通信理论、信息论等来研究信息隐藏的理论模型,以及采用图像、音频、文本等静态文件为载体,依托音、视频流媒体以及网络协议来实现隐蔽通信能力。这种隐蔽通信系统在当前智能战场环境下存在诸多问题,如消息收发指向性明确、消息传递路径可侦测、系统易遭受集中打击和信息隐藏性不足等。因此,现有的隐蔽通信系统已无法满足未来“智能战场”需求。

区块链是一种新型的信息技术,具有去中心化、分布式存储、防篡改、用户匿名和消息广播等技术特征,与隐蔽通信需求具有很高的契合度,是实现隐蔽通信系统的绝佳平台。因此探究区块链技术在军事隐蔽通信系统的应用具有重要现实意义。目前,学术领域已经出现了一系列基于区块链的隐蔽通信研究成果,例如基于比特币构建区块链隐蔽信道BLOCCE[1]、基于区块链交易数字签名的信息传输协议[2-3]、基于星际文件系统IPFS和区块链的双隐写隐蔽通信模型[4]、基于属性基加密与基于生成式对抗网络的可隐藏敏感文档和发送者身份的区块链隐蔽通信模型[5]、无需改变区块链交易数据的隐蔽通信模型[6]、基于以太坊与哈希消息认证码的信息嵌入方法[7]、基于以太坊Whispers协议的安全通信方法[8]以及基于区块链投票智能合约的信息隐蔽传输方法[9]等。然而,以上协议存在通信容量小、通信效率低下和隐蔽程度有限的缺陷。

为解决以上问题,本文以未来高对抗和高智能战场需求为出发点,以当前区块链和密码学技术最新研究成果为基础,设计了一种基于零知识证明混币合约[10-11]的高可靠军事信息隐蔽传输协议(Highly Reliable Blockchain-based Covert Communication Model,HRBCCM)。主要贡献如下:

(1)设计了具有高隐蔽性和可靠性的军事信息隐蔽传输协议HRBCCM。HRBCCM基于零知识证明混币合约函数参数的数据结构和合法性验证逻辑,设计了寄生交易的构造和识别算法,将信息的嵌入和提取过程与混币合约运行原理进行完美融合,实现了高隐蔽性和安全性的信息传输。

(2)对HRBCCM进行了详细的安全性分析。从鲁棒性、可靠性、不可追踪性及不可探测性四方面进行安全性分析,证明HRBCCM在敌手攻击、智能算法分析揭示等干扰条件下仍然能够保证通信的安全、隐蔽和可靠。

(3)对HRBCCM进行了试验验证与评估。在AMD Ryzen 5 2600X六核处理器,3.60 GHz,100 Mb/s网络带宽的测试环境下搭建了仿真环境,对HRCCM的传输时间和隐蔽率进行了测试和评估,实验结果显示该协议相对传统隐蔽通信协议CCMUB,安全性和通信效率方面优势明显。

(4)分析HRBCCM的典型应用场景。根据HRBCCM的协议优势,结合未来战场对抗强和智能化程度高的特点,分析了HRBCCM在平时公网条件下全球情报信息传输和战时紧急状态下可靠通信能力保障两个典型应用场景,以凸显HRBCCM技术的先进性和场景的适配性。


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作者信息:

李美鹏1,郭兆中2,李宴明1,赵誉华1,张鹏1

(1.中国人民解放军96941部队,北京100085;2.湖南天河国云科技有限公司,湖南长沙410000)

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