CRC校验在无线电波信息隐藏中的研究

引 言

信息隐藏起源于隐写术，主要用于保护重要的文件信息。早期人们用含淀粉的水写字，用碘酒获取隐藏信息。随着科技的发展，高科技手段的应用对防止情报与信息泄露发挥着重要作用，例如信息的编码加密、数字水印、复杂的数学加密算法及最新的量子加密技术。然而，再高明的防范措施也会发生不经意的泄密事件。因为保密措施是 死 的，而人却是 活 的。人是一切手段中最重要也是最活跃的因素。泄密可能常常就在人们不经意的嘴边、身旁、行动中。本文在信息安全的大环境下主要研究并提出了一种基于 CRC 校验的信息隐藏方法[1]。

1 原理

信息隐藏这一课题起源于加密术，早期人们加密信息出于军事目的，但限于当时的技术水平，仅仅是从信息编码的角度出发，如早期的信息加密算法代表 凯撒加密 ；随着计算机技术的发展，各种夹杂复杂数学算法的编码信息隐藏技术出现了，这一阶段的信息隐藏算法代表为 RSA加密算法， DES加密算法；微电子技术的发展大大加速了高性能计算机的出现，传统的计算机算法信息隐藏也变得不再安全，人们开始研究新的信息隐藏技术，这一阶段主要流行嵌入式载体的信息隐藏技术，代表有 图像水印 、 音频水印 技术[2]。

本文主要从传统及目前已经存在的信息隐藏技术出发， 研究对象是无线电波信息传输过程中信息的隐藏保密方式，但由于各种信息保密措施是 死 的，而人却是 活 的，因此电磁波本身传播的频率易泄露和被截获的特点是最重要、最活跃的因素，因而文中提出一种收发双方利用CRC校验规则， 约定基带信息信号与选定电磁波相位之间的关系，基于 CRC校验实现信息隐藏的方法[3,4]。

2 实验方法

2.1 将隐藏文件转换为数字文本

首先将隐藏文件的文本信息转换为离散的数字文本，便于 CRC 校验发送数字信息及无线电波的相位调制。利用图 1 所示的数字文本转换软件将文本信息转换为二进制代码。

图 1 为将原始的文本信息转换为二进制代码。图 2 所示为接收方利用数字软件还原的文本信息，即将二进制代码转换为文本。图 3 所示为原始文件对应的文本。

图1 文本文件转换为二进制代码 图 2 二进制代码转换为文本

图 3 原始文件对应的文本

2.2 将文件数字文本添加 CRC校验码

所谓的 CRC校验技术，是借助计算机网络数据链路层由防止出错检测技术思想转化来的一种技术。在发送端把数据划分为组，假定每组为 k比特，待发送的数据为M=101001（k=6）。CRC运算就是在数据后面加上 n位CRC校验码，构成一个混合 CRC 校验码数据，将（k+n）位一起发送出去。在接收端把解调出来的二进制数据进行逆向CRC 校验，将收到的数据分组，每组除以同样的除数 P，然后检查所得余数 R。如果在传输过程中无差错，那么经过CRC 检验后得出的余数R=0，即发送的信息在传输过程中没有出现差错[5]。

2.2.1 原始的待发送数据添加CRC步骤

将原始的文本信息转换为二进制编码信息后，如何在转换后的二进制信息后确定添加 n 位CRC 校验码？此处举例说明。假设转化后的数据 M1=101001（k=6），用二进制的模 2 运算对 2n 乘 M1，即在 M1 后添加了n 个 0。得到的（k+n）数除以双方事先商定的长度为（n+1）位的除数 P，得到的商是 Q 而余数是 R（n 位，比 P 少 1 位）。余数 R 就作为 CRC 校验码添加在数据 M 后与原始转换后的数据 M 一起发送出去[6]。

2.2.2 CRC校验码步骤算法求取过程

经过CRC 校验码添加步骤可知，以 M1=101001，收发双方约定 P=1101 的待发送数据进行演示：

（1）k=6，M=101001。

（2）设 n =3，除数 P=1101，被除数为 2nM=101001000。

(3) 运算的结果为商 Q= 110101，余数 R=001。

(4) 余数 R作为冗余码添加在数据 M 后发送出去。发送的数据为 2nM+R，即 101001001，共（k+n）位。

待发送数据 M1 CRC 校验码步骤算法过程如图 4 所示。

图 4 待发送数据 M1 CRC 校验码步骤算法过程

2.3 基带信息信号与选定的电磁波相位之间的调制

经 CRC 校验码步骤算法求取过程，得到转换后的数据M1，添加 n 位 CRC 校验码的数据为 M2=101001001。选取带发送调制的电磁波数据为 f1=A1sin （t）[7]。定义电磁波信号为f1（0°～180°）范围对应的上半轴波形幅度为 1，f1（180°～360°）范围对应的下半轴波形幅度值为 0，即根据电磁波幅度定义可以得到一组码元数据 M3=10101010……

添 加 CRC 校 验 码 数 据 M2 调 制电 磁 算 法 即 将 数 据M2|M3=M4 再次经过运算，将数据 M4 与电磁波 f1 相乘，电磁波的每半个周期对应 M4 数据中的一个码元，当 M4 数据中的码元为 1 时，定义收发双方电磁波的波形为上半轴，当 M4 数据中对应的码元为 0 时定义为电磁波波形的下半轴 [8]。

2.4 接收端解调电磁波中隐藏的信息

当接收端收到发送方的电磁波文件时，先按照收发双方约定的规则，当接收到的电磁波 f2 波形图中在半个周期即一个码元时间对应波形上半轴，接收方就定义此码元为 1，对应的波形为下半轴，接收方就定义此码元为 0。接收方初次解调的码元数据为 M5 ；之后按照 M6=M5|M3 运算得到数据 M6 ；接下来按照CRC 校验法则对 M6 数据进行校验，当没有数据出错时，对数据 M6 去除 CRC 校验码得到数据 M7 ；最后接收方再借助二进制文本转换软件进行二进制转换，即可得到发送方原先想隐藏的数据信息。经过上述四步，收发双方可以成功隐藏电磁波信息文件[9,10]。

2.5 技术创新

本文从传统信息隐藏的角度出发，提出了一种基于 CRC 校验技术以隐藏生活中容易泄露的电磁波信息的方法。文中发送方所采用的CRC 校验技术较传统隐写方法而言，从人的角度出发，CRC 校验不仅变换了发送方的文本信息进行二进制编码，接收方还可以检查文本信息是否遭遇篡改，且CRC 校验的编码信息 M2 与电磁波对应的码元 M3 再次调制后二次调制原先的电磁波 f1，实现了隐藏电磁波信息的目的。

3 结 语

本文研究并提出的CRC校验在无线电波信息隐藏中的方法较传统信息隐藏技术而言更加安全，算法更加复杂，破解难度更大。收发电磁波双方按照约定的规则进行 CRC校验， 信息编码等步骤实现电磁波信息的隐写。