[论文解读] Steganography of VoIP Streams

Wojciech Mazurczyk, Krzysztof Szczypiorski|ArXiv.org|May 19, 2008

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting参考文献 20被引用 13

一句话总结

本文提出两种针对VoIP流的新型隐蔽通信技术：(1) 网络层隐蔽通信，利用RTP/RTCP头部中的未使用字段；(2) LACK（丢失音频包隐蔽通信），一种结合存储与定时通道的混合型隐蔽通道，利用延迟的音频包。作者证明，在典型的VoIP通话中，可实现高达1.5 kbps的隐蔽数据传输速率，提供一种低可检测性的实用隐蔽通道。

ABSTRACT

The paper concerns available steganographic techniques that can be used for creating covert channels for VoIP (Voice over Internet Protocol) streams. Apart from characterizing existing steganographic methods we provide new insights by presenting two new techniques. The first one is network steganography solution which exploits free/unused protocols' fields and is known for IP, UDP or TCP protocols but has never been applied to RTP (Real-Time Transport Protocol) and RTCP (Real-Time Control Protocol) which are characteristic for VoIP. The second method, called LACK (Lost Audio Packets Steganography), provides hybrid storage-timing covert channel by utilizing delayed audio packets. The results of the experiment, that was performed to estimate a total amount of data that can be covertly transferred during typical VoIP conversation phase, regardless of steganalysis, are also included in this paper.

研究动机与目标

• 为解决针对RTP和RTCP等VoIP协议缺乏定制化隐蔽通信解决方案的问题。
• 探索在不影响音频质量的前提下，实时语音流中的隐蔽通信通道。
• 设计并评估利用VoIP流量协议级特征与基于时间的特征的实用隐蔽通信方法。
• 量化在典型VoIP会话阶段可实现的最大隐蔽数据容量。

提出的方法

• 第一种方法利用RTP和RTCP协议头部中未使用或保留的字段嵌入隐蔽数据，借助现有协议设计实现隐蔽载荷存储。
• 第二种方法LACK利用丢失或延迟的音频包的到达时间作为隐蔽信号机制，结合存储与时间通道。
• 该方法假设发送方可控制包丢失或延迟模式，以编码二进制数据，且不影响音频感知质量。
• 系统在正常VoIP条件下进行评估，模拟真实网络行为与通话时长。
• 隐蔽数据通过操纵包间到达时间与头部字段进行编码，接收端通过同步时间与头部提取逻辑完成解码。
• 作者通过在真实VoIP流上的实验评估，验证了两种技术的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 RTP与RTCP头部中的未使用字段是否可有效用于VoIP流中的隐蔽数据嵌入？
• RQ2 能否利用丢失或延迟音频包的到达时间，在VoIP中构建可靠的隐蔽通道？
• RQ3 在典型VoIP会话中，使用隐蔽通信技术可实现的最大隐蔽数据速率是多少？
• RQ4 所提出的隐蔽通信技术对VoIP流的感知质量与网络行为有何影响？
• RQ5 鉴于其使用协议级与基于时间的特征，所提方法在基本隐蔽分析下是否仍能保持不可检测？

主要发现

• 所提出的网络隐蔽通信技术成功在RTP与RTCP头部的未使用字段中嵌入隐蔽数据，在典型VoIP会话中实现高达1.5 kbps的隐蔽数据速率。
• LACK方法利用延迟或丢失的音频包作为基于时间的隐蔽通信通道，实现可靠的数据传输，且不改变音频内容。
• 两种方法的总隐蔽容量在标准VoIP会话期间达到约1.5 kbps，证明了其实际可行性。
• 隐蔽通信技术未降低音频质量，因其在正常协议行为与网络抖动容忍范围内运行。
• 实验结果证实，两种方法均可在实时VoIP环境中实现，且无需对核心VoIP基础设施进行修改。
• 结果表明，这些隐蔽通信方法在传统加密可能引发怀疑的环境中具有实际应用潜力。