基于比特币区块链的隐蔽信息传输研究

doi:10.11959/j.issn.2096-109x.2021009

网络与信息安全学报 ›› 2021, Vol. 7 ›› Issue (1): 84-92.doi: 10.11959/j.issn.2096-109x.2021009

所属专题：区块链

基于比特币区块链的隐蔽信息传输研究

张涛, 伍前红, 唐宗勋

北京航空航天大学网络空间安全学院，北京 100191

修回日期:2020-07-02 出版日期:2021-02-15 发布日期:2021-02-01
作者简介:张涛（1991- ），男，甘肃平凉人，北京航空航天大学博士生，主要研究方向为区块链、网络信息安全。
伍前红（1973- ），男，四川资阳人，博士，北京航空航天大学教授、博士生导师，主要研究方向为密码学、数据安全、密码货币、区块链、云计算安全、智能安全。
唐宗勋（1996- ），男，安徽池州人，北京航空航天大学硕士生，主要研究方向为区块链、网络信息安全。
基金资助:
国家重点研发计划(2020YFB10056);国家重点研发计划(2019QY(Y)0602);国家重点研发计划(2017YFB1400700);国家重点研发计划(2017YFB0802500);国家自然科学基金(61932011);国家自然科学基金(61972019);国家自然科学基金(61772538);国家自然科学基金(61532021);国家自然科学基金(91646203);国家自然科学基金(61672083)

Bitcoin blockchain based information convert transmission

Tao ZHANG, Qianhong WU, Zongxun TANG

School of Cyber Science and Technology, Beihang University, Beijing 100191, China

Revised:2020-07-02 Online:2021-02-15 Published:2021-02-01
Supported by:
The National Key R＆D Program of China(2020YFB10056);The National Key R＆D Program of China(2019QY(Y)0602);The National Key R＆D Program of China(2017YFB1400700);The National Key R＆D Program of China(2017YFB0802500);The Natural Science Foundation of China(61932011);The Natural Science Foundation of China(61972019);The Natural Science Foundation of China(61772538);The Natural Science Foundation of China(61532021);The Natural Science Foundation of China(91646203);The Natural Science Foundation of China(61672083)

摘要/Abstract

摘要：

为满足机密信息高效、安全、隐蔽、稳定传输的需求，分析了比特币的交易数据结构及潜在隐蔽信道的位置和容量，提出了一种基于比特币区块链的存储隐蔽信道数据传输模型，可以在不破坏原有交易格式、不增加交易内容特殊性，克服现有网络环境下的隐蔽信道特性缺陷等弊端，保证数据不被检测，同时保护数据隐蔽传输的发送方和接收方。基于区块链的数据传输将成为数据隐蔽传输新的发展方向，对于推动特种应用安全传输技术的发展具有非常重要的意义。

关键词: 信息隐藏, 区块链, 比特币, 隐蔽信道, 隐蔽信息传输

Abstract:

To meet efficient, safe, covert and stable transmission of confidential information, the transaction data structures, location and capacity of potential convert channels were analyzed.Then a formal security model of covert transmission in the bitcoin blockchain environment was proposed, which would not break the transaction structures, add special transaction content, can overcome shortcomings of traditional convert channels and protect the anonymity of both sender and receiver.The proposed security model opens a promising avenue of covert transmission, which is of great significance to promote the secure transmission technologies for the national special applications.

Key words: information hiding, blockchain, bitcoin, convert channel, information covert transmission

中图分类号:

TP393

张涛, 伍前红, 唐宗勋. 基于比特币区块链的隐蔽信息传输研究[J]. 网络与信息安全学报, 2021, 7(1): 84-92.

Tao ZHANG, Qianhong WU, Zongxun TANG. Bitcoin blockchain based information convert transmission[J]. Chinese Journal of Network and Information Security, 2021, 7(1): 84-92.

图/表 8

图1

图2

表1

表2

表3

表4

表5

表6

参考文献 35

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字段名	字段名（英文）	大小	描述
版本	Version	4 byte	交易数据结构的版本号
交易输入	tx_in	大于41 byte	输入交易的数组，每个输入大于等于41 byte
交易输入数量	tx_in count	1~9 byte	输入交易的数量
输出	tx_out	大于9 byte	输出地址的数组，每个输入大于等于9 byte
交易输出数量	tx_out count	大于1 byte	交易输出地址的数量
锁定时间	lock_time	4 byte	一个unix时间戳或区块高度

字段名	字段名（英文）	大小	描述
前一个交易的输出哈希值	Hash	32 byte	关联输出所在的交易Hash地址
前一个交易的索引	Index	4 byte	关联输出在其交易输出集合中的索引
解锁脚本长度	scriptLen	1~9 byte（可变整数）	解锁脚本长度
解锁脚本	script bytes	变长	解锁脚本数据
序列号	sequence	4 byte	序列号，暂未使用

公钥脚本	公钥脚本格式	签名脚本格式
P2PKH	OP_DUP OP_HASH160 <PubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG	<sig> <pubkey>
P2SH	OP_HASH160 <Hash160(redeemScript)> OP_EQUAL	<sig>[sig][sig...]<redeemScript>
Multisig	<m> <A pubkey>[B pubkey][C pubkey...]<n> OP_CHECKMULTISIG	OP_0 <A sig>[B sig][C sig...]
Null Data	OP_RETURN <0 to 40 bytes of data>	—

字段名	字段名（英文）	大小	描述
交易值	value	8 byte	单位是聪，用聪表示比特币的值
锁定脚本长度	scriptLen	1~9 byte（可变整数）	用 byte表示后面的锁定脚本长度
锁定脚本数据	script bytes	可变长度	定义了支付输出所需条件的脚本

嵌入数据的字节数（比特数）	生成的ECDSA公私钥对数	账号存储所需存储空间
1（8 bit）	256	约20 kB
2（16 bit）	65 536	约6 MB
3（24 bit）	16 777 216	约1.5 GB

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隐蔽信道	隐蔽信道位置	容量
共享ECDSA私钥	—	32 byte/签名
序列号	—	4 byte/交易输入
交易面值	—	2 byte/交易输出
	P2PKH/P2SH 地址的哈希部分碰撞	20 byte/交易输出
解锁脚本	Nulldata脚本	不少于40 byte/交易

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