基于船载硬件网关的流媒体防劫持本地环回审计方法及系统与流程

本发明涉及网络安全与流媒体防作弊，尤其涉及一种在远洋船舶离线或无互联网环境下，基于船载硬件网关对流媒体视频流进行防劫持本地环回审计的方法及系统。

背景技术：

1、随着远程教育、在线考试、远程身份核验等业务在远洋船舶上的普及，如何确保船员在离线环境下参加考试或培训时的身份真实性，防止替考、刷脸作弊等行为，成为亟待解决的问题。

2、现有技术中，防作弊方案多依赖于软件层面的防护措施，例如：在操作系统层面禁用虚拟摄像头驱动、在浏览器层面拦截api调用、或在应用层进行日志对账等。然而，这些方案存在明显的物理安全漏洞：攻击者可以在本地操作系统安装虚拟摄像头驱动（如obs）、篡改浏览器api接口或截获网络层视频流，从而注入预先录制的伪造视频，欺骗前端在线考试或培训系统。由于远洋船舶长期处于无互联网或弱网环境，事后软件对账机制难以实时生效，一旦视频流被劫持，将无法确保采集到的流媒体数据具有不可伪造的物理真实性。

3、因此，亟需一种能够在离线环境下提供硬件级安全保障的流媒体防劫持审计方案。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于船载硬件网关的流媒体防劫持本地环回审计方法及系统，以实现从网络层和硬件层双重保障流媒体数据的真实性和不可篡改性。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供一种基于船载硬件网关的流媒体防劫持本地环回审计方法，包括以下步骤：

4、步骤s1，船载硬件网关拦截终端设备发起的流媒体请求，并在局域网内执行路由重定向，将所述流媒体请求对应的视频流强制路由至所述船载硬件网关的内部处理模块；

5、步骤s2，所述船载硬件网关获取当前物理时空数据，并使用所述船载硬件网关内置的非对称私钥对所述物理时空数据进行签名，生成数字水印特征码；

6、步骤s3，所述船载硬件网关将所述数字水印特征码以及所述物理时空数据嵌入到所述视频流的每一帧图像的变换域系数中，得到带水印视频流；

7、步骤s4，所述船载硬件网关将所述带水印视频流通过局域网环回发送至所述终端设备上的目标应用服务器；

8、步骤s5，所述目标应用服务器从接收到的带水印视频流中提取所述数字水印特征码以及所述物理时空数据，并使用预先存储的所述船载硬件网关的公钥，以所述物理时空数据为消息、以所述数字水印特征码为签名进行验签，并将验签结果发送至所述船载硬件网关；

9、步骤s6，所述船载硬件网关接收到验签失败的结果后，判定发生劫持攻击，触发网络层物理通道阻断操作，强制中断所述终端设备的网络连接。

10、进一步的，步骤s2中所述物理时空数据至少包括：当前绝对时间、地理位置坐标以及所述船载硬件网关的硬件标识符。

11、进一步的，所述地理位置坐标通过多星座全球导航卫星系统gnss芯片获取，所述多星座gnss芯片同时支持gps、北斗和glonass信号接收。

12、进一步的，当所述多星座gnss芯片无法获取有效卫星信号时，所述船载硬件网关自动切换至降维容错模式：

13、读取所述船载硬件网关内置的高精度温补晶振实时时钟rtc获取当前时间；

14、从船舶骨干网nmea2000总线中实时获取航向信标数据和计程仪航速数据；

15、通过航位推算法动态估算当前的地理坐标，作为所述地理位置坐标的替代值。

16、进一步的，步骤s3中所述变换域系数为离散余弦变换dct的中频系数。

17、进一步的，步骤s6中所述网络层物理通道阻断操作具体包括：

18、所述船载硬件网关的防火墙内核销毁所述终端设备的所有内部网络通信套接字；和/或

19、所述船载硬件网关向所述终端设备持续发送硬件级tcp复位报文，强制断开网络连接。

20、进一步的，该方法还包括步骤s7：对于验签通过的带水印视频流，所述船载硬件网关将其水印哈希摘要打包成加密审计包，待网络恢复后异步上传至岸基服务器。

21、另一方面，本发明提供一种基于船载硬件网关的流媒体防劫持本地环回审计系统，包括船载硬件网关和目标应用服务器；所述船载硬件网关部署于船舶局域网中，作为路由控制节点；所述目标应用服务器部署于所述终端设备上；其中，

22、所述船载硬件网关，包括：

23、路由重定向模块，用于拦截终端设备发起的流媒体请求，并将对应的视频流强制路由至内部处理模块；

24、物理时空数据获取模块，用于获取当前物理时空数据；

25、非对称密钥存储模块，用于存储所述船载硬件网关的非对称私钥和公钥；

26、水印生成模块，用于使用所述非对称私钥对所述物理时空数据进行签名，生成数字水印特征码；

27、水印嵌入模块，用于将所述数字水印特征码以及所述物理时空数据嵌入到所述视频流的每一帧图像的变换域系数中，得到带水印视频流；

28、环回发送模块，用于将所述带水印视频流通过局域网环回发送至所述终端设备上的目标应用服务器；

29、网络阻断模块，用于在接收到验签失败信号时，触发网络层物理通道阻断操作，强制中断所述终端设备的网络连接；

30、所述目标应用服务器，包括：

31、公钥存储模块，用于预先获取并存储所述船载硬件网关的公钥；

32、水印提取模块，用于从接收到的带水印视频流中提取所述数字水印特征码以及所述物理时空数据；

33、验签模块，用于使用预先存储的所述船载硬件网关的公钥，以所述物理时空数据为消息、以所述数字水印特征码为签名进行验签，并将验签结果发送至所述船载硬件网关的网络阻断模块。

34、进一步的，所述物理时空数据获取模块包括多星座gnss芯片，所述多星座gnss芯片同时支持gps、北斗和glonass信号接收；并且所述物理时空数据获取模块还包括降维容错单元，用于在所述多星座gnss芯片无法获取有效卫星信号时，读取所述船载硬件网关内置的高精度温补晶振rtc时钟，并从船舶骨干网nmea2000总线中获取航向信标数据和计程仪航速数据，通过航位推算法动态估算当前地理坐标。

35、进一步的，所述网络阻断模块具体用于：通过防火墙内核销毁所述终端设备的所有内部网络通信套接字，和/或向所述终端设备持续发送硬件级tcp复位报文。

36、进一步的，所述船载硬件网关还包括审计打包模块，用于对验签通过的带水印视频流的水印哈希摘要进行加密打包，生成加密审计包，并待网络恢复后异步上传至岸基服务器。

37、本发明的有益效果是：

38、从根本上杜绝软件层篡改：通过网关在网络层强制接管视频流，并直接在硬件层嵌入基于私钥签名的水印，使得任何试图通过软件伪造或替换视频流的行为，都无法生成合法的数字签名，从而被公钥验签过程轻松识破。

39、提供不可伪造的物理真实性证据：水印包含与物理世界（时间、位置）强相关的信息，且由硬件私钥签名，私钥受硬件保护无法被窃取。这为远洋合规审计提供了终极的、不可抵赖的证据链。

40、实现实时网络阻断与事后追溯的结合：系统既能通过“tcp rst报文/销毁socket”机制在网络层面实时、强硬地阻断作弊行为，又能通过异步对账机制，在事后提供完整的、不可篡改的审计证据包，实现了全生命周期的安全防护。

41、具备极高的环境适应性与鲁棒性：通过引入多星座gnss芯片和航位推算法容错机制，系统即使在gps信号完全丢失的极端情况下也能稳定运行，极大增强了其在复杂远洋环境下的可靠性和实用性。