Covert communication model assisted by smart contracts

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2025040492

Journal of Computer Applications ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (4): 1182-1190.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2025040492

• Cyber security • Previous Articles

Covert communication model assisted by smart contracts

Wei SHE¹^,², Kong CHENG¹^,², Shuhui ZHANG¹^,², Jiawei MA¹^,², Chenhong QI³, Guangjun ZAI¹^,²()

^1.School of Cyber Science and Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450002，China
^2.Zhengzhou Key Laboratory of Blockchain and Data Intelligence，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450002，China
^3.Institute of Information Technology，China Railway Zhengzhou Bureau Group Company Limited，Zhengzhou Henan 450002，China

Received:2025-05-06 Revised:2025-07-15 Accepted:2025-07-17 Online:2026-04-21 Published:2026-04-10
Contact: Guangjun ZAI
About author:SHE Wei， born in 1977， Ph. D.， professor. His research interests include blockchain， information security， intelligent systems.
CHENG Kong， born in 2000， M. S. candidate. His research interests include blockchain covert communication， blockchain technology applications.
ZHANG Shuhui， born in 1999， M. S. candidate. Her research interests include blockchain， information security.
MA Jiawei， born in 2000， M. S. candidate. His research interests include blockchain， information security.
QI Chenhong， born in 1989， M. S.， senior engineer. Her research interests include data security management， data management， informatization project construction.
Supported by:
National Key Research and Development Program of China(31703-3);Science and Technology Research and Development Program of China Railway Zhengzhou Bureau Group Company Limited(RD2024W002)

智能合约辅助下的隐蔽通信模型

佘维¹^,², 程孔¹^,², 张淑慧¹^,², 马佳伟¹^,², 齐晨虹³, 宰光军¹^,²()

^1.郑州大学网络空间安全学院，郑州 450002
^2.郑州大学郑州市区块链与数据智能重点实验室，郑州 450002
^3.中国铁路郑州局集团有限公司信息技术所，郑州 450052

通讯作者: 宰光军
作者简介:佘维（1977—），男，湖南常德人，教授，博士，CCF会员，主要研究方向：区块链、信息安全、智能系统
程孔（2000—），男，湖南长沙人，硕士研究生，主要研究方向：区块链隐蔽通信、区块链技术应用
张淑慧（1999—），女，湖北襄阳人，硕士研究生，主要研究方向：区块链、信息安全
马佳伟（2000—），男，河南商丘人，硕士研究生，主要研究方向：区块链、信息安全
齐晨虹（1989—），女，河南郑州人，高级工程师，硕士，主要研究方向：数据安全管理、数据管理、信息化项目建设
基金资助:
国家重点研发计划项目(31703-3);中国铁路郑州局集团有限公司科技研究开发计划项目(RD2024W002)

Abstract

Abstract:

In view of the problems in the current trace-free blockchain covert communication technology， such as the single dimension of carrier embedding and the risk of network ecological pollution， a trace-free covert communication model based on smart contracts was proposed. The proposed model is composed of three algorithms to work together and is able to explore characteristics of the smart contract opcode sequence deeply. Firstly， the preprocessing algorithm was used by both communicating parties to reconstruct the contract opcode characteristics and construct a triplet feature sequence. Secondly， the binary-coded original message was concealed in the reconstructed sequence through the associated parameter-assisted mapping， so as to generate a binary random key used for transmission. And， the risk of key leakage in the transmission process was reduced effectively by combining the custom transmission protocol. Finally， the key was input into the reverse parsing algorithm by the receiver to realize the accurate restoration of the information. Experimental results show that the proposed model has an average embedding capacity of 5 042 bits per contract and an embedding efficiency of 6 MB/s， and the randomness of the generated key and the irrelevance of the generated key to the original information are proved by the National Institute of Standards and Technology （NIST） test and the mutual information test.

Key words: trace-free covert communication, smart contract, opcode, sequence feature reconstruction, randomness

摘要：

针对当前无痕区块链隐蔽通信技术存在的载体嵌入维度单一和网络生态污染风险等问题，提出一种基于智能合约的无痕隐蔽通信模型。该模型包含3种算法协同工作，可以深度挖掘智能合约操作码序列特征。首先，通信双方利用预处理算法重构合约操作码特征，构建三元组特征序列；其次，通过关联参数协助映射将二进制编码的原始消息隐写于重构序列中，产生可用于传输的二进制随机密钥，并结合自定义传输协议有效降低传输过程的密钥泄露风险；最后，接收方输入密钥逆向解析算法实现信息的精准还原。实验结果表明，所提模型具备每个合约平均5 042 bit的嵌入容量和6 MB/s的嵌入效率，并通过美国国家标准与技术研究院（NIST）测试与互信息量测试证明了所提模型生成密钥的随机性和生成的密钥与原始信息的无关联性。

关键词: 无痕隐蔽通信, 智能合约, 操作码, 序列特征重构, 随机性

CLC Number:

TP309.2

Wei SHE, Kong CHENG, Shuhui ZHANG, Jiawei MA, Chenhong QI, Guangjun ZAI. Covert communication model assisted by smart contracts[J]. Journal of Computer Applications, 2026, 46(4): 1182-1190.

佘维, 程孔, 张淑慧, 马佳伟, 齐晨虹, 宰光军. 智能合约辅助下的隐蔽通信模型[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2026, 46(4): 1182-1190.

Figures/Tables 15

Fig. 1 Application flow of TCCASC model

Tab. 1 Advantages and disadvantages of various blockchain covert communications

方法	类别	嵌入载体层次	优势	劣势
文献［4-5，10-12］方法	留痕	数据层	数据或身份的完整与隐蔽	线索挖掘风险、高交易成本
文献［6-9］方法	留痕	合约层	数据或身份的完整与隐蔽	线索挖掘风险、高交易成本
文献［13-15］方法	无痕	网络层	零成本、无线索、高安全	数据完整性需额外证明；可能破坏区块链网络生态

Fig. 2 Algorithm collaboration process

Tab. 2 Main symbols and their meanings of proposed algorithm

符号	含义及其描述
$o p s$	序列；从字节码中提取出的纯粹的操作码
$O P_t$	三元组；包含操作码与用来描述操作码的序列特征的另外两种元素
$O P_s$	序列；包含三元组中出现的所有操作码
$O P_r$	对OP_s随机化后的新序列
$O P_d i c t$	映射关系序列；其中单个二进制原始消息与单个三元组一一对应
$O P_m$	映射关系序列；OP_r中的元素及其首尾位置的映射
$k e y$	密钥，嵌入算法的输出、传输的内容、提取算法的输入；格式符合本文定义的传输协议格式

Tab. 2 Main symbols and their meanings of proposed algorithm

符号	含义及其描述
$o p s$	序列；从字节码中提取出的纯粹的操作码
$O P_t$	三元组；包含操作码与用来描述操作码的序列特征的另外两种元素
$O P_s$	序列；包含三元组中出现的所有操作码
$O P_r$	对OP_s随机化后的新序列
$O P_d i c t$	映射关系序列；其中单个二进制原始消息与单个三元组一一对应
$O P_m$	映射关系序列；OP_r中的元素及其首尾位置的映射
$k e y$	密钥，嵌入算法的输出、传输的内容、提取算法的输入；格式符合本文定义的传输协议格式

Tab. 3 Some preprocessing results

变量名称

变量值

o p s

［'PUSH1'，'PUSH1'，'PUSH1'，'DUP3'，'DUP3'，'DUP3'，'CODECOPY'，'DUP1'，'MLOAD'，'BYTE'，'PUSH1'，…，

'PUSH5'，'STOP'，'ADDMOD'，'EQ'，'STOP'，'CALLER'］

O P_t

［（'PUSH1'，3，1），（'DUP3'，3，1），（'CODECOPY'，1，1），（'DUP1'，1，1），（'MLOAD'，1，1），（'BYTE'，1，1），

（'PUSH1'，1，2），…，（'PUSH5'，1，13），（'STOP'，1，12），（'ADDMOD'，1，6），（'EQ'，1，46），（'STOP'，1，13）］

O P_r

［'SSTORE'，'SUB'，'SHA3'，'SWAP13'，'BYTE'，'PUSH26'，'PUSH18'，'DUP9'，'SWAP11'，'PUSH31'，…，'SWAP15'，

'PC'，'PUSH8'，'PUSH11'，'LOG4'，'CODECOPY'，'EXP'，'SWAP5'，'DUP12'］

Tab. 3 Some preprocessing results

变量名称

变量值

o p s

［'PUSH1'，'PUSH1'，'PUSH1'，'DUP3'，'DUP3'，'DUP3'，'CODECOPY'，'DUP1'，'MLOAD'，'BYTE'，'PUSH1'，…，

'PUSH5'，'STOP'，'ADDMOD'，'EQ'，'STOP'，'CALLER'］

O P_t

［（'PUSH1'，3，1），（'DUP3'，3，1），（'CODECOPY'，1，1），（'DUP1'，1，1），（'MLOAD'，1，1），（'BYTE'，1，1），

（'PUSH1'，1，2），…，（'PUSH5'，1，13），（'STOP'，1，12），（'ADDMOD'，1，6），（'EQ'，1，46），（'STOP'，1，13）］

O P_r

［'SSTORE'，'SUB'，'SHA3'，'SWAP13'，'BYTE'，'PUSH26'，'PUSH18'，'DUP9'，'SWAP11'，'PUSH31'，…，'SWAP15'，

'PC'，'PUSH8'，'PUSH11'，'LOG4'，'CODECOPY'，'EXP'，'SWAP5'，'DUP12'］

Tab. 4 Some embedding process results

变量名称

变量值

O P_d i c t

｛（'PUSH1'，3，1）：'0'，（'DUP3'，3，1）：'0'，（'CODECOPY'，1，1）：'1'，（'DUP1'，1，1）：'0'，（'MLOAD'，1，1）：'0'，

（'BYTE'，1，1）：'0'，…，（'PUSH3'，1，90）：'1'，（'DUP3'，1，39）：'0'，（'SLOAD'，1，7）：'1'，（'PUSH3'，1，91）：'1'，

（'JUMP'，1，72）：'1'，（'JUMPDEST'，1，90）：'0'｝

O P_m

｛'SSTORE'：（0，5），'SUB'：（5，17），'BYTE'：（17，25），'PUSH26'：（25，26），'SWAP11'：（26，27），'DUP13'：（27，28），

'PUSH32'：（28，49），…，'SWAP4'：（1 186，1 190），'PC'：（1 190，1 191），'PUSH8'：（1 191，1 192），'CODECOPY'：

（1 192，1 199），'SWAP5'：（1 199，1 200）｝

Tab. 4 Some embedding process results

变量名称

变量值

O P_d i c t

｛（'PUSH1'，3，1）：'0'，（'DUP3'，3，1）：'0'，（'CODECOPY'，1，1）：'1'，（'DUP1'，1，1）：'0'，（'MLOAD'，1，1）：'0'，

（'BYTE'，1，1）：'0'，…，（'PUSH3'，1，90）：'1'，（'DUP3'，1，39）：'0'，（'SLOAD'，1，7）：'1'，（'PUSH3'，1，91）：'1'，

（'JUMP'，1，72）：'1'，（'JUMPDEST'，1，90）：'0'｝

O P_m

｛'SSTORE'：（0，5），'SUB'：（5，17），'BYTE'：（17，25），'PUSH26'：（25，26），'SWAP11'：（26，27），'DUP13'：（27，28），

'PUSH32'：（28，49），…，'SWAP4'：（1 186，1 190），'PC'：（1 190，1 191），'PUSH8'：（1 191，1 192），'CODECOPY'：

（1 192，1 199），'SWAP5'：（1 199，1 200）｝

Fig. 3 Opcode frequency distribution

Fig. 4 Distribution of top 200 triplet frequencies

Fig. 5 Distribution of middle 200 triplet frequencies

Tab. 5 Capacity statistics of some smart contracts

序号	合约地址	操作码长度	载密容量/bit
0001	0x50d4dd8cf5b8b6aa5c7253a7fbb258717a10ae22	3 897	3 619
0004	0x4d0691f7e64560f81380148f3c716a80db1766bf	3 887	3 652
0024	0x69992cF0BFBE908b891BAda33350e3270b3C6776	9 521	9 000
1000	0x726CFE2bb4495c0CCB45F16fbD67Db8eB11766E6	7 915	7 561
2000	0x787695adf946b21e8093764925670b59a5e20a02	8 595	8 049

Fig. 6 Embedding and extraction efficiencies under different contracts

Tab. 6 Comparison of embedding strength and cost consumption of covert communication methods

方法	嵌入强度	是否链下存储扩展	费用消耗/美元
文献［7］方法	MB级	是	不少于单个交易费用
文献［13］方法	KB级	否	不少于单个交易费用
文献［14］方法	KB级	否	0
文献［15］方法	MB级	是	1.47（单个交易费用）
本文模型	MB级	否	0

Fig. 7 Test results for linear relationships

Fig. 8 Test results for discrete Fourier transform

Fig. 9 Test results for mutual information

References 20

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