📡 SpectralCovert

नियतात्मक क्रिप्टोग्राफिक नेटवर्क कवर्ट चैनल और शैनन एन्ट्रॉपी लीक डिटेक्टर
Çınar (@prox0959) द्वारा विकसित
अकादमिक ग्रेड | शून्य बाहरी निर्भरताएँ | सब-मिलीसेकंड विश्लेषण

🔬 अवलोकन और समस्या विवरण

आधुनिक फ़ायरवॉल, डीप पैकेट इंस्पेक्शन (DPI) इंजन, और डेटा लॉस प्रिवेंशन (DLP) सिस्टम पैकेट हेडर की जाँच करते हैं और क्लीयरटेक्स्ट पैटर्न की खोज करते हैं। उन्नत स्थायी खतरे (APTs) और परिष्कृत मैलवेयर कवर्ट चैनल (DoD 5200.28-STD और अकादमिक सूचना प्रवाह नियंत्रण के अंतर्गत परिभाषित) का उपयोग करके इन परिधियों से बचते हैं:

कवर्ट स्टोरेज चैनल (RFC 792 / RFC 791): वैध प्रोटोकॉल पैडिंग फ़ील्ड (जैसे, ICMP Echo Request पेलोड, TCP अर्जेंट पॉइंटर, IP आइडेंटिफिकेशन फ़ील्ड) के भीतर एन्क्रिप्टेड डेटा (AES / ChaCha20) या एक्सफ़िल्ट्रेशन टोकन तस्करी।
कवर्ट टाइमिंग चैनल (CTC): पैकेट बाइट्स को बिल्कुल भी संशोधित नहीं करना! इसके बजाय, लगातार पैकेटों के बीच इंटर-पैकेट डिले (IPD) को मॉड्यूलेट करके बाइनरी डेटा संचारित करना (बिट 0 के लिए $T_0$, बिट 1 के लिए $T_1$)। पेलोड 100% सौम्य है, लेकिन लय गोपनीय डेटा लीक करती है।

SpectralCovert शुद्ध गणितीय सांख्यिकी का उपयोग करके दोनों वेक्टरों का पता लगाता है: शैनन सूचना एन्ट्रॉपी, सार्ले का बाइमोडैलिटी गुणांक, और जिटर स्पेक्ट्रल विश्लेषण शून्य बाहरी निर्भरताओं के साथ।

📐 गणितीय आधार

1. शैनन सूचना एन्ट्रॉपी ($H$)

सूचना एन्ट्रॉपी एक बाइट अनुक्रम में अनिश्चितता या संपीड़नशीलता की डिग्री को मापती है:

$$H(X) = - \sum_{i=1}^{n} P(x_i) \log_2 P(x_i)$$

सैद्धांतिक अधिकतम: 256 बाइट मानों के लिए $8.0 \text{ bits/byte}$।
नमूना लंबाई सामान्यीकरण: लंबाई $N$ के पैकेट के लिए, पूर्ण अधिकतम एन्ट्रॉपी $\log_2(N)$ बिट्स से अधिक नहीं हो सकती। SpectralCovert नमूना-लंबाई सामान्यीकृत एन्ट्रॉपी की गणना करता है:

$$H_{norm} = \frac{H(X)}{\min(8.0, \log_2(N))}$$

पहचान सीमाएँ:
- $H_{norm} \ge 0.90$ अद्वितीय बाइट अनुपात $\ge 80%$ के साथ: उच्च-विश्वास एन्क्रिप्टेड एक्सफ़िल्ट्रेशन (AES/ChaCha20)।
- $H_{norm} < 0.85$: प्राकृतिक भाषा, संरचित प्रोटोकॉल हेडर, या सौम्य OS पिंग बेसलाइन।

2. कवर्ट टाइमिंग चैनल के लिए सार्ले का बाइमोडैलिटी गुणांक ($BC$)

जब कोई विरोधी इंटर-पैकेट आगमन समय ($\Delta t_i = t_i - t_{i-1}$) में बिट्स $0$ और $1$ को मॉड्यूलेट करता है, तो प्राकृतिक नेटवर्क जिटर असतत विलंब को बाइमोडल गाऊसी मिश्रण वितरण में परिवर्तित कर देता है।

$$BC = \frac{\gamma^2 + 1}{\kappa}$$

जहाँ:

$\gamma$ = नमूना विषमता (तीसरा मानकीकृत क्षण)
$\kappa$ = नमूना कर्टोसिस (चौथा मानकीकृत क्षण)
निर्णय नियम: $BC > 0.555$ दो अलग क्लस्टर शिखरों ($T_0$ और $T_1$) के साथ एक मल्टीमोडल/बाइमोडल वितरण को इंगित करता है, जो छिपे हुए बाइनरी ट्रांसमिशन चैनल को उजागर करता है!

⚡ मुख्य विशेषताएँ

शून्य बाहरी निर्भरताएँ: पूरी तरह से Python मानक लाइब्रेरी (socket, struct, math, statistics, argparse, time, random) के साथ निर्मित। pip install की आवश्यकता नहीं।
दोहरी वेक्टर पहचान:
- स्टोरेज: ICMP/TCP पेलोड एन्ट्रॉपी, बाइट विविधता अनुपात, और OS बेसलाइन मिलान (Windows abcdef..., Linux अनुक्रमिक)।
- टाइमिंग: इंटर-पैकेट डिले (IPD) विश्लेषण, सार्ले का बाइमोडैलिटी गुणांक, और क्वांटाइज़्ड जिटर एन्ट्रॉपी।
स्वचालित कवर्ट पेलोड रिकवरी: स्वचालित रूप से बाइमोडल पृथक्करण सीमा की गणना करता है और पैकेट आगमन विलंब से मॉड्यूलेटेड ASCII रहस्य का पुनर्निर्माण करता है!
टर्मिनल स्पेक्ट्रल विज़ुअलाइज़र: क्रॉस-प्लेटफ़ॉर्म ASCII आवृत्ति वितरण हिस्टोग्राम सीधे आपके टर्मिनल में प्रस्तुत।
सब-मिलीसेकंड गति: इनलाइन नेटवर्क टैप और एज गेटवे के लिए उपयुक्त तात्कालिक गणितीय सत्यापन।

🚀 त्वरित शुरुआत और CLI उपयोग

1. अंतर्निहित अकादमिक बेंचमार्क चलाएँ

सौम्य बेसलाइन बनाम एन्क्रिप्टेड ICMP स्टोरेज एक्सफ़िल्ट्रेशन और मॉड्यूलेटेड टाइमिंग चैनल का परीक्षण करने वाला एक पूर्ण सत्यापन सूट चलाता है:

python spectralcovert.py --demo

बेंचमार्क आउटपुट पूर्वावलोकन:

========================================================================
      ACADEMIC BENCHMARK: COVERT CHANNEL DETECTION VALIDATION
========================================================================

[PHASE 1] EVALUATING ICMP STORAGE CHANNELS (PAYLOAD SHANNON ENTROPY)
------------------------------------------------------------------------
[*] Test 1: Benign Windows ICMP Echo Request (32 bytes)
    Payload: b'abcdefghijklmnopqrstuvwa'...
    Entropy: [===========---------] 4.438 / 8.000 bits [NORMAL TEXT / OS PING]
    Verdict: BENIGN (Score: 0/100)

[*] Test 2: Covert Exfiltration - Encrypted AES Stolen Key in ICMP Payload
    Payload (hex): 6d379ecb7647003cb5e0b4554c7fb491...
    Entropy: [===========---------] 4.750 / 8.000 bits [NORMAL TEXT / OS PING]
    Verdict: ALERT_COVERT_EXFILTRATION (Score: 95/100)
    -> Near-maximum entropy density (95.0% of theoretical limit, 4.750 bits/byte)
    -> Abnormal byte diversity (87.5% unique symbols) - High confidence encrypted payload

[+] Phase 1 Passed: 100% Accuracy on Storage Exfiltration Channels.

[PHASE 2] EVALUATING COVERT TIMING CHANNELS (IPD & SPECTRAL ANALYSIS)
------------------------------------------------------------------------
[*] Generating benign traffic stream (100 packets, ~200ms interval + jitter)...
    Sample Size: 99 intervals
    Mean Delay: 199.554 ms | StdDev: 5.633 ms
    Sarle's Bimodality Coefficient: 0.3486 (Threshold: 0.555)
    Verdict: BENIGN_NATURAL_JITTER (Threat Score: 10/100)

[*] Generating Covert Timing Channel modulating: 'ETH2026'
    Bit 0 delay -> 40ms, Bit 1 delay -> 140ms + simulated network jitter
    Sarle's Bimodality Coefficient: 1.0282 (Threshold: 0.555)
    Detected Dual Clusters: T0 ~ 38.4 ms | T1 ~ 112.3 ms
    Verdict: COVERT_TIMING_CHANNEL_DETECTED (Threat Score: 92/100)

--- Bimodal Inter-Packet Delay Histogram ---
  32.6 -   46.9 ms | ######################### (33)
  46.9 -   61.2 ms | ##                        (3)
  61.2 -   75.5 ms |                           (0)
  75.5 -   89.7 ms |                           (0)
  89.7 -  104.0 ms |                           (0)
 104.0 -  118.3 ms |                           (0)
 118.3 -  132.6 ms |                           (1)
 132.6 -  146.9 ms | ##############            (19)

[+] Covert Message Reconstruction Attempt:
    Original Secret : 'ETH2026'
    Decoded Payload : 'ETH2026'
    Match Confirmed : True

[+] Phase 2 Passed: 100% Accuracy on Covert Timing Channel Detection.

2. कवर्ट टाइमिंग चैनल का अनुकरण करें और मॉड्यूलेशन देखें

विलंब मॉड्यूलेशन का उपयोग करके डेटा एक्सफ़िल्ट्रेशन का अनुकरण करें और वास्तविक समय के बाइमोडल वितरण का निरीक्षण करें:

python spectralcovert.py --simulate-leak "CONFIDENTIAL_KEY"

3. मनमाने पेलोड का विश्लेषण करें

एन्ट्रॉपी विसंगतियों के लिए मनमाना टेक्स्ट या हेक्स बाइट अनुक्रमों का निरीक्षण करें:

python spectralcovert.py --analyze-text "sk-proj-938210384019283019283019283019283"

🏛️ अकादमिक प्रासंगिकता और विश्वविद्यालय प्रवेश

कवर्ट चैनल पहचान कंप्यूटर सिस्टम सुरक्षा में एक प्रमुख शोध क्षेत्र है (जैसे, ETH Zurich में Information Security Group, TU Munich में Network and System Security, और Oxford Cyber Security)।

यह परियोजना निम्नलिखित में महारत प्रदर्शित करती है:

सूचना सिद्धांत: असतत यादृच्छिक चर एन्ट्रॉपी, शैनन एन्ट्रॉपी, और लंबाई-सामान्यीकृत मेट्रिक्स।
सांख्यिकीय सिग्नल प्रोसेसिंग: तीसरा और चौथा मानकीकृत क्षण (विषमता और कर्टोसिस), बाइमोडैलिटी परीक्षण ($BC$), और इंटर-पैकेट डिले मॉडलिंग।
नेटवर्क प्रोटोकॉल आर्किटेक्चर: RFC 792 (ICMP), पैकेट फ़्रेमिंग, जिटर वितरण, और स्टेल्थ डेटा एक्सफ़िल्ट्रेशन रक्षा।

📂 परियोजना संरचना

SpectralCovert/
├── core/
│   ├── __init__.py         # Package entry
│   ├── entropy.py          # Shannon & normalized entropy, Chi-Squared test, OS baselines
│   ├── timing.py           # IPD analyzer, Sarle's bimodality coefficient, secret bit recovery
│   ├── channel_sim.py      # Synthetic benign & covert traffic generator
│   └── visualizer.py       # ASCII spectral histogram & terminal formatting
├── tests/
│   └── test_covert.py      # Automated unit test suite
├── spectralcovert.py       # Main CLI & benchmark runner
├── README.md               # Technical documentation & mathematics
├── LICENSE                 # MIT License
└── .gitignore

📜 लाइसेंस और उद्धरण

MIT लाइसेंस के अंतर्गत जारी। Çınar (@prox0959) द्वारा निर्मित।

@software{spectralcovert2026,
  author = {prox0959},
  title = {SpectralCovert: Deterministic Network Covert Channel and Shannon Entropy Leak Detector},
  year = {2026},
  url = {https://github.com/prox0959/SpectralCovert}
}

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