CN103415007A - 一种基于信息隐藏的手机二维码安全使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于信息隐藏的手机二维码安全使用方法，随着信息技术与物联网技术的发展，人们对于便利、环保的二维码技术越来越重视，使用越来越广泛。然而传统的手机二维码缺乏必要的安全机制，使得只要拥有二维码的人均可使用，侵害了用户的个人信息的安全性。本发明基于信息隐藏技术，运用密码学理论和条形码技术，通过编码时嵌入用户秘密信息，解码时提取、运算并比对的方法，解决手机二维码的安全使用问题，防止信息的泄漏与盗用，保障了信息的完整性和保密性。该方法简单实用，在物联网技术逐步普及的当代，对信息的安全性起着重要作用。

Description

一种基于信息隐藏的手机二维码安全使用方法

技术领域

本发明属于物联网技术和信息安全技术的交叉领域。涉及信息隐藏技术、密码学理论和条形码技术，主要解决手机二维码的安全使用问题，在物联网技术逐步普及的当代，对信息的安全性起着重要作用。

 

背景技术

在信息化的时代，新技术、新设备让信息的表现形式多种多样，而信息的载体也在发生着变化，很早之前诞生的二维码技术最近几年在各个领域“开花结果”。二维码是用特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的矩形方阵记录数据符号信息的新一代条码技术，由一个二维码矩阵图形和一个二维码号，以及下方的说明文字组成。生活中，二维码的应用随处可见，地铁里面1号店商品广告的下方都伴有二维码，同时二维码在社交网络中也代表了个人的身份，乃至火车票的实名信息都采用二维码来识别。二维码作为一种全新的信息存储、传递和识别技术，它具有信息容量大、编码范围广、成本低、易制作、持久耐用、可引入加密措施、抗损毁能力和译码可靠性高的优势，得到许多国家的支持和重视，在很多领域得到应用。手机二维码计数将现代移动通信技术和二维码编码技术结合在一起，是二维码的新型使用方式，二维码与手机结合，为二维码带来了更广泛的应用。

手机二维码的应用有两种：主读与被读。所谓主读，就是使用者主动读取二维码，一般指手机安装扫码软件，对手机终端要求较高，既需要能拍照又要有识读软件（安装了识读软件的智能手机）。被读把传统信息的内容及持有者信息编码成为一个二维码图形，并通过短信、彩信等方式发送至用户的手机上，使用时，通过专用的读码设备对手机上显示的二维码图形进行识读验证即可。现在用的较多的是后者，因为它对手机要求较低，使用更为方便，只需要你的手机能够接收彩信（甚至是短信）即可。

手机二维码的使用，大大提高了人们生活的便利性。只需扫描二维码，即可了解用户所需要的信息，节省了很多中间环节，方便快捷。其作为电子回执使用尤为广泛，替代了原来的纸质回执省去物流费用，节能环保，提高了效率。

然而，手机二维码在给予我们方便的同时，也并非百利而无一弊。首先是信息泄露问题。二维码具有信息量大的特点，但这是一把双刃剑，我们通过二维码能够获得更多信息的同时，也有可能因为这个小小的二维码将自己的个人信息泄露。在前不久铁道部初期实行的二维码个人实名信息后，就存在着一定的弊端和漏洞，不法分子通过二维码识别后可以得知旅客的个人信息，如姓名、身份证和住址等等。其次是权益盗用问题隐藏于一些二维码应用中。据了解，今年下半年青岛机场就推出了二维码手机登机业务。“登机牌”将以二维码方式通过彩信发送至乘客手机，乘客直接通过刷手机上的二维码安检登机。广东电信天翼院线通为在线预订座位的用户提供二维码电子票，并且购票者到场时通过电影院安装的读卡器终端读出二维码电影票的具体信息，包括座位号等。有的岛城运营商跟大型商场合作，推出了二维码的电子优惠券，消费者商场购物时刷一下二维码就能享折扣。会议签到时，采用二维码的彩信发到参会用户手机上，会场签到时出示手机上的二维码，利用机器识别完成签到服务。在这些二维码的应用中，要能接收彩信的手机，都能接收到二维码，此时如果彩信被不法分子转发，则不法分子也可用二维码盗用他人身份进行登机、看电影、购物以及会议签到，严重侵犯了他人权益。

因此，在手机二维码便利我们生活的同时，如何解决好其安全使用的问题，保障信息的安全性至关重要。本发明采用基于信息隐藏的方法来解决二维码的安全使用问题。

 

发明内容

技术问题：本发明针对手机二维码使用的安全性问题，提出了一种简单易行的安全方案，即一种基于信息隐藏的手机二维码安全使用方法，利用数字图像信息隐藏技术在二维码编码时将秘密信息嵌入到生成的二维码图像中，实现手机二维码的安全使用。本方案能有效地防止二维码信息被盗用的情况，增强信息的安全性。

技术方案：本发明基于信息隐藏技术，通过二维条形码技术来对手机二维码的使用进行保护，防止信息盗用的情况，实现个人信息的有效、安全管理。本方案所包含的技术如下：

信息隐藏技术：是把机密信息隐藏在大量信息中不让对手发觉的一种方法。信息隐藏的方法主要有隐写术、数字水印技术、可视密码、潜信道、隐匿协议等等。

密码学：密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学。研究密码变化的客观规律，应用于编制密码以保守通信秘密的，称为编码学；应用于破译密码以获取通信情报的，称为破译学，总称密码学。

混乱：在加密变换的过程中明文、密钥以及密文之间的关系尽可能的复杂，以防密码破译者采用统计分析法进行破译攻击。

条形码技术：以实现快速、准确而可靠地采集数据、识别商品和自动读取商品相关信息为目的的一种自动识别技术。以下是其组件定义。

条形码(Barcode)：是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则

排列，用以表达一组信息的图形标识符。

校正图形：用于确定矩阵符号位置的一个固定的参照图像。

定位图形：深色与浅色模块交错的图形，用于确定符号中模块的坐标。

版本：用于表示符号规格的序列。

版本信息：包含有关符号版本信息及检错能力。

格式信息：包含符号使用的检错等级以及使用的掩膜图形的信息。

分隔符：用于将位置探测图形与符号的其余部分分开，全部由浅色模块组成，宽度为一个模块。

终止符：用于结束表示数据位流。

条码扫描器：条码阅读器是利用光电原理将条码信息转化为计算机可接受的信息的输入设备。常用于图书馆、医院、书店以及超级市场，作为快速登记或结算的一种输入手段，对商品外包装上或印刷品上的条码信息直接阅读，并输入到联机系统中。

 

方法流程

该安全方案的具体实现流程如下：

步骤1）用户输入秘密信息：在生成二维码图像之前，必须由用户输入秘密信息，并将该信息嵌入二维码图像中；

步骤2）数据分析：分析所输入的数据流，其中包含二维码本身的数据信息和用户所输入的秘密信息，根据数据流的类型和特点选择合适的编码方案，如数据流均由数字或字母组成时，选取简单的ASCII码；而当数据流中包含汉字、日文或特殊符号时，则选用GB2312来进行编码；

步骤3）数据编码：按照步骤2）所对应的编码方案将数据字符转换成二进制位流，将信息数据与秘密数据分开独立编码，编码将分别得到二进制数据信息和二进制秘密信息；

步骤4）数据预处理：在嵌入秘密信息之前，首先需要分别对编码产生的二进制数据信息和二进制秘密信息进行预处理；将二进制数据信息自上到下，从左到右依次排列形成一个                                               

阶方阵，末尾不够时补0，称为数据信息矩阵；然后将二进制秘密信息按同样方法排列形成一个

阶方阵，末尾不够时补0，称为秘密信息矩阵，其中

是

的因子，即能被

整除；通常情况下，二进制秘密信息较二进制数据信息短，

取大于0的正整数，

取

的正整数倍；

步骤5）秘密信息混乱处理：由于用户输入的秘密信息一般为常见，有生日、电话号码等，因此需要对生成的秘密信息矩阵进行处理以达到混乱的效果；首先随机生成一个同秘密矩阵相同大小的置换矩阵，置换矩阵中每一个元素表示原来该位上的元素被置换到元素的值所表示的位上；置换矩阵为，原秘密信息矩阵为

，经混乱处理后的秘密信息矩阵为

，其结果如下：

步骤6）嵌入秘密信息：为了防止盗用情况的发生，需要在二维码本身的数据信息中嵌入用户秘密信息，以保证二维码的保密性与安全性；二维码为二值图像，即所有的像素只能从0或1中取值，根据秘密信息矩阵的大小，首先将数据信息矩阵划按照自左向右、从上到下的次序分成块，每块均为

阶方阵，与秘密信息矩阵的大小相等；依次将自左向右、从上到下划分出的子块与步骤5）执行混乱处理后的秘密信息矩阵分别按位进行异或运算，得到各个子分块的信息码字矩阵；

步骤7）检错编码：为了防止不法分子窃取用户合法的二维码并加以篡改，需要一种检错机制，用来证明该二维码的完整性和可用性，运用矩阵移位的方法，对步骤6）中分块得到的各信息码字矩阵分别进行检错；将每个信息码字信息矩阵第一行循环右移一位，第二行循环右移两位，第三行循环右移三位，第四行又循环右移一位，依此类推，直至最后一行为止，此时得到其相应的检错矩阵，将该检错矩阵添加在相应信息码字矩阵之后，形成最终码字矩阵，包括信息码字和检错码字，最后将得到的各最终码字矩阵再按照自左向右、从上到下的次序排列在一起，形成整体的码字矩阵；

步骤8）完成图像：将步骤7）得到的码字矩阵按照步骤2）中选定的二维码的编码规则构成二维码图像，以彩信方式发送至用户手机；

步骤9）用户要使用该二维码时，由扫描器扫描整个图像区域；首先，提取并分离信息矩阵和检错矩阵，进行检错分析，将信息矩阵按步骤4）中随机生成的、与编码时完全相同的置换矩阵进行移位运算，若其结果与检错矩阵不相等，则说明该二维码已被篡改或损坏，不可使用；否则为完整、可用的二维码；若为完整、可用的二维码，则提示用户输入秘密信息，对该秘密信息进行处理，此处的混乱运算为步骤4）编码时混乱运算的逆置换；接下来将最终码字矩阵的每个子分块与秘密信息矩阵进行异或运算，得到最初的数据信息；只有当用户输入的秘密信息与所提取的秘密信息相符时，数据信息才正确，验证才能通过，二维码方可使用，否则，数据信息将为乱码，拒绝用户使用该二维码。

有益效果： 本发明提出的一种基于信息隐藏的二维码安全使用方法，该发明具有如下优点：

（1）该方法实实在在地解决了二维码使用中的安全性问题，防止了盗用、信息泄露或篡改等问题，保障了个人信息的安全。

（2）本方法结构体系简单明了，各模块分工明确，具有较强的实践性和可操作性。

（3）运用信息隐藏的方法，使不法分子无法察觉到秘密信息的存在，相对于简单的加密方法而言更为有效。

 

附图说明

图1 是用户信息输入模块，

图2 是手机二维码生成模块，

图3 是用户使用手机二维码和信息验证模块，

图4 是QR Code码，

图5 是QR Code码符号结构，

图6 是QR Code码符号字符布置图。

 

具体实施方式

在此将上述的二维码安全使用方案应用到日常生活中，由于现实中二维码种类很多，本发明选取具有代表性的QR Code码进行详细说明。A为普通用户，近期需要出差，在网上预订了一张机票。B为某航空公司的员工，在收到A的订单后返回A一个二维码作为凭证。C为机场工作人员，对A所持有的二维码进行验证。

将以此案例依据上述的方法流程来描述具体的实施步骤：

步骤1）A需要在某航空公司网站上预订一张机票，该航空公司采用手机二维码的方式向用户提供乘机凭证，为了安全起见，要求A输入秘密信息用于对该二维码凭证进行保护。于是，A在提供个人姓名、身份证号的同时附加上了个人秘密信息，为简化说明，假设数据信息为‘bcde’，秘密信息为‘a’。

步骤2) 员工B在收到A的订单时，对A提供的数据流进行分析，由于信息数据和秘密数据均由字母和数字组成，确定使用ASCII进行字符编码，即每个字符用8位二进制表示。

步骤3) 根据步骤2)中确定的二维码的各项信息，将姓名、身份证号、航班号、出发地点、到达地点、出发时间、到达时间等基本信息进行编码。本例中，‘bcde’的ASCII码为：0110 0010 0110 0011 0110 0100 0110 0101。同样，对用户输入的秘密信息也进行编码，‘a’ 的ASCII码为：0110 0001。

步骤4）数据预处理。在嵌入秘密信息之前首先分别对二进制数据信息和二进制秘密信息进行预处理，将其排列成矩阵形式。对于二进制数据信息，将其排列成

的方阵，由于本例中的数据为‘bcde’，其对应的二进制数据信息为32位，小于36位，因此不足位补0。预处理后生成的信息矩阵为：

对于二进制秘密信息，将其排列成的方阵，由于秘密信息‘a’所对于的二进制秘密信息为8位，不足的一位补0。预处理后的秘密矩阵为：

步骤5）秘密信息混乱处理。为了达到混乱的效果，再对步骤4）预处理过的秘密矩阵进行混乱处理，本发明中采用置换的方法，系统随机生成的置换矩阵为：

混乱处理后的秘密矩阵为：

    步骤6）嵌入秘密信息。预处理完成后，根据秘密矩阵的大小，将信息矩阵自左向右、从上到下分成4块，每块为一个的矩阵。然后将每一个子块分别与秘密信息矩阵进行异或运算，以第一个子块为例：

其余子块用类似的方法运算，得到各个子分块的信息码字矩阵分别为：

步骤7）将步骤6）的各个分块的码字信息矩阵运用移位的方法进行检错编码。将每个信息码字矩阵第一行循环右移一位，第二行循环右移两位，第三行循环右移三位，第四行又循环右移一位，依此类推，直至最后一行为止，此时得到其相应的检错矩阵。为方便说明，仍以第一个子块为例：

其余子块运用相同的运算方法，所得的每个检错矩阵分别为：

最后将所得的每一个检错矩阵添加在相应的子矩阵之后，并按照自左向右、从上到下的次序排列在一起，形成最终的码字矩阵。

步骤8）完成图像。将步骤7）得到的码字矩阵按照QR Code码的编码规则构成二维码图像，以彩信方式发送至用户手机。

步骤9）A收到手机二维码后，在飞机起飞前来到机场检票口。C对A所持有的手机二维码进行扫描验证。二维码扫描仪将扫描到的信息送至终端服务器。终端服务器进行有关数据处理并提示用户输入密码。A输入密码后，终端机将二维码信息和用户输入的密码信息发送给购票系统的网络数据处理服务中心，进行信息验证。此时B在C发来的二维码信息中首先提取并分离出信息码字矩阵与检错矩阵，按检错编码的过程分块检验信息码字矩阵，若其结果与检错矩阵不相等，则说明该二维码已被篡改或损坏，不可使用；否则为完整、可用的二维码。若为完整、可用的二维码，则将用户输入的密码信息进行预处理，此处的混乱运算为编码时混乱运算的逆置换。然后将最终码字矩阵的每个子块与秘密信息矩阵进行异或运算，得到最初的数据信息。若数据解码正确则返回正确的验证信息及订单信息，若解码后有乱码现象说明解码错误，返回错误的验证信息。C收到B返回的信息后，如果验证信息不对，则不允许A通过。若验证信息正确，则C进行订单信息、身份证等的核对。核对无误后C允许A通过。

Claims (1)

1.一种基于信息隐藏的手机二维码安全使用方法，其特征在于将信息隐藏技术和条形码技术应用于手机二维码，该发明的具体步骤如下：

步骤1）用户输入秘密信息：在生成二维码图像之前，必须由用户输入秘密信息，并将该信息嵌入二维码图像中；

步骤2）数据分析：分析所输入的数据流，其中包含二维码本身的数据信息和用户所输入的秘密信息，根据数据流的类型和特点选择合适的编码方案，如数据流均由数字或字母组成时，选取简单的ASCII码；而当数据流中包含汉字、日文或特殊符号时，则选用GB2312来进行编码；

步骤3）数据编码：按照步骤2）所对应的编码方案将数据字符转换成二进制位流，将信息数据与秘密数据分开独立编码，编码将分别得到二进制数据信息和二进制秘密信息；

步骤4）数据预处理：在嵌入秘密信息之前，首先需要分别对编码产生的二进制数据信息和二进制秘密信息进行预处理；将二进制数据信息自上到下，从左到右依次排列形成一个                                                

阶方阵，末尾不够时补0，称为数据信息矩阵；然后将二进制秘密信息按同样方法排列形成一个

阶方阵，末尾不够时补0，称为秘密信息矩阵，其中

是

的因子，即

能被

整除；通常情况下，二进制秘密信息较二进制数据信息短，取大于0的正整数，

取的正整数倍；

步骤5）秘密信息混乱处理：由于用户输入的秘密信息一般为常见，有生日、电话号码等，因此需要对生成的秘密信息矩阵进行处理以达到混乱的效果；首先随机生成一个同秘密矩阵相同大小的置换矩阵，置换矩阵中每一个元素表示原来该位上的元素被置换到元素的值所表示的位上；置换矩阵为

，原秘密信息矩阵为

，经混乱处理后的秘密信息矩阵为

，其结果如下：

步骤6）嵌入秘密信息：为了防止盗用情况的发生，需要在二维码本身的数据信息中嵌入用户秘密信息，以保证二维码的保密性与安全性；二维码为二值图像，即所有的像素只能从0或1中取值，根据秘密信息矩阵的大小，首先将数据信息矩阵划按照自左向右、从上到下的次序分成

块，每块均为

阶方阵，与秘密信息矩阵的大小相等；依次将自左向右、从上到下划分出的子块与步骤5）执行混乱处理后的秘密信息矩阵分别按位进行异或运算，得到各个子分块的信息码字矩阵；

步骤7）检错编码：为了防止不法分子窃取用户合法的二维码并加以篡改，需要一种检错机制，用来证明该二维码的完整性和可用性，运用矩阵移位的方法，对步骤6）中分块得到的各信息码字矩阵分别进行检错；将每个信息码字信息矩阵第一行循环右移一位，第二行循环右移两位，第三行循环右移三位，第四行又循环右移一位，依此类推，直至最后一行为止，此时得到其相应的检错矩阵，将该检错矩阵添加在相应信息码字矩阵之后，形成最终码字矩阵，包括信息码字和检错码字，最后将得到的各最终码字矩阵再按照自左向右、从上到下的次序排列在一起，形成整体的码字矩阵；

步骤8）完成图像：将步骤7）得到的码字矩阵按照步骤2）中选定的二维码的编码规则构成二维码图像，以彩信方式发送至用户手机；

步骤9）用户要使用该二维码时，由扫描器扫描整个图像区域；首先，提取并分离信息矩阵和检错矩阵，进行检错分析，将信息矩阵按步骤4）中随机生成的、与编码时完全相同的置换矩阵进行移位运算，若其结果与检错矩阵不相等，则说明该二维码已被篡改或损坏，不可使用；否则为完整、可用的二维码；若为完整、可用的二维码，则提示用户输入秘密信息，对该秘密信息进行处理，此处的混乱运算为步骤4）编码时混乱运算的逆置换；接下来将最终码字矩阵的每个子分块与秘密信息矩阵进行异或运算，得到最初的数据信息；只有当用户输入的秘密信息与所提取的秘密信息相符时，数据信息才正确，验证才能通过，二维码方可使用，否则，数据信息将为乱码，拒绝用户使用该二维码。

Images