CN104598801B - 一种基于算法重构的动态二维码生成方法 - Google Patents

一种基于算法重构的动态二维码生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于算法重构的动态二维码生成方法，包括步骤：S1服务器生成与用户信息唯一关联的密钥参数并存储；S2第一客户端发送所述用户信息和第一信息至所述服务器；S3所述服务器根据所述用户信息调用唯一关联的所述密钥参数，并结合所述密钥参数生成第一算法；S4所述服务器根据所述第一算法将所述第一信息转换成第二信息；S5所述服务器将所述第二信息转换成二维码图像发送至第一客户端并显示。本发明通过对二维码数据码编码算法和解码算法重构，使二维码处于动态变换之中，保证了二维码在使用过程中的安全性。

Description

一种基于算法重构的动态二维码生成方法
技术领域
本发明涉及信息安全领域，尤其涉及一种动态二维码生成方法。
背景技术
二维码又称QR Code，QR全称Quick Response，是一个近几年来移动设备上超流行的一种编码方式，它比传统的Bar Code条形码能存更多的信息，也能表示更多的数据类型：比如：字符，数字，日文，中文等等。
二维码，是用某种特定的几何图形按一定规律在平面分布的黑白相间的图形记录数据符号信息，在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。
随着二维码使用越来越广泛，二维码自身存在的安全问题已逐渐体现,其中，较为突出的一个安全隐患就是二维码可以被复制、拍照、截图等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于算法重构的动态二维码生成方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于算法重构的动态二维码生成方法，包括步骤：
S1服务器生成与用户信息唯一关联的密钥参数并存储；
S2第一客户端发送所述用户信息和第一信息至所述服务器；
S3所述服务器根据所述用户信息调用唯一关联的所述密钥参数，并结合所述密钥参数生成第一算法；
S4所述服务器根据所述第一算法将所述第一信息转换成第二信息；
S5所述服务器将所述第二信息转换成二维码图像发送至第一客户端并显示。
本发明结合sotp(strong one time password，增强型动态口令)技术将二维码数据码编码算法与数据码解码算法进行重构，使二维码处于动态变换之中，其中作为要素参与算法重构的密钥参数为sotp算法生成。由于获取的用户信息的唯一性，因而根据该用户信息生成密钥参数是唯一且不可预见的，这样就确保了每个用户对应的重构后的二维码编码及数据码解码算法都不相同，因而算法的安全性大大提高，难以破译。因此保证了二维码在生成和使用过程中的安全性。
本发明中的sotp算法详细说明如下：
sotp算法分三个阶段实现：初始注册阶段、认证阶段和会话阶段。
1、注册过程
用户在使用本方案前必须在安全环境下向服务器进行注册，以完成初始化操作。客户端(记为U)根据用户标识(记为uid)和密码口令(记为pw)计算H(pw)(H为安全单向的散列函数，本方案采用的是SHA1算法)，服务器(记为S)为U产生一组随机密钥(记为k和k’)，并将其与加密算法(记为E)结合，生成一个与密钥k相关的加密函数(记为Ek)，与解密算法(记为D)结合，生成一个与密钥k’相关的解密函数(记为Dk’)。S存储E、D、k、k’、uid和H(pw)，U存储Ek、Dk’。此外，系统还需要一个公用的交易数据加密算法(记为e)及对应的解密算法(记为d)(本方案采用的公用加密和解密算法为是AES-128)。
2、登录认证过程
本方案的第i次身份认证过程如下所示。
第一步：客户端(U)。
用户输入uid和pw，选取U当前的时间Tui，用Ek加密Tui，即Ek(Ek(Tui)⊕H(pw))；
将uid和Ek(Ek(Tui)⊕H(pw))发送给S。
第二步：服务器端(S)。
S收到uid和Ek(Ek(Tui)⊕H(pw))后，判断uid∈List(List为S存放的用户标识的列表)；
如果uid∈List，说明此用户为合法用户，完成初步认证，否则S终止与U的会话；
选取S当前的时间Tsi，用E和k’加密Tsi即Ek’(Tsi)；
用D和k解密收到的Ek(Ek(Tui)⊕H(pw))，得到Ek(Tui)⊕H(pw)，再把结果⊕H(pw)，得到Ek(Tui)，最后Dk(Ek(Tui))，得到Tui。计算Tsi与Tui之间的时间差，如果在10分钟以内(这是一个例子，也可以是一分钟，视网络延时而定，系统可以设置)，则“服务器对客户端认证成功”，否则S断开与U的会话。
将Ek(Tui)取反(比特顺序和比特极性)得到E’k(Tui)，用E和k加密Ek(Tui)和E’k(Tui)，得到本次通联的会话密钥Ki＝Ek(Ek(Tui))+Ek(E’k(Tui))(为了将64比特扩展为128比特)。
将Ek’(Tsi)发送给U。
第三步：客户端(U)。
U用Dk’解密Ek’(Tsi)，即Dk’(Ek’(Tsi))，得到Tsi，计算Tsi与Tui之间的时间差，如果在10分钟以内，则“客户端对服务器认证成功”，否则U断开与S的会话。
将Ek(Tui)取反得到E’k(Tui)，用Ek加密Ek(Tui)和E’k(Tui)，得到本次通联的会话密钥(记为Ki)，Ki＝Ek(Ek(Tui))+Ek(E’k(Tui))。
3、会话过程
此后服务器和客户端之间的每个会话数据包均使用会话密钥Ki加密保护，并用H进行完整性校验。
设会话内容为M，则会话数据包格式为：eKi(M)+H(M)，收到对方的会话数据包后，先解密dKi(eKi(M))，得到M，再计算H(M)，将其与跟在数据包后面的H(M)比较，如果相同，说明数据包合法，否则终止会话。
以上为本发明中sotp算法的详细说明。
进一步优选地，所述服务器存储有sotp算法、所述数据码编码算法、数据码解码算法以及第一算法。
进一步优选地，所述密钥参数由所述服务器根据所述sotp算法结合所述用户信息生成。
本发明中通过sotp算法生成密钥参数，sotp算法将算法和密钥种子融合，使得每个用户的算法都不一样，生成的密钥参数与每个用户唯一关联，具有更高的安全性。
进一步优选地，所述第一算法由所述服务器结合所述密钥参数和所述数据码编码算法生成。
进一步优选地，在步骤S1之前还包括，所述服务器结合所述密钥参数和所述数据码解码算法生成第二算法发送至第二客户端。
本发明通过对数据码编码算法和数据码解码算法进行重构，生成的第一算法和第二算法复杂度提高，使得二维码即使被复制拍照也难以被破译，具有更高的安全性。
进一步优选地，所述服务器结合所述密钥参数生成所述第一算法，至少包括以下一个步骤：
根据所述密钥参数确定所述第一算法的索引值；
根据所述密钥参数确定所述第一算法的运算参数。
本发明通过动态的密钥参数来重构二维码的数据码编码算法和相应的数据码解码算法，使二维码处于动态变换中，提高了二维码的安全性。
进一步优选地，步骤5还包括，所述服务器发送所述密钥参数至第二客户端。
进一步优选地，在步骤5之后，还包括：
所述第二客户端扫描所述二维码图像并转换成第三信息；
根据所述密钥参数调用唯一关联的第二算法将所述第三信息转换成第四信息。
进一步优选地，所述第二客户端存储有所述第二算法。
本发明将二维码编码方法与sotp算法技术相结合，使二维码处于动态变换之中，保证了二维码在使用过程中的安全性。与现有技术相比，本发明的有益效果是：二维码处于动态变换之中，并根据用户的不同，采用的数据码编码算法不同，增强了二维码的复杂度而难以破译，大大提高了安全性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1为本发明一种基于算法重构的动态二维码生成方法步骤流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种基于算法重构的动态二维码生成方法步骤流程图，作为本发明的一个具体实施例，如图1所示，一种基于算法重构的动态二维码生成方法，包括步骤：
S1服务器生成与用户信息唯一关联的密钥参数并存储；
S2第一客户端发送用户信息和第一信息至服务器；
S3服务器根据用户信息调用唯一关联的密钥参数，并结合密钥参数生成第一算法；
S4服务器根据第一算法将第一信息转换成第二信息；
S5服务器将第二信息转换成二维码图像发送至第一客户端并显示。
具体的，本实施例中，用户信息包括用户名、用户密码。第一信息为用于生成二维码图像的原始数据。密钥参数为随机产生的六位数，本发明采用sotp算法结合用户信息生成动态密钥参数，并将用户信息与密钥参数进行关联。通过用户信息可调用唯一关联的密钥参数。
本发明结合sotp技术将二维码数据码编码算法与数据码解码算法进行重构，使二维码处于动态变换之中，其中作为要素参与算法重构的密钥参数为sotp算法生成。由于获取的用户信息的唯一性，因而根据该用户信息生成密钥参数是唯一且不可预见的，这样就确保了每个用户对应的重构后的二维码编码及数据码解码算法都不相同，因而算法的安全性大大提高，难以破译。因此保证了二维码在生成和使用过程中的安全性。
对上述实施例进行改进，服务器存储有sotp算法、数据码编码算法、数据码解码算法以及第一算法。
具体的，sotp算法用于生成参与重构算法的密钥参数，本发明中通过sotp算法生成密钥参数，sotp算法将算法和密钥种子融合，使得每个用户的算法都不一样，生成的密钥参数与每个用户唯一关联，具有更高的安全性。
本发明中的数据码编码算法为QR(Quick Response，快速反应)Code的Alphanumeric mode(字母数字模式)字符数据码编码算法。
Alphanumeric mode字符编码，包括0-9，大写的A到Z(没有小写)，以及符号$％*+-./：包括空格。这些字符会映射成一个字符索引表，如下图所示，其中的SP是空格，Char是字符，Value是其索引值。
编码的过程是把字符两两分组，然后转成下表的45进制，然后转成11bits的二进制，如果最后有一个落单的，那就转成6bits的二进制。而编码模式和字符的个数需要根据不同的Version尺寸编成9，11或13个二进制。
Char. Value Char. Value Char. Value Char. Value Char. Value Char. Value Char. Value Char. Value
0 0 6 6 C 12 I 18 O 24 U 30 SP 36 . 42
1 1 7 7 D 13 J 19 P 25 V 31 $ 37 / 43
2 2 8 8 E 14 K 20 Q 26 W 32 ％ 38 ： 44
3 3 9 9 F 15 L 21 R 27 X 33 * 39
4 4 A 10 G 16 M 22 S 28 Y 34 + 40
5 5 B 11 H 17 N 23 T 29 Z 35 - 41
具体的，下面举出具体实例。
在Version 1的尺寸下，纠错级别为H的情况下，第一信息为：AC-42
1.从字符索引表中找到AC-42这五个字条的索引(10，12，41，4，2)
2.两两分组：(10，12)(41，4)(2)
3.把每一组转成11bits的二进制：
(10，12)10*45+12等于462转成00111001110
(41，4)41*45+4等于1849转成11100111001
(2)等于2转成000010
4.把这些二进制连接起来：00111001110 11100111001 000010
5.把字符的个数转成二进制(Version 1-H为9bits):5个字符，5转成000000101
6.在头上加上编码标识0010和第5步的个数编码:0010 0000001010011100111011100111001 000010
以上为QR(Quick Response，快速反应)Code的Alphanumeric mode(字母数字模式)字符数据码编码过程简介。本发明中的数据码解码算法为Alphanumeric mode(字母数字模式)字符数据码编码算法的逆运算。
具体的，步骤S3中服务器根据用户信息调用唯一关联的密钥参数，并结合密钥参数对数据码编码算法进行重构，生成第一算法。
在步骤S1之前还包括，服务器结合密钥参数和数据码解码算法生成第二算法发送至第二客户端。
第二客户端为手机或平板电脑等具有扫描二维码图像功能的移动设备。
本发明通过对数据码编码算法和数据码解码算法进行重构，生成的第一算法和第二算法，其中第二算法为与第一算法相反的逆运算。复杂度提高，使得二维码即使被复制拍照也难以被破译，具有更高的安全性。
具体的，本发明中服务器结合密钥参数重构二维码的数据码编码算法生成第一算法，至少包括以下一个步骤：
根据密钥参数确定第一算法的索引值；
根据密钥参数确定第一算法的运算参数。
本发明中密钥参数为六位随机数，其中某一位代表改变索引值，即原始的索引值与密钥参数的某一位进行运算，得到新的索引值，运算包括但不限定于加法、减法等。
其中第二位代表改变运算参数，在QR(Quick Response，快速反应)Code的Alphanumeric mode(字母数字模式)字符数据码编码过程中，第3步，把每一组(a,b)转成二进制时，是按公式(a,b)a*45+b进行运算的，可以利用密钥参数某一位的值与a、b进行运算从而改变a、b的值，通过改变运算公式从而改变编码算法。同样的，通过密钥参数的某一位对二维码数据码解码算法进行改变，包括根据密钥参数确定第二算法的索引值，以及根据密钥参数确定第二算法的运算参数。在此不作赘述。
下面以QR(Quick Response，快速反应)Code中Alphanumeric mode(字母数字模式)字符数据码编码算法为例，详细阐述服务器结合密钥参数重构二维码的数据码编码算法生成第一算法。
例1：本发明对上述二维码数据码编码算法进行重构生成第一算法，通过根据密钥参数来改变数据码编码算法中索引值。具体的如下：
假设密钥参数为随机六位数123456。
其中，第一位1代表改变索引的值，即原始的索引值与密钥参数的第一位1进行运算得到新的索引值。本实施例中将密钥参数第一位1与原始索引值进行加法运算，得到新的字符索引表，从而改变二维码数据码编码算法。
对于第一信息AC-42，采用第一算法进行编码，具体如下：
A1.从新的字符索引表中找到AC-42这五个字条的索引(11,13,42,5,3)
A2.两两分组:(11,13)(42,5)(3)
A3.把每一组转成11bits的二进制:
(11,13)11*45+13等于462转成00111111100
(42,5)42*45+5等于1895转成11101100111
(3)等于3转成000011
A4.把这些二进制连接起来：00111111100 11101100111 000011
A5.把字符的个数转成二进制(Version 1-H为9bits):5个字符，5转成000000101
A6.在头上加上编码标识0010和第5步的个数编码:0010 0000001010011111110011101100111 000011
通过第一算法对第一信息进行编码得到如上述步骤A6中的二进制数据。
例2：本发明对上述二维码数据码编码算法进行重构生成第一算法，还可通过根据密钥参数来改变数据码编码算法中运算参数。具体的如下：
假设密钥参数为随机六位数123456。
其中，第二位2代表改变数据码编码算法中运算参数的值，即原始的运算参数与密钥参数的第二位2进行运算得到新的参数值。在Alphanumeric mode(字母数字模式)字符数据码编码算法中，原始运算参数为45。本实施例中将密钥参数第二位2与原始参数值45进行加法运算，得到新的运算参数为47，从而改变二维码数据码编码算法。
对于第一信息AC-42，采用第一算法进行编码，具体如下：
B1.从字符索引表中找到AC-42这五个字条的索引(10,12,41,4,2)
B2.两两分组:(10,12)(41,4)(2)
B3.把每一组转成11bits的二进制:
(11,13)11*47+13等于530转成01000010010
(42,5)42*47+5等于1979转成11110111011
(3)等于3转成000011
B4.把这些二进制连接起来：01000010010 11110111011 000011
B5.把字符的个数转成二进制(Version 1-H为9bits):5个字符，5转成000000101
B6.在头上加上编码标识0010和第5步的个数编码:0010 0000001010100001001011110111011 000011
通过改变数据码编码算法的运算参数得到第一算法，对第一信息进行编码得到如上述步骤B6中的二进制数据。
本发明通过生成动态的密钥参数来重构二维码的数据码编码算法和相应的数据码解码算法，使二维码处于动态变换中，提高了二维码的安全性。
对上述实施例进行改进，其中，步骤5还包括，服务器发送密钥参数至第二客户端。密钥参数与第二算法是唯一关联的，第二客户端接收到密钥参数后调用其存储的第二算法。
在步骤5之后，第二客户端扫描二维码图像并转换成第三信息，对第三信息进行解码转换成第四信息，其中第四信息为第一客户端发送的原始信息，即第一信息。
相应的，本发明中第二客户端存储有第二算法，第二算法为服务器结合密钥参数对数据码解码算法进行重构生成的。相同的，重构数据码解码算法得到第二算法包括根据密钥参数确定第二算法的索引值或根据密钥参数确定第二算法的运算参数。第二算法的重构方法与上述重构第一算法相同，在此不作赘述。
例3：下面详细阐述数据码解码算法解码过程。对二维码数据码解码算法进行重构生成第二算法，通过根据密钥参数来改变数据码解码算法中索引值。
假设密钥参数为123456，其中，第一位1代表改变索引的值，即原始的索引值与密钥参数的第一位1进行加法运算得到新的索引值。本发明中对数据码解码算法进行重构，将其索引表中的索引值与密钥参数的第一位进行减法运算，得到新的索引表。具体过程如下：
C1.第二客户端从第三信息中解得数据码为0010 0000001010011111110011101100111 000011
C2.去掉编码标识0010和个数编码000000101
C3.得到00111111100 11101100111 000011
C4.将C3中二进制数据转换成十进制数据
00111111100等于462
11101100111等于1895
000011等于000011
C5.将C4中的三位十进制数据转换成四十五进制数据并两两分组
00111111100等于462转成(11,13)
11101100111等于1895转成(42,5)
000011等于3转成(3)
C6.把上述四十五进制数据连起来：(11，13，42，5，3)
C7.从新的字符索引表中找五个字条的索引(10,12,41,4,2)
例1和例3分别为服务器采用第一算法对第一信息AC-42数据码进行编码并发送至第二客户端，以及第二客户端采用第二算法对接收到的数据码进行解码获得原始的第一信息的过程，均通过密钥参数的第一位改变数据码编码算法和数据码解码算法中的索引值。
从例1和例3可看出，第一算法和第二算法为结合密钥参数重构生成的相反的算法。
本发明将二维码数据码编码和数据码解码算法与sotp算法技术相结合，使二维码处于动态变换之中，并根据用户的不同，采用的数据码编码算法不同，增强了二维码的复杂度而难以破译，保证了二维码在使用过程中的安全性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形，而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (7)

1.一种基于算法重构的动态二维码生成方法，其特征在于，包括步骤：
S1服务器生成与用户信息唯一关联的密钥参数并存储；
S2第一客户端发送所述用户信息和第一信息至所述服务器；所述第一信息为用于生成二维码图像的原始数据；
S3所述服务器根据所述用户信息调用唯一关联的所述密钥参数，并结合所述密钥参数生成第一算法；
S4所述服务器根据所述第一算法将所述第一信息转换成第二信息；
S5所述服务器将所述第二信息转换成二维码图像发送至第一客户端并显示；
所述服务器结合所述密钥参数和Alphanumeric mode字符数据码编码算法重构生成所述第一算法，至少包括以下一个步骤：
根据密钥参数中的一位与Alphanumeric mode字符数据码编码算法中字符索引表的索引值进行运算，确定第一算法中字符索引表的索引值；
根据密钥参数中的另一位与Alphanumeric mode字符数据码编码算法中字符索引表的进制数进行运算，确定第一算法中字符索引表的进制数。
2.如权利要求1所述的基于算法重构的动态二维码生成方法，其特征在于，所述服务器存储有sotp算法、所述Alphanumeric mode字符数据码编码算法、Alphanumeric mode字符数据码解码算法以及所述第一算法。
3.如权利要求2所述的基于算法重构的动态二维码生成方法，其特征在于，所述密钥参数由所述服务器根据所述sotp算法结合所述用户信息生成。
4.如权利要求2所述的基于算法重构的动态二维码生成方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括，所述服务器结合所述密钥参数和所述Alphanumeric mode字符数据码解码算法重构生成第二算法发送至第二客户端；所述第二客户端用于获取所述第一客户端显示的二维码图像。
5.如权利要求4所述的基于算法重构的动态二维码生成方法，其特征在于，步骤S5还包括，所述服务器发送所述密钥参数至第二客户端。
6.如权利要求5所述的基于算法重构的动态二维码生成方法，其特征在于，在步骤S5之后，还包括：
所述第二客户端扫描所述二维码图像并转换成第三信息；
根据所述密钥参数调用唯一关联的所述第二算法将所述第三信息转换成第四信息。
7.如权利要求6所述的基于算法重构的动态二维码生成方法，其特征在于，所述第二客户端存储有所述第二算法。
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