CN107332827A - 一种身份信息的加密传输装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种身份信息的加密传输装置及方法，所述装置包括：获取模块，用于获取身份信息并将所获取的身份信息传送至加密隐藏模块；加密隐藏模块，用于对所获取的身份信息进行图像加密和数据隐藏，得到加密隐藏的身份信息；传输模块，用于将加密隐藏的身份信息在网络上进行传输；接收模块，用于接收传输模块通过网络传输过来的加密隐藏的身份信息；解密提取恢复模块，用于对接收的加密隐藏的身份信息进行图像解密、数据提取和图像恢复。本发明可以保证身份信息在传输过程中的安全性，而且可以实现隐藏数据的盲提取，能够有效减小信息提取和图像恢复的错误率。

Description

一种身份信息的加密传输装置及方法

技术领域

本发明涉及信息传输领域，具体地讲，是一种身份信息的加密传输装置及 方法。

背景技术

随着科技的进步，网络技术迅猛发展，智能手机、4G通信技术以及云计算、 大数据已经广泛应用于交易、支付、办公等多个领域，网络交易、电子商务、 移动支付受到越来越多人的青睐。随着移动互联网的发展，也催生了传统行业 向移动办公和移动政务等业务转变，手机银行、各种生活类、娱乐类APP给人 们的日常生活带来了极大的便利。不过与此同时，由于网上身份认证机制的不 完善，网络欺诈行为和反悔行为得以随时随地发生，严重威胁着电子商务、网 络交易、以及其他移动业务的发展。

为了提高网络交易的安全性，防止网络欺诈行为和反悔行为，在网络交易 前通常需要进行个人身份认证。个人身份认证的通常做法是个人将身份证件的 身份信息上传至业务办理机构的服务器，由于重要身份证件的防伪技术尚不完 善，业务办理机构需要对接收到的身份信息进行核查，把接收到的身份信息发 送至第三方认证机构进行身份验证。上述个人身份认证过程中需要将个人的重 要身份信息在通信网络中多次传输，如果上述身份信息在网络传输过程中被截 取，将会导致个人信息泄露，如果被不法分子利用可能还会导致人身或财产的 损失。因此如何保证个人基本身份信息在传输过程中的安全性是需要考虑的重 要问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种身份信息的加密传输装置，包括：

获取模块，用于获取身份信息并将所获取的身份信息传送至加密隐藏模块， 所述身份信息包括文字数字信息和图像信息；

加密隐藏模块，用于对所获取的身份信息进行图像加密和数据隐藏，得到 加密隐藏的身份信息；

传输模块，用于将加密隐藏的身份信息在网络上进行传输。

优选地，所述加密隐藏模块包括：

图像加密子模块，用于对身份信息的图像信息进行图像加密处理，得到加 密图像信息；

数据隐藏子模块，用于在加密图像信息中嵌入身份信息的文字数字信息， 将文字数字信息隐藏在加密图像信息中，形成加密隐藏的身份信息。

优选地，所述的装置还包括：

接收模块，用于接收传输模块通过网络传输过来的加密隐藏的身份信息；

解密提取恢复模块，用于对接收的加密隐藏的身份信息进行图像解密、数 据提取和图像恢复。

优选地，所述解密提取恢复模块包括：

图像解密子模块，用于对接收的加密隐藏的身份信息进行图像解密处理， 得到隐藏有文字数字信息的解密图像信息；

数据提取和图像恢复子模块，用于对隐藏有文字数字信息的解密图像信息 进行数据提取，提取出隐藏的文字数字信息，并将提取文字信息数据后的解密 图像信息进行图像恢复，得到图像信息。

本发明进一步包括如下技术方案：

一种身份信息的加密传输方法，包括以下步骤：

获取身份信息，所述身份信息包括文字数字信息和图像信息；

对所获取的身份信息进行加密隐藏处理，得到加密隐藏的身份信息；

对加密隐藏的身份信息在网络上进行传输；

优选地，所述加密隐藏处理具体包括：

使用身份信息中的图像信息作为原始图像，对其进行加密处理，得到加密 图像信息；

在加密图像信息中嵌入身份信息的文字数字信息，将文字数字信息隐藏在 加密图像信息中，形成加密隐藏的身份信息。

优选地，所述方法还包括以下步骤：

接收加密隐藏的身份信息；

对加密隐藏的身份信息进行图像解密、数据提取和图像恢复，得到解密提 取的身份信息。

优选地，所述图像解密、数据提取和图像恢复的步骤具体包括：

对接收的加密隐藏的身份信息进行图像解密处理，得到隐藏有文字数字信 息的解密图像信息；

对隐藏有文字数字信息的解密图像信息进行数据提取，提取出隐藏的文字 数字信息，并将提取文字信息数据后的解密图像信息进行图像恢复，得到图像 信息。

优选地，所述加密处理具体包括：

利用加密秘钥随机产生伪随机比特流r_i,j,k，然后与图像信息像素的各有效 位b_i,j,k按位异或运算实现加密过程

其中，e_i,j,k为加密后的有效位数据。

优选地，所述在加密图像信息中嵌入身份信息的文字数字信息具体包括：

对身份信息中的图像信息进行分区，得到原始图像分区；

利用波动函数计算原始图像分区的 波动值；

根据原始图像分区的波动值，对相应加密图像分区各像素的低有效位进行 翻转，实现文字数字信息在加密图像信息中的隐藏。

本发明的优点在于：本发明采用身份信息的图像信息作为原始图像，对身 份信息的图像信息进行加密，同时将身份信息的文字数字信息作为嵌入信息， 隐藏在加密的图像信息中，可以保证身份信息在传输过程中的安全性，防止传 输过程中身份信息被截取盗用，而且对于接收到的身份信息可以实现数据的盲 提取，能够有效减小文字数字信息提取和图像信息恢复的错误率。

附图说明

附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在 附图中：

图1为本发明的身份信息的加密传输装置的结构示意图。

图2为本发明的身份信息的加密传输方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示 了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不 应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻 地理解本公开，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1所示为本发明的身份信息的加密传输装置。本发明的身份信息的加密 传输装置包括：获取模块，用于获取身份信息并将所获取的身份信息传送至加 密隐藏模块；加密隐藏模块，用于对所获取的身份信息进行图像加密和数据隐 藏，得到加密隐藏的身份信息；传输模块，用于将加密隐藏的身份信息在网络 上进行传输。所述身份信息包括文字数字信息和图像信息。

本发明的身份信息加密传输装置还包括：接收模块，用于接收传输模块通 过网络传输过来的加密隐藏的身份信息；解密提取恢复模块，用于对接收的加 密隐藏的身份信息进行图像解密、数据提取和图像恢复。

获取模块包括输入子模块和识别子模块。其中，输入子模块用于采集身份 信息，其可以是读卡器、摄像头、扫描仪、鼠标键盘、指纹采集器以及其他生 物特征采集设备，所采集的身份信息包括读卡器读取的身份证件信息、摄像头 采集的身份证件图像和人脸照片、扫描仪扫描的身份证件图像、鼠标键盘直接 输入的身份信息、指纹采集器采集的指纹图像以及其他生物特征采集设备采集 的生物特征图像等。

识别子模块用于对输入子模块采集的身份证件图像进行图像识别。身份证 件如身份证、护照或驾驶证上的信息，包括文字信息、数字信息和/或图像信息。 以身份证为例，身份信息的数字部分为身份证号，文字部分为姓名、地址、发 证机关，图片部分为身份证照片。身份证图像识别可以采用以下步骤：采集身 份证图像；对采集的身份证图像进行预处理，所述预处理包括生成位图图像、 灰度转换、二值化处理、去除噪点；对预处理后的身份证图像进行文字和头像 识别，获得身份信息。

经输入子模块采集的身份信息和经识别子模块识别得到的身份信息大致可 以归为两类：文字数字信息和图像信息。文字数字信息包括姓名、性别、年龄、 证件号码、电话号码等等，图像信息可以是证件照片、人脸照片、指纹图像及 其他生物特征图像等。

加密隐藏模块包括图像加密子模块和数据隐藏子模块。图像加密子模块使 用身份信息的图像信息作为原始图像，对其进行图像加密处理，得到加密图像 信息。数据隐藏子模块在加密图像信息中嵌入身份信息的文字数字信息，将文 字数字信息隐藏在加密图像信息中，形成加密隐藏的身份信息。

解密提取恢复模块包括图像解密子模块、数据提取和图像恢复子模块。图 像解密子模块对接收的加密隐藏的身份信息进行图像解密处理，得到隐藏有文 字数字信息的解密图像信息。数据提取和图像恢复子模块对隐藏有文字数字信 息的解密图像信息进行数据提取，提取出隐藏的文字数字信息，并将提取文字 信息数据后的解密图像信息进行图像恢复，得到原始图像信息。

本发明的装置进一步还可以包括匹配验证模块，用于对接收到的身份信息 进行匹配验证。所述匹配验证模块利用预先定义的身份信息数据库或者调用第 三方数据库，对接收到的身份信息进行匹配验证。若匹配成功则返回验证通过 的消息，同时返回与身份信息相对应的扩展信息。

图2所示为本发明的身份信息的加密传输方法的流程图。本发明的身份信 息匹配的推送方法，具体包括以下步骤：

S1、获取身份信息

所述身份信息包括文字数字信息和图像信息。文字数字信息包括姓名、性 别、年龄、证件号码、电话号码等等，图像信息可以是证件照片、人脸照片、 指纹图像及其他生物特征图像等。获取身份信息的方式包括信息采集和图像识 别。

S2、对所获取的身份信息进行加密隐藏处理，得到加密隐藏的身份信息

S2-1、对身份信息中的图像信息进行分区

将身份信息中的图像信息作为加密隐藏处理的原始图像，将身份信息中的 图像信息分成若干不重叠的分区，分区的大小为S×S。设图像信息大小为M× N，共分成n个图像分区。

数字图像信息可以用一个二维图像数组来表示，其中数组元素的值表示图 像像素点的像素值，其范围为[0，255]，可用一个字节即8个bit位来表示， 若将各像素值的第i个有效位取出来，即得到第i个位平面，每一个位平面为一 个与原始8位图像等大的二值图像。其中，最高位的位平面称为第8位平面， 最低位的位平面称为第1位平面，共8个位平面。有效位中高位的权值大，对 像素值影响很明显，因此数字图像的信息量大部分集中在几个高位位平面内， 第8位平面所含的数字图像信息量最大，被称为最高有效平面(MSB)，第7位平面次之，第1位平面的信息量最小，被称为最低有效平面(LSB)。有效位越 高，其对应的位平面的像素间的相关性就越强，像素的分布表现出的图像信息 的轮廓就越清晰；有效位越低，其对应的位平面的像素间的相关性就越弱，像 素的分布表现得就越杂乱无章，最后近似随机噪声。

将身份信息中的图像信息作为原始图像，对于原始图像信息，其中的任一 个图像像素p_i,j可用8个bit位来表示，各像素的有效位为b_i,j,k(k＝0,1,…,7)， 则

其中，p_i,j表示第i行第j列的像素值，b_i,j,k表示p_i,j的第k个有效位。

一幅图像中同时存在纹理区域和平滑区域，在这些区域图像的平滑度，即 像素的相关性，是不同的。对任一个图像分区B_n，利用波动函数求取图像分区 B_n的波动值，波动函数如下：

身份信息中的图像信息共分成n个图像分区，对应计算出n个波动值f_n， 波动值f_n越大表示该图像分区的平滑度越差，波动值f_n越小表示该图像分区的 平滑度越好。设定第一波动值V₁和第二波动值V₂，根据各图像分区B_n的波动值 f_n，按照波动值由大到小将图像分为三种平滑度不同的分区：纹理分区 (f_n＞V₂)、中间分区(V₁＜f_n＜V₂)、平滑分区(f_n＜V₁)。

S2‐2、对身份信息中的图像信息进行加密处理，得到加密图像信息

利用加密秘钥随机产生长为8MN的伪随机比特流r_i,j,k，然后与图像像素各 有效位b_i,j,k按位异或运算实现加密过程

其中e_i,j,k为加密后的有效位数据。

最后得到加密图像像素E_i,j，E_i,j是图像像素p_i,j加密后的结果。

原始数据经过伪随机序列加密后，统计特征会被破坏。经伪随机序列加密 后，图像的直方图完全发生了改变，原始图像的能量几乎均分在所有像素上， 变为随机噪声图像，所以伪随机序列加密的安全性能较好。

S2‐3、将身份信息的文字数字信息隐藏在加密图像信息中，得到加密隐藏 的身份信息

将身份信息的文字数字信息作为隐藏信息，嵌入加密后的身份信息的图像 信息中。信息隐藏之前，首先要将身份信息的文字数字信息转换为二进制代码 数据。

为了嵌入隐藏信息，根据信息隐藏密钥将每一个图像分区B_n随机分成两个 像素集合B₀和B₁。对于任意一个图像分区B_n，如果需要嵌入的二进制数据为0， 那么将像素集合B₀中的像素p_i,j的低有效位进行翻转，以表示嵌入1bit信息； 如果需要嵌入的二进制数据为1，那么将像素集合B₁中的像素p_i,j的低有效位进 行翻转，以表示嵌入1bit信息。翻转的规则是根据图像分区B_n的波动值f_n确定 图像分区B_n中像素p_i,j翻转的位数，具体翻转操作为：对于平滑度较差的纹理 分区(f_n＞V₂)，像素集合B₀或B₁中的像素p_i,j执行最低四位有效位翻转；对于 平滑度较好的平滑分区(f_n＜V₁)，像素集合B₀或B₁中的像素p_i,j执行最低二位有效位翻转；对于平滑度处于两种平滑度之间的中间分区(V₁＜f_n＜V₂)，像素 集合B₀或B₁中的像素p_i,j执行最低三位有效位翻转。

翻转的方式用下式表示：

当需要嵌入的二进制数据为0，(i,j)∈B₀

当需要嵌入的二进制数据为1，(i,j)∈B₁

其中，当f_n＞V₂时，k＝0,1,2,3；当f_n＜V₁时，k＝0,1；当V₁＜f_n＜V₂时， k＝0,1,2。由此，完成在加密图像中的数据隐藏。整个数据隐藏过程中，加密 图像的四个高有效位没有发生变化，因此，在每一个图像分区中，隐藏的数据 量为1bit。

S3、对加密隐藏的身份信息在网络上进行传输

S4、接收加密隐藏的身份信息

S5、对加密隐藏的身份信息进行图像解密、数据提取和图像恢复，得到解 密提取的身份信息

S5‐1、对接收的加密隐藏的身份信息进行图像解密处理，得到隐藏有文字 数字信息的解密图像信息

解密是加密的逆过程。将接收到的加密图像的每个像素值转化为二进制形 式，采用加密秘钥产生相同的二进制伪随机序列与接收到的加密图像像素的二 进制值进行异或运算。结果是解密后的整个图像像素的四个高有效位与原始图 像的相同，而四个低有效位由于隐藏信息的嵌入，可能发生了变化。

任一个加密图像像素E′_i,j可用8个bit位来表示，各像素的有效位为 e′_i,j,k(k＝0,1,…,7)，

其中，E′_i,j表示第i行第j列的像素值，e′_i,j,k表示E′_i,j的第k个有效位。

利用加密秘钥产生长为8MN的伪随机比特流r_i,j,k，然后与加密图像像素 E′_i,j各有效位e′_i,j,k按位进行异或运算实现解密过程

其中b′_i,j,k为解密后的有效位数据。

最后得到解密图像像素p′_i,j，p′_i,j是加密图像像素E′_i,j解密后的结果。

S5‐2、对隐藏有文字数字信息的解密图像信息进行数据提取，提取出隐藏 的文字数字信息，并将提取文字信息数据后的解密图像信息进行图像恢复，得 到原始图像信息

解密后的图像像素的低有效位由于隐藏信息的嵌入，发生了变化。发生变 化的低有效位b′_o,j,k与原始像素的低有效位b_i,j,k之间的关系，如下式所示

通过上述二进制数的异或关系可知，解密后发生变化的低有效位，实际上 就是原始图像像素相应的低有效位的翻转。

将解密图像按照与原始图像相同的方式进行分区，共分成n个解密图像分 区B_Dn，利用波动函数求取每个分区B_Dn的波动值，对应计算出n个波动值f_Dn。 根据信息隐藏密钥将每一个解密图像分区B_Dn随机分成两个像素集合B₀和B₁。 对于任意一个解密图像分区B_Dn，按照波动值大小进行翻转操作：如果f_Dn＞V₂， 像素集合B₀和B₁中的像素p_i,j执行最低四位有效位翻转；如果f_n＜V₁，像素集 合B₀和B₁中的像素p_i,j执行最低二位有效位翻转；如果V₁＜f_n＜V₂，像素集合B₀和B₁中的像素p_i,j执行最低三位有效位翻转。通过上述翻转操作，对于解密图像分区B_Dn，将得到两个不同版本B_D0和B_D1，B_D0和B_D1其中必有一个与原始图 像分区B_n相同。

为了辨别出B_D0和B_D1哪一个与原始图像分区B_n相同，分别利用波动函数 计算B_D0和B_D1的波动值，f_D0为B_D0的波动值，f_D1为B_D1的波动值。f_D0与f_D1的值相差越大，表明原始图像分区与变化后的图像分区之间的差异越大。计算 f_D0与f_D1之间的差值

D＝|f_D0-f_D1|

D的数值越大，则说明原始图像分区与变化后的图像分区之间的差异越大， 那么数据就越容易提取，图像分区也越容易恢复。将各图像分区按D由大到小 排列，按顺序进行恢复操作。对于B_D0和B_D1，如果f_D0＞f_D1，那么B_D1为原始 图像分区，此时提取出的信息为1；如果f_D0＜f_D1，那么B_D0为原始图像分区， 此时提取的信息为0。对所有需要恢复的图像分区进行相同的操作，然后按顺 序连接提取的信息和恢复的图像分区。

由于只要图像能够正确地恢复，对应的隐藏信息就能够正确地提取出来， 因此数据提取错误率和图像恢复错误率是等价的，在此将数据提取错误率和图 像恢复错误率统称为“错误率”。采用本发明的算法分别对Lena图像、Cameraman 图像、Darkhair图像进行加密隐藏处理和解密提取恢复处理，错误率如下：Lena 图像恢复后出现的错误率为0.27％、Cameraman图像恢复后出现的错误率为 0.071％、Darkhair图像恢复后出现的错误率为0.023％。由此可见采用本发明的 算法可以有效降低数据信息提取和图像信息恢复的错误率。

本发明采用身份信息的图像信息作为原始图像，对身份信息的图像信息进 行加密，同时将身份信息的文字数字信息作为嵌入信息，隐藏在加密的图像信 息中，可以保证身份信息在传输过程中的安全性，而且对于接收到的身份信息 可以实现数据的盲提取，能够有效减小文字数字信息提取和图像信息恢复的错 误率。

本发明的方法进一步还可以包括对解密提取的身份信息进行匹配验证的步 骤，具体操作如下：利用预先定义的身份信息数据库对收到的身份信息进行匹 配验证，如果匹配成功，则返回验证通过的处理结果，同时返回数据库中与身 份信息相对应的扩展信息。如果预先定义的身份信息数据库中没有匹配到上述 身份信息，则调用第三方数据库对收到的身份信息进行匹配验证；如果匹配成 功，则返回验证通过的处理结果，同时返回第三方数据库中与身份信息相对应 的扩展信息，并将身份信息和扩展信息合并添加至预先定义的身份信息数据库。 第三方数据库包括公安部数据库、教育部数据库、其它第三方数据库如人口数 据库、学历数据库等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种身份信息的加密传输装置，包括：

获取模块，用于获取身份信息并将所获取的身份信息传送至加密隐藏模块，所述身份信息包括文字数字信息和图像信息；

加密隐藏模块，用于对所获取的身份信息进行图像加密和数据隐藏，得到加密隐藏的身份信息；

传输模块，用于将加密隐藏的身份信息在网络上进行传输。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述加密隐藏模块包括：

图像加密子模块，用于对身份信息的图像信息进行图像加密处理，得到加密图像信息；

数据隐藏子模块，用于在加密图像信息中嵌入身份信息的文字数字信息，将文字数字信息隐藏在加密图像信息中，形成加密隐藏的身份信息。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于还包括：

接收模块，用于接收传输模块通过网络传输过来的加密隐藏的身份信息；

解密提取恢复模块，用于对接收的加密隐藏的身份信息进行图像解密、数据提取和图像恢复。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述解密提取恢复模块包括：

图像解密子模块，用于对接收的加密隐藏的身份信息进行图像解密处理，得到隐藏有文字数字信息的解密图像信息；

数据提取和图像恢复子模块，用于对隐藏有文字数字信息的解密图像信息进行数据提取，提取出隐藏的文字数字信息，并将提取文字信息数据后的解密图像信息进行图像恢复，得到图像信息。

5.一种身份信息的加密传输方法，包括以下步骤：

获取身份信息，所述身份信息包括文字数字信息和图像信息；

对所获取的身份信息进行加密隐藏处理，得到加密隐藏的身份信息；

对加密隐藏的身份信息在网络上进行传输。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述加密隐藏处理具体包括：

使用身份信息中的图像信息作为原始图像，对其进行加密处理，得到加密图像信息；

在加密图像信息中嵌入身份信息的文字数字信息，将文字数字信息隐藏在加密图像信息中，形成加密隐藏的身份信息。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述方法还包括以下步骤：

接收加密隐藏的身份信息；

对加密隐藏的身份信息进行图像解密、数据提取和图像恢复，得到解密提取的身份信息。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述图像解密、数据提取和图像恢复的步骤具体包括：

对接收的加密隐藏的身份信息进行图像解密处理，得到隐藏有文字数字信息的解密图像信息；

对隐藏有文字数字信息的解密图像信息进行数据提取，提取出隐藏的文字数字信息，并将提取文字信息数据后的解密图像信息进行图像恢复，得到图像信息。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述加密处理具体包括：

利用加密秘钥随机产生伪随机比特流r_i,j,k，然后与图像信息像素的各有效位b_i,j,k按位异或运算实现加密过程

其中，e_i,j,k为加密后的有效位数据。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述在加密图像信息中嵌入身份信息的文字数字信息具体包括：

对身份信息中的图像信息进行分区，得到原始图像分区；

利用波动函数计算原始图像分区的波动值；

根据原始图像分区的波动值，对相应加密图像分区各像素的低有效位进行翻转，实现文字数字信息在加密图像信息中的隐藏。