CN109087417A - 一种安全二维码门禁认证系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全二维码门禁认证系统及方法，系统包括住户密钥和口令分配模块，用于分配密钥和口令；住户终端编码隐藏口令二维码模块，随时根据需求产生隐藏带时戳的一次性口令二维码并发送到访客访客智能终端模块；访客智能终端模块，接收住户终端编码隐藏口令二维码模块产生的二维码，并供门禁解码模块解码；门禁解码模块，用于读取二维码中的基本信息和隐藏口令，并存储进入楼栋的时间、个人信息等基本信息；门禁验证控制模块，验证口令并根据验证结果来控制门禁开关；本方法基于二维码编码固有的纠错机制，将开门口令经过加密后隐藏在基本信息中，保证了口令不会被泄露的情况下对进入人员进行身份验证，识别效率高，安全性高。

Description

一种安全二维码门禁认证系统及方法

技术领域

本发明属于安防技术领域，涉及一种门禁认证系统及方法，尤其涉及一种在二维码中隐藏口令的门禁认证系统及方法。

背景技术

当前，为防止犯罪事件的发生，一些小区和学生宿舍都安装了门禁设备，现代门禁系统大多是感应式门禁系统和口令式门禁系统。感应式门禁系统是指，有权限的用户可以办理具有自己个人信息的感应设备，然后通过感应设备来控制门禁，但是由于每个用户都需配置感应设备，造成资源浪费。口令式门禁系统是指，拥有口令的人可以打开门禁，由于门禁设备置于公共环境下，口令极易泄露，导致犯罪事件的发生。此外，现存的门禁管理方式无法解决外来人员身份认证的问题。例如，当小区住户通过手机APP购买外卖之后，外卖员进行送餐，但通常因为无法验证外卖员身份和为防止安全事故发生，外卖员被不允许进入小区，需要用户自取外卖。这将导致用户体验感差并增大外卖员的工作量。因此，提出一种效率高、安全性高的门禁认证系统及方法是非常必要的。

发明内容

为了解决上述门禁系统中的访客身份认证问题，本发明提供了一种隐藏口令的安全二维码门禁认证系统及方法。

本发明的系统所采用的技术方案是：一种安全二维码门禁认证系统，其特征在于：包括住户密钥和口令分配模块、住户终端编码隐藏口令二维码模块、访客智能终端模块、门禁解码模块、门禁验证控制模块；

所述住户密钥和口令分配模块，用于分配密钥和口令；

所述住户终端编码隐藏口令二维码模块，用于根据需要产生隐藏带时戳的一次性口令二维码并发送到所述访客智能终端模块；

所述访客智能终端模块，用于接收住户终端编码隐藏口令二维码模块产生的二维码，并供门禁解码模块解码；

所述门禁解码模块，用于读取二维码中的信息和隐藏口令，并存储访客进入楼栋的时间、个人信息；

所述门禁验证控制模块，用于验证口令并根据验证结果来控制门禁开关。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种安全二维码门禁认证方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：系统初始化；

步骤2：住户终端编码隐藏口令二维码模块生成二维码，并发送到访客智能终端模块；

步骤3：访客智能终端模块接收来自住户终端发送的二维码，并供门禁解码模块进行解码；

步骤4：门禁解码模块进行解码，门禁验证控制模块进行验证并控制门禁开关。

本发明方法与现有技术相比有如下的优点和有益效果：

(1)本发明提出了一种安全实用的门禁认证系统及方法，使得访客不需要通过繁琐的渠道获得身份认证，也不需手动输入口令，只需要出示有效二维码即可打开门禁，方便快捷，经济实用，另外，该发明并不仅仅适用于访客的身份认证，还可用于住户的身份认证。

(2)本发明具有很高的安全性，不法分子只有在拥有用户个人信息、密钥k和口令P的情况下才能冒充合法用户打开门禁。此外，产生的二维码具有时效性，只能使用一次且只能在一个时间段内有效，在被门禁解码模块解密出基本信息后，这些用户的个人信息和进入信息会被记录在门禁的存储设备中，便于整理和查找出入记录，便于小区物业管理。另外，即使有效二维码被泄露了，不法分子也只能从中得到一些基本信息，无法从中提取到门禁口令P和密钥k；

(3)本发明提出了一种高效的隐藏口令的安全二维码门禁认证方法，门禁解码模块只需按照规定好的算法提取出口令，并记录二维码上的基本信息，反应速度快，处理高效。

(4)本发明解决了访客认证的问题，访客只需出示来自住户发送的二维码即可打开门禁，方便快捷，而且二维码中无法提取出门禁口令，安全性高。

附图说明

图1：本发明实施例的系统构架图；

图2：本发明实施例的编码方法流程图；

图3：本发明实施例的解码方法流程图；

图4：本发明实施例的控制方法流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供了一种隐藏口令的安全二维码门禁认证系统，包括住户密钥和口令分配模块、住户终端编码隐藏口令二维码模块、访客智能终端模块、门禁解码模块、门禁验证控制模块；

住户密钥和口令分配模块，用于分配密钥和口令；

住户终端编码隐藏口令二维码模块，用于根据需要产生隐藏带时戳的一次性口令二维码并发送到访客智能终端模块；

访客智能终端模块，用于接收住户终端编码隐藏口令二维码模块产生的二维码，并供门禁解码模块解码；

门禁解码模块，用于读取二维码中的信息和隐藏口令，并存储访客进入楼栋的时间、个人信息；

门禁验证控制模块，用于验证口令并根据验证结果来控制门禁开关。

假设一小区内有m栋楼，现在给其中一栋楼配置一个门禁解码及验证控制装置，住户密钥、口令分配模块向装置分发密钥k和门禁口令P，并分配到门禁解码及验证控制装置中，用于解码二维码和控制门禁。假设一个用户属于该栋的住户，该住户在某外卖平台进行点餐，但在外卖员到达后，无法进入，导致送餐不及时，用户体验差的后果。为解决这一问题，住户可使用智能设备将自己的个人信息M录入住户密钥、口令分配模块，完成注册，然后住户密钥、口令分配模块按照楼栋分配对应的密钥k、门禁口令P给该用户，之后用户可使用k、P、M以及时间戳T在便携式智能设备上产生隐藏有秘密口令的二维码，然后将该二维码发送到外卖员的智能终端设备(手机等)，当门禁解码模块扫描该二维码时，通过正常解码可以解得该用户的个人信息M和进入时间T，并记录此信息；另外通过密钥k可以提取出门禁口令P，并在门禁验证控制模块中验证是否为该楼栋的口令，若验证成功，打开门禁，否则，显示小区广告。并且在整个过程中不会泄露改口令P；

本发明提供一种隐藏口令的二维码门禁认证方法，包括四个部分：

步骤1：系统初始化；

系统初始化包括两个步骤：

步骤1.1：住户密钥、口令分配模块分配密钥k给对应楼栋的门禁解码模块，并将门禁口令P分发给对应楼栋的门禁验证控制模块；

步骤1.2：住户密钥、口令分配模块分配对应的密钥k和门禁口令P给住户终端编码隐藏口令二维码模块；

步骤2：住户终端编码隐藏口令二维码模块生成二维码，并发送到访客智能终端模块；

如图2所示，具体实现包括七个步骤：

步骤2.1：用户使用住户终端编码隐藏口令二维码模块将个人信息M和时间戳T组成基本信息字符串C，然后使用二维码编码规则对C进行编码，例如选择的二维码版本为5，纠错等级为H，那么经过二维码编码规则编码后所的到的基本信息码字序列D为：

D₁,D₂,…,D₄₆,E₁,E₂,…,E₈₈

其中，前46个码字为数据码字，后88个码字为纠错码字，可纠错44个代替错误，每个码字是一个8位比特串。

步骤2.2：用户使用住户终端编码隐藏口令二维码模块将门禁口令P进行数据编码得到一个长度为4的码字序列：d₁,d₂,d₃,d₄，然后对该码字序列进行RS纠错编码产生一个长度为2的纠错码序列：e₁,e₂。因此，门禁口令P产生的最终码字序列d为：

d₁,d₂,d₃,d₄,e₁,e₂

其中，每个码字是一个8位比特串。

步骤2.3：使用住户密钥、口令分配模块分配的密钥k作为随机比特生成器(BBS产生器)的种子，产生一定长度的随机比特串B用于将步骤2产生的码字序列d₁,d₂,d₃,d₄,e₁,e₂加密后(假设加密后的码字序列为d'₁,d'₂,d'₃,d'₄,e'₁,e'₂)隐藏到步骤1产生的基本信息码字序列D₁,D₂,...,D₄₆,E₁,E₂,...,E₈₈中。因为序列d₁,d₂,d₃,d₄,e₁,e₂的长度为6，且其中每个码字是一个8比特的串，所以B中需要有一个长度为8(bit/码字)*6(码字)＝48比特子串B₁用于对序列d₁,d₂,d₃,d₄,e₁,e₂的加密。此外，为将加密后的序列d₁,d₂,d₃,d₄,e₁,e₂隐藏到步骤1产生的二维码序列中，B中还需要包含一个随机比特子串B₂给出6个隐藏位置。因为步骤1产生的二维码的版本为5，所以其中的每一个位置需要一个8比特串来标识。因此，B₂的长度为8(bit/位置)*6(位置)＝48比特。又因为产生B₁和B₂都需要序列d₁,d₂,d₃,d₄,e₁,e₂的长度信息，所以需要将长度信息编码为8位二进制串c，然后同口令码字序列d₁,d₂,d₃,d₄,e₁,e₂一起隐藏到基本信息码字序列D₁,D₂,...,D₄₆,E₁,E₂,...,E₈₈中，因此B还需要包含长度信息c的隐藏位置随机子串B₃，B₃的长度为8(bit/位置)*1(位置)＝8比特，因此步骤3产生的随机比特串B的长度为48+48+8＝104比特，且B＝B₃||B₂||B₁。

步骤2.4：根据随机比特串B₁对口令码字进行加密。经过加密计算：

则加密后的门禁口令的码字序列d^*为：d'₁,d'₂,d'₃,d'₄,e'₁,e'₂。

步骤2.5：假设随机比特串B₃给出的隐藏位置信息为：a₀，随机比特串B₂给出的隐藏位置信息为：a₁,a₂,a₃,a₄,a₅,a₆。根据隐藏位置信息a₀,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅,a₆将长度信息c及加密后的口令码字序列d'₁,d'₂,d'₃,d'₄,e'₁,e'₂按顺序隐藏到基本信息码字序列D₁,D₂,...,D₄₆,E₁,E₂,...,E₈₈中，产生对应的载密码字序列D'。

步骤2.6：将载密码字D'同功能码字一起填充入二维码矩阵，形成最终载密二维码符号；

步骤2.7：用户将最终载密二维码发送到访客智能终端模块。

步骤3：访客智能终端模块接收来自住户终端发送的二维码，并供门禁解码模块进行解码；

步骤4：门禁解码模块进行解码，门禁验证控制模块进行验证并控制门禁开关；

步骤4.1：门禁解码模块对步骤3出示的二维码进行解码：如图3所示，具体实现包括以下子步骤：

步骤4.1.1：门禁解码模块对步骤3出示的二维码进行扫描，得到载密码字序列D'。

步骤4.1.2：因为在步骤2中隐藏到二维码中的码字个数是7，没有超过可纠错码字个数44，所以不会影响二维码正确译码，通过对载密码字序列D'进行纠错得到用户的个人信息和时间戳组成的基本信息字符串C。

步骤4.1.3：门禁解码模块以密钥k作为随机比特生成器的种子，以二维码的版本为依据得到与步骤2相同的随机比特串B，用于实现将d'₁,d'₂,d'₃,d'₄,e'₁,e'₂从C'中提取出来，并对其进行解密得到口令。

步骤4.1.4：根据B的前8个比特串B₃表示的位置信息a₀，在a₀处提取长度信息c(c＝6)。然后，基于c继续解析B，取随后的8*c＝8*6＝48比特长的串作为B₂，从而得到6个隐藏位置a₁,a₂,a₃,a₄,a₅,a₆，从这些隐藏位置提取出加密后码字序列d'₁,d'₂,d'₃,d'₄,e'₁,e'₂。

步骤4.1.5：基于B₃、B₂继续解析B，将随后剩下的8*6＝48比特长的串作为B₁对d'₁,d'₂,d'₃,d'₄,e'₁,e'₂进行解密得到d₁,d₂,d₃,d₄,e₁,e₂，其计算过程如下所示：

经过上述解码和纠错处理得到隐藏的口令码字d。

步骤4.1.6：对门禁口令的码字序列d进行纠错解码得到口令P’；

步骤4.2：如图4所示，门禁验证控制模块得到门禁解码模块解码出的门禁口令P’后，验证是否与住户密钥、口令分配模块分配的口令P相等。若P’＝P，则验证通过，门禁验证控制模块控制门禁打开。否则，验证不通过，门禁仍然保持关闭状态，并播放小区广告；

当小区住户通过手机APP购买外卖之后，外卖员进行送餐，但通常因为无法验证外卖员身份和为防止安全事故发生，外卖员不允许进入小区，需要用户自取外卖。这将导致用户体验感差并增大外卖员的工作量。为了解决上述问题，本发明提出的一种安全二维码门禁认证系统。使用了该系统，住户只需产生一个嵌有口令的二维码并将其发送给外卖员，外卖员达到小区后出示该二维码完成身份验证，即可进入小区将外卖送给住户。再例如，小区住户的朋友到访，住户也只需产生一个嵌有口令的二维码，将其发送给朋友，其朋友到达小区后出示该二维码完成身份验证，即可进入小区到达住户家，避免了住户到小区门口接朋友的麻烦。基于二维码纠错的特性，隐藏在二维码中的口令不会被泄露，而且该二维码具有时效性，只能在规定时间内有效并且只能使用一次，从而在不泄露用户口令的情况下改进了用户体验、提高了外卖员的工作效率、方便了用户生活，具有很好的实际应用价值。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种安全二维码门禁认证系统，其特征在于：包括住户密钥和口令分配模块、住户终端编码隐藏口令二维码模块、访客智能终端模块、门禁解码模块、门禁验证控制模块；

所述住户密钥和口令分配模块，用于分配密钥和口令；

所述住户终端编码隐藏口令二维码模块，用于根据需要产生隐藏带时戳的一次性口令二维码并发送到所述访客智能终端模块；

所述访客智能终端模块，用于接收住户终端编码隐藏口令二维码模块产生的二维码，并供门禁解码模块解码；

所述门禁解码模块，用于读取二维码中的信息和隐藏口令，并存储访客进入楼栋的时间、个人信息；

所述门禁验证控制模块，用于验证口令并根据验证结果来控制门禁开关。

2.一种安全二维码门禁认证方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：系统初始化；

步骤2：住户终端编码隐藏口令二维码模块生成二维码，并发送到访客智能终端模块；

步骤3：访客智能终端模块接收来自住户终端发送的二维码，并供门禁解码模块进行解码；

步骤4：门禁解码模块进行解码，门禁验证控制模块进行验证并控制门禁开关。

3.根据权利要求2所述的安全二维码门禁认证方法，其特征在于，步骤1的具体实现包括以下子步骤：

步骤1.1：住户密钥和口令分配模块分配密钥k给对应楼栋的门禁解码模块，并将门禁口令P分发给对应楼栋的门禁验证控制模块；

步骤1.2：住户密钥和口令分配模块分配对应的密钥k和门禁口令P给住户终端编码隐藏口令二维码模块。

4.根据权利要求2所述的安全二维码门禁认证方法，其特征在于，步骤2的具体实现包括以下子步骤：

步骤2.1：用户使用住户终端编码隐藏口令二维码模块将个人信息M和时间戳T组成基本信息字符串C，然后使用二维码编码规则对C进行编码，最后形成包含纠错码字的基本信息码字序列D；

步骤2.2：用户使用住户终端编码隐藏口令二维码模块将门禁口令P经过数据编码，RS纠错编码过程，从而形成包含纠错编码的口令码字序列d，并记录其长度信息c；

步骤2.3：将住户密钥以及口令分配模块分配的密钥k作为随机比特生成器的种子，产生一个随机比特串B，随机比特串B的长度取决于口令码字序列的长度；随机比特串B分成三个部分B₁、B₂和B₃，即B＝B₃||B₂||B₁，其中B₁用于加密口令码字序列d，加密后的口令码字序列d被隐藏到了基本信息码字序列D中，B₂给出了每个被加密的码字在基本信息码字序列D中的隐藏位置，同时口令码字序列d的长度信息c也被隐藏到了基本信息码字序列D中，B₃给出长度信息c在基本信息码字序列D中的隐藏位置；

步骤2.4：根据步骤2.3产生的随机比特串B的子串B₁对口令码字进行加密，得到加密后的门禁口令的码字序列d^*；

步骤2.5：根据步骤2.3产生的随机比特串B的子串B₂和B₃给出的隐藏位置信息，将加密后的门禁口令的码字序列d^*和d^*的长度信息c隐藏到基本信息码字序列D中，产生对应的载密码字序列D'；

步骤2.6：将载密码字D'同功能码字一起填充入二维码矩阵，形成最终隐藏口令的二维码；

步骤2.7：住户使用终端设备将载密二维码发送到访客智能终端模块。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的安全二维码门禁认证方法，其特征在于，步骤4的具体实现包括以下子步骤：

步骤4.1：门禁解码模块对步骤3中出示的二维码进行解码；

步骤4.2：门禁验证控制模块得到门禁解码模块解码出的门禁口令P’后，验证是否与住户密钥和口令分配模块分配的口令P相等；

若P’＝P，则验证通过，门禁验证控制模块控制门禁打开；

否则，验证不通过，门禁仍然保持关闭状态，并播放小区广告。

6.根据权利要求5所述的安全二维码门禁认证方法，其特征在于，步骤4.1的具体实现包括以下子步骤：

步骤4.1.1：门禁解码模块对步骤3.中出示的二维码进行扫描，得到载密码字序列D'；

步骤4.1.2：通过对载密码字序列D'进行纠错和解码得到用户的个人信息和时间戳组成的基本信息字符串C，并记录这些基本信息；

步骤4.1.3：使用密钥k作为随机比特生成器的种子，产生一定长度的随机比特串，一部分用来产生隐藏位置信息，另一部分用来解密口令码字序列；

步骤4.1.4：根据步骤4.1.3产生的随机比特串的一部分B₃、B₂产生的隐藏位置信息，提取码字长度信息c和加密后的门禁口令的码字序列d^*；

步骤4.1.5：根据步骤4.1.3产生的随机比特串的另一部分B₁对加密后口令码字序列d^*进行解密，得到门禁口令的码字序列d；

步骤4.1.6：对门禁口令的码字序列d进行纠错解码得到口令P'。