CN109614805B - 一种文档防伪图像的生成和识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种文档防伪图像的生成和识别方法及系统，生成方法包括步骤：（1）、设置防伪明文；（2）、设置加密图像；（3）、打印输出；识别方法包括步骤：（1）、获得加密图像；（2）、获得解密图像；（3）、利用图像识别算法获得解密图像中的图形；（4）、数据匹配；文档防伪打印驱动则包括防伪模块，文档防伪系统则包括打印驱动和设于打印驱动中的防伪模块，防伪模块均通过前述文档防伪的生成方法实现文档防伪。本发明用以解决现有技术中存在的嵌入防伪信息的防伪文档制作打印复杂、实现难度大、存在流通过程存在被篡改或破坏的危险，以及利用高精度复制设备仿造的危险，以及防伪信息被攻击或发觉后无法保护文档的问题。

Description

一种文档防伪图像的生成和识别方法及系统

技术领域

本发明属于印刷防伪技术领域，具体涉及一种文档防伪图像的生成和识别方法及系统。

背景技术

随着扫描仪、打印机、复印机等设备以及扫描、复制技术的飞速发展，合同、票据等重要经济价值的文档伪造变得相对容易，因而其伪造越来越猖獗，给国家机关、企事业单位、甚至整个社会带来巨大的经济损失，进而扰乱社会稳定。因此，目前，合同、票据等具有经济价值的文档的安全和防伪还面临着挑战，也是当今社会无法回避的问题。

打印输出信息的安全和防伪问题主要与三个方面相关：打印纸、打印油墨和打印内容。通过专用的防伪纸张和防伪油墨等方法虽能够提高输出信息的安全，抬高伪造的技术门槛和成本，但也增加了用户的防伪成本，且此类方法缺乏通用性，因此需要采用通用的纸张和油墨输出信息的防伪技术、系统和设备以满足市场需求。

目前，文档的防伪一般采用通过额外软件或系统的方式将水印信息嵌入底纹图像中，再利用图像处理软件或文字处理软件将底纹和其他内容(如文字)合成具有防伪功能的文档，最后从打印机打印和输出(如专利CN1709709A)。这些方法存在一定弊端：首先，其底纹文理的防伪能力较弱；其次，它需要操作者使用多个软件，手工操作工序多，防伪文档生成过程复杂；再其次，所有防伪信息的嵌入过程是在印前完成，制作完成的电子文档数据必须在一定渠道中流通和传播后，才能达到打印机等印刷输出设备，这也就不可避免的存在着在中间流通过程中被篡改或被破坏的风险；最后，这类方法中通常未对文档进行跟踪、溯源，一旦防伪信息遭受攻击或被发觉，无法对文档实现防伪。

加密技术是通过密码算术对数据进行转化，使之成为没有正确密钥任何人都无法读懂的报文，而这些以无法读懂的形式出现的数据一般被称为密文。其中，图像加密技术即是把图像数据信息转换为不可以辨识的形式的过程，其目的是使非授权接收方通过非常途径获取加密图像后也不能识别和解密。此技术在网络等领域内数字内容保护方面十分必要，因而数字图像加密保护成为信息保护的重要构成部分。

发明内容

本发明的目的是提供一种文档的防伪生成方法，该生成方法设置在打印设备的驱动中，包括以下步骤：

步骤(1)、设置防伪明文

设置防伪图形，将防伪图形转换为点阵图像；

获取点阵图像中防伪图形的形状，对防伪图形的形状进行编码，将编码加密存储于云端的数据库中；

获得具有防伪图形形状编码的点阵图像；

步骤(2)、图像加密

设定点阵图像加密的密钥，该密钥设置于云端的数据库中，云端将该密钥加密后发送至PC设备，PC设备解密后得到点阵图像加密的密钥；

根据点阵图像加密的密钥，利用混沌置乱算法对所述点阵图像的数据进行加密，得到加密图像；

步骤(3)、打印输出

获取需要打印的文档信息，将加密图像插入文档，打印输出防伪文档。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤(1)中将形状的编码存储于云端的数据库前先对其采用AES加密算法进行加密，所述步骤(1)编码的方法为采用Freeman链码进行编码，所述步骤(2)中云端将所述密钥加密的方法为AES加密方法。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤(3)还包括将打印机编号、PC设备的MAC编号、生成和打印的日期进行加密，然后发送到云端。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述文档信息从打印驱动中获取，所述PC设备与打印驱动相连接。

本发明的生成方法具有多重防伪效果，利用图像加密算法，通过设定不同明文(防伪图形)，即使使用高精度的复制设备(如扫描仪)也无法实现复制的方式仿造；经过加密的图像(即秘文)的纹理呈现随机分布，很难仿制其纹理，提高防伪文档的防伪效果；防伪文档产生和打印过程均封装在打印设备的驱动中，杜绝了其生成过程中可能产生的伪造的危险。

本发明的另一目的是提供一种文档防伪的识别方法，包括以下步骤：

步骤(1)、获得加密图像

扫描获取防伪文档中防伪区域的加密图像的照片；

步骤(2)、获得解密图像

向云端发出获取图像解密密钥的请求，云端发送一个加密处理的密钥，解密处理得到图像解密的密钥，利用混沌置乱算法解密获得解密图像；

步骤(3)、利用图像处理方法获得解密图像中的图形；

步骤(4)、数据匹配

对步骤(3)得到的图形形状进行编码，加密后传送至云端，云端解密得到识别图形的形状编码，与防伪文档生成时在云端存储的原始的形状编码进行匹配，如果匹配成功，则文档为防伪文档，向识别终端系统发送匹配成功信息，在识别终端显示文件真伪信息；如果匹配不成功，则判断此文档为伪造品。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤(3)图像处理方法为非局部平均去噪方法去噪或者大津阈值算法。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述步骤(4)中利用数据挖掘方法匹配云端数据。

本发明所提供的文档防伪的识别方法，匹配时只需要比较存储的原始形状链码和识别到的图形的链码，这样的方式，相较于直接比较两个图形，可避免扫描时旋转给形状识别带来的负面影响；防伪文档产生的同时其相关信息(如防伪信息本身、产生日期、产生设备编号等)均上传到云端，真伪鉴别不仅通过了防伪图案鉴定真伪，还通过了防伪信息查询能否跟踪此防伪信息，进一步判断文档的真伪。

本发明的另一目的是提供一种文档防伪打印驱动，包括防伪模块，防伪模块通过所述的文档防伪的生成方法实现文档防伪。

该文档防伪打印驱动，通过在其中设置防伪模块实现文档防伪的生成方法，采用这样的方式，可以避免加密图像在打印输出之前途径中间渠道传输中被篡改，即在驱动中利用该生成方法生成加密图像后即马上由打印驱动将其输出。

本发明还提供一种文档防伪系统，包括打印驱动和设于打印驱动中的防伪模块，防伪模块通过所述的文档防伪的生成方法实现文档防伪。

该文档防伪系统，其防伪文档的产生和打印过程均封装在打印驱动中，杜绝了其生成过程中可能产生的伪造的危险。

综上，本发明利用一种图像防伪技术，并结合网络技术，对合同、票据等具有重要经济价值的文档中的图像或图形信息进行加密，并依据加密的密钥建立与文档打印设备、打印时间和地点、防伪检测设备、检测时间、检测地点等信息的关联关系，实现对合同、票据等具有重要经济价值的文档进行线上线下跟踪、溯源。本发明用以解决现有技术中存在的嵌入防伪信息的防伪文档制作打印复杂、实现难度大、存在流通过程存在被篡改或破坏的危险，以及利用高精度复制设备仿造的危险，以及防伪信息被攻击或发觉后无法保护文档的问题；技术方案中包括文档防伪生成和打印过程的方法，文档防伪识别鉴别方法和基于云端技术的防伪文档跟踪、溯源系统，这些技术手段符合技术独占性、技术可靠性、识别简便性、辨认唯一性、防伪失效性等防伪要求。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为实施例中防伪文档中用于防伪但未进行防伪处理的图形的示意图；

图2为实施例中防伪文档中前述图形经过防伪处理后的防伪图标效果的示意图；

图3为实施例中加密图像在票据上的效果的示意图；

图4为实施例中加密图像在文档上的效果的示意图。

具体实施方式

现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。

本实施例中提供一种文档的防伪生成方法，该生成方法设置在打印设备的驱动中，包括以下步骤：

步骤(1)、设置防伪明文

设置防伪明文(防伪明文可以是图形、字符或者数字以及他们的组合)如图1所示，本实施例中优选防伪明文为图形，生成与防伪明文内容对应的点阵图像，待用；

采用Freeman链码的编码方法对图形进行编码，获得其形状的编码，设定图1中图形形状的Freeman链码的差码为“67166626”；

构建云端，其可以和打印设备连接的PC设备产生交互，将获得的形状的编码经过加密后存储于云端的数据库中；

步骤(2)、图像加密

设定图像加密的密钥：向云端发出请求，请求获取图像加密的密钥，云端监听端向打印设备连接的PC设备发送一个经AES加密方法加密的密钥，该打印设备驱动中设有本实施例的方法；本实施例中，经AES加密方法加密的密钥为“KGh4iAJMH1eWoZkJq1Uf+g＝＝”，PC设备接收后解密得到图像加密的密钥为“9837”；

对点阵图像数据进行加密：利用混沌置乱算法得到加密图像，该加密图像即为起到防伪造作用的加密图像，具体如下：

a.产生一个与原图像矩阵O(即前述点阵图像数据)相同大小的矩阵，并将其一列接一列的排成一列向量Z，且向量的各元素值均为0，利用密钥给向量Z各元素赋值如下：

z(0)＝key/10^-t

z(i+1)＝1-2z²(i)

i＝0,1,2,...,n*m-1 (1)

其中，n和m分别表示原始图像宽和高；t表示密钥key中数字个数，本实施例中，图像加密的密钥为“9837”，因此key＝9837时t＝4。

b.将向量Z各元素按降序排列得Z′，并得到新向量Z′各元素在原向量Z中的的位置，并由此位置组成一个位置矩阵I；将原始图像矩阵按一列接一列的排成一列向量V^O后，按照位置矩阵I重新排序向量V^O如下：

V^K(i)＝V^O(I(i))

i＝0,1,2,...,n*m-1 (2)

式(2)中，V^K表示混沌置乱后的向量，最后，将向量V^K重新排成n×m大小的加密图像O^K，得到加密图像，如图2所示。

步骤(3)、将加密图像插入文档并从打印输出

从打印机驱动中获取所要打印文档的尺寸，依据设定相对位置将加密图像插入到文档中的预设位置，驱动打印设备输出防伪文档，如图3所示。当然，加密图像还可以设置在票据上，如图4所示。

进一步的，

本实施例中在步骤(3)完成后，利用AES加密方法分别对加密图像中图形的编码、打印机编号、PC设备的MAC编号、生成和打印日期等信息进行加密，从与打印设备USB连接的PC设备上发送到云端上，并以非结构化的数据格式存储。

本实施例文档的防伪生成方法，加密图像在文档打印输出的过程中形成，采用本发明的方法生成的防伪文档，相对于未添加防伪信息的文档而言，其打印输出的页面上带有加密图像，该加密图像为原始图像通过混沌置乱算法加密后，以像素随机分布产生的，混沌置乱算法加密的密钥则由云端发送至打印机驱动，同时，发送的密钥为通过AES加密后的密钥，打印机驱动接收到后需经过解密才能获得混沌置乱算法加密的密钥，打印机驱动获得密钥后，将原始图像加密得到加密图像，在文档输出过程中，将加密图像合成到文档中，一并打印输出。另外，为了后续识别的准确性，将加密图像中图形的编码、文档生成日期、生成防伪文档电脑编码等信息加密传送到云端，并在云端建立一个数据库，存储这些信息。

本实施例中，加密后的图像(即秘文)的纹理呈现随机分布，很难伪造其纹理；用于加密的图形(即防伪明文)不受限制，可实现一个一个文档对应一个图形(如同一物一码)，因此即使复制了加密后图像(即秘文)，在未知密钥的情况下，也无法获知原始图形(即明文)，可对文档进行跟踪、溯源。当然，虽然本实施例中提供的防伪明文为图形的形式，本发明的防伪明文还可以是字符或者数字或者它们的组合。

基于前述可知，本实施例的防伪方法具有多重防伪效果：

(1)、利用图像加密算法获得防伪图案，此防伪图案复制、伪造难度大，提高防伪文档的防伪效果；

(2)、防伪文档产生和打印过程均封装在打印设备的驱动中，杜绝其过程中可能产生的伪造的危险；

(3)、防伪文档产生的同时其相关信息(如防伪信息本身、产生日期、产生设备编号等)均上传到云端，真伪鉴别不仅通过了防伪图案鉴定真伪，还通过了防伪信息查询能否跟踪此防伪信息，进一步判断文档的真伪。

本实施例中还提供一种文档的防伪识别方法，包括以下步骤：

步骤(1)、获得加密图像

利用本发明的防伪文档识别App调用智能手机摄像部件或利用与PC设备连接的第三方摄像头获取防伪文档中加密图像的照片；为了保证识别率，摄像头的分辨率不低于300dpi或摄像头所获照片的像素数不低于500万；

步骤(2)、获得解密图像

向云端发出获取图像解密密钥的请求，云端监听端向装有本发明防伪文档识别APP或PC设备软件的发送一个经AES加密方法加密的密钥，本实施例中为“KGh4iAJMH1eWoZkJq1Uf+g＝＝”，利用AES加密方法解密后得到图像加密的密钥为“9837”，然后利用前述公式(1)和公式(2)的混沌置乱算法解密获得解密后图像，此处混沌置乱算法为生成方法中加密过程的逆过程；

步骤(3)、利用图像处理方法获得图像中的图形

利用非局部平均去噪方法去噪、大津阈值算法等图像处理算法获得解密图像中图形的形状；由于步骤(1)在扫描获得加密图像的过程通常都具有噪声，但不会影响解密后图形的主体形状，例如获得形状的轮廓的线条却少一些像素，变得部分区域空心，因此需要图像处理算法处理从而获得解密图像中图形的形状；又如，扫描获得是灰度图像，解密图像需要是二值黑白图像，需要经过阈值处理从而获得解密图像中图形的形状；

步骤(4)、数据匹配

利用Freeman链码对所得图形形状进行编码，经过AES加密方法加密后，传送到云端，解密后得到步骤(3)中图形形状的Freeman链码，即得到识别到的图形的图形状编码，利用数据挖掘方法匹配云端数据(依据关键字段进行检索，检索的关键字段为形状编码)，即与防伪文档生成时在云端存储的原始的形状编码进行匹配，如匹配成功，在对应数据里添加识别的日期、识别设备的编号等信息。同时，向识别终端系统(如智能手机APP或PC设备软件)发送匹配成功信息，在识别终端显示文件真伪信息；如果匹配不成功，则判断此文档或票据为伪造品。

本发明文档的防伪识别方法，首先获得文档中的加密图像，经过混沌置乱算法解密得到解密图像，再通过图像处理算法获得图像中图形的形状，然后利用形状数算法编码对图形编码，匹配时只需要比较存储的原始形状链码和识别到的图形的链码，这样的方式，相较于直接比较两个图形，可避免扫描时旋转给形状识别带来的负面影响(如噪声的产生)。

本实施例中还提供一种文档防伪打印驱动，包括防伪模块，防伪模块通过文档防伪的生成方法实现文档防伪。该文档防伪打印驱动，通过在其中设置防伪模块实现文档防伪的生成方法，采用这样的方式，可以避免加密图像在打印输出之前途径中间渠道传输中被篡改，即在驱动中利用该生成方法生成加密图像后即马上由打印驱动将其输出。

本实施例中还提供一种文档防伪系统，包括打印驱动和设于打印驱动中的防伪模块，防伪模块通过所述的文档防伪的生成方法实现文档防伪。该文档防伪系统，其防伪文档的产生和打印过程均封装在打印驱动中，杜绝了其生成过程中可能产生的伪造的危险。

本实施例中还提供一种基于云端技术的防伪文档的溯源方法，包括以下步骤：

(1)、在生成防伪文档时，将加密图像中图形的编码、文档生成日期、生成防伪文档电脑编码等信息加密传送到云端，并在云端建立一个数据库，添加到对应已经存在防伪信息的数据中，存储这些信息；

(2)、在防伪文档识别时，依据获取的加密图像中图形的编码，在云端的数据中查询匹配，如果匹配成功，在对应数据中添加识别次数、识别时间、识别地点等字段，显示对应的文档生成日期、地点、打印设备型号等信息；如果匹配失败，防伪文档为伪造文档；

进一步地，前述数据上载都是采用非结构化的数据格式，云端在合适的时候通过模型将非结构化的原始数据进行结构化处理，然后留待数据挖掘系统进行后续的处理。

进一步地，与云端传输的数据均采用AES加密算法进行加密。

在此方法中，防伪文档生成和识别均与云端线上线下信息交互，实现文档真伪的验证、以及信息跟踪和溯源。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种文档防伪图像的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)、设置防伪明文

设置防伪图形，将防伪图形转换为点阵图像；

获取点阵图像中防伪图形的形状，对防伪图形的形状进行编码，将编码加密存储于云端的数据库中；所述步骤(1)编码的方法为采用Freeman链码进行编码；

获得具有防伪图形形状编码的点阵图像；

步骤(2)、图像加密

设定点阵图像加密的密钥，该密钥设置于云端的数据库中，云端将该密钥加密后发送至PC设备，PC设备解密后得到点阵图像加密的密钥；

根据点阵图像加密的密钥，利用混沌置乱算法对所述点阵图像的数据进行加密，得到文档防伪图像；

步骤(3)、打印输出

获取需要打印的文档信息，将文档防伪图像插入文档，打印输出防伪文档。

2.根据权利要求1所述的文档防伪图像的生成方法，其特征在于：所述步骤(1)中将编码加密存储于云端的数据库中采用的算法为AES加密算法，所述步骤(2)中云端将所述密钥加密的方法为AES加密算法。

3.根据权利要求1所述的文档防伪图像的生成方法，其特征在于：所述步骤(3)还包括将打印机编号、PC设备的MAC编号、生成和打印日期的信息进行加密，然后发送到云端。

4.根据权利要求1所述的文档防伪图像的生成方法，其特征在于：所述文档信息从打印驱动中获取，所述PC设备与打印驱动相连接。

5.根据如权利要求1-4中任一项所述的文档防伪图像的生成方法生成的文档防伪图像的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(a)、获得文档防伪图像

扫描获取防伪文档中文档防伪图像的照片；

步骤(b)、获得解密图像

向云端发出获取图像解密密钥的请求，云端发送一个加密处理的密钥，解密处理得到图像解密的密钥，利用混沌置乱算法解密获得解密图像；

步骤(c)、利用图像处理方法获得解密图像中的图形；

步骤(d)、数据匹配

对步骤(c)得到的图形形状进行编码，加密后传送至云端，云端解密得到识别图形的形状编码，与防伪文档生成时在云端存储的原始的形状编码进行匹配，如果匹配成功，则文档为防伪文档，向识别终端系统发送匹配成功信息，在识别终端显示文件真伪信息；如果匹配不成功，则判断此文档为伪造品。

6.根据权利要求5所述的文档防伪图像的生成方法生成的文档防伪图像的识别方法，其特征在于：所述步骤(c)图像处理方法为非局部平均去噪方法去噪或者大津阈值算法。

7.根据权利要求5所述的文档防伪图像的生成方法生成的文档防伪图像的识别方法，其特征在于：所述步骤(d)中数据匹配的方法为依据关键字段进行检索。

8.根据权利要求5所述的文档防伪图像的生成方法生成的文档防伪图像的识别方法，其特征在于：所述识别终端为智能手机或PC设备。

9.根据如权利要求1-4中任一项所述的文档防伪图像的生成方法实现的文档防伪系统，其特征在于，包括打印驱动，并且在所述打印驱动中设置了防伪模块，防伪模块通过权利要求4所述的文档防伪图像的生成方法实现文档防伪图像。

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