CN109902528A - 一种二维码的编解码方法 - Google Patents

Abstract

一种二维码的编解码方法，包括如下步骤：基于原始数据进行不可逆运算得到不可逆值A，并将原始数据和不可逆值进行整合后压缩形成核心信息；对核心信息进行加密后，进行编码并压缩后得到编码信息，并基于编码信息形成二维码；解码二维码，确定二维码方向后进行最终编码信息提取，将最终编码信息解压解密后分离数据，处理后获得有效数据信息和不可逆值A；将有效数据信息进行不可逆运算，得到不可逆值B；对比不可逆值A和不可逆值B的值，基于对比结果输出结果，该方法可以保证速度的同时，确保数据的安全，实现大容量存储。

Description

一种二维码的编解码方法

技术领域

本发明涉及计算机应用领域，涉及二维码技术，具体涉及一种二维码的编解码方法。

背景技术

随着社会的发展，二维码识别、支付技术快速发展，其成为了人们生活中重要的方式。二维码是用特定的集合图形按照一定的规律在二维方向上的平面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，通常由二维码阵和二维码号，以及下方的说明文字组成，具有信息量大，纠错能力强，识别速度快，全方位识读等特点，其应用领域广泛。

现有技术中，专利公开号为CN102034127A的中国专利申请，其公开了一种大容量二维条码系统及其编码方法。大容量二维条码由定位区，定位间隔区，数据区所组成。定位区又由定位虚线外框，定位点，定位信息单位，定时单元所组成。数据区由头文件区和编码信息区所组成。该二维条码中使用了信息压缩，信息编码，以及信息加密技术。该二维条码可控制纠错编码的纠错等级，编码的信息量的大小，以及信息的压缩方法，并可控制信息的加密方法。解码时，可根据该二维码的头文件信息进行动态解码。该二维码具有容量大，可快速定位，全方位读码，并可对信息加密，可指定持有特殊的解密密钥，或指定的解密设备才能对该二维码的信息进行解读的多项特点。然而该编码流程，虽然可以实现数据的呈现，但是该编码流程并不能保证信息的安全。即该流程中，只实现了直接的信息加密编码，所以在解码时并不能确保所加密的信息没被篡改；该设计中，对头文件进行了RS编码。这个步骤是由于头文件信息过分集中，必须通过RS编码来确保数据的完整性。但是这个步骤是相当耗时的过程，会影响编码速度。而且RS编码之后的数据是相对比较占空间的，这会导致主体信息内容的减少；在解码时，因为主要信息区需要头文件的参数才能进行，所以主要信息区的数据必须在头文件RS解码之后。RS解码过程，同样增加了解码的时间。

专利公开号为CN103295046A的中国专利申请，其公开了用于生成和使用安全二维码的方法，包括：a)接收发布方的证书信息、认证信息和想要发布的发布内容；b)生成所述发布内容的数字摘要；c)使用与所述证书信息相对应的加密密钥对所述认证信息和所述数字摘要进行加密，以获得加密信息；以及d)将所述发布内容、所述证书信息、以及所述加密信息编码为二维码形式，以获得安全二维码。然而，该设计中需要在编码过程中，将内容的数字摘要放入二维码中，该步骤确实可以达到一定程度的数据内容核验，但是却不能保证100％核验成功；所涉及的密钥，是对应于信息的内容(证书)。也就是每一个信息内容(证书信息)所对应的二维码，都需要为其生成一个密钥。当生成的二维码数量过大的时候，该设计将导致速度隐患。并且，上述设计中并没有涉及数据压缩，也没有设计数据分区。所以该设计对于容量上的考虑，还有所欠缺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二维码的编解码方法，可以保证速度的同时，确保数据的安全，实现大容量存储。

本发明提供了一种二维码的编解码方法，包括如下步骤：

基于原始数据进行不可逆运算得到不可逆值A，并将原始数据和不可逆值进行整合后压缩形成核心信息；

对核心信息进行加密后，进行编码并压缩后得到编码信息，并基于编码信息形成二维码；

解码二维码，确定二维码方向后进行最终编码信息提取，将最终编码信息解压解密后分离数据，处理后获得有效数据信息和不可逆值A；

将有效数据信息进行不可逆运算，得到不可逆值B；

对比不可逆值A和不可逆值B的值，基于对比结果输出结果。

进一步地，还包括对编码信息进行容错计算，得到完整编码的步骤。

进一步地，还包括根据完整编码长度选择和/或计算必要参数的步骤。

进一步地，必要参数包括版本号，掩膜版本，信息分块数、各个分区参数和/或容错信息。

进一步地，还包括对完整编码进行分块后实现编码重组，得到最终编码信息的步骤。

进一步地，还包括必要参数和最终编码信息整合形成基本信息的步骤。

进一步地，还包括为基本信息设置方向标记得到上，下基本信息的步骤。

进一步地，所述基于编码信息形成二维码的步骤具体为：基于最终编码信息和上、下基本信息形成二维码。

进一步地，所述上、下基本信息按图形轮廓，顺时针填充到基本信息区；最终编码数据，根据数据分区以及数据区内单位区的划分和顺序填充数据。

进一步地，所述不可逆运算为通过输入获得结果却不能通过结果反推输入的算法。

进一步地，所述压缩采用字符串压缩算法。

进一步地，所述编码并压缩采用二进制编码压缩算法。

进一步地，所述容错计算包括确定容错参数。

进一步地，所述容错参数小于40％。

进一步地，所述解码二维码，确定二维码方向的步骤包括：根据定位点类型，捕捉定位点后获取基本信息，并基于基本信息确定二维码方向。

进一步地，定位点包括主定位点以及辅助定位点。

进一步地，所述处理后获得有效数据信息包括进行容错计算反推原始数据，矫正错误数据点的步骤。

本发明的二维码编解码方法，利用完整的不可逆值的对比，可以保证最终显示数据的100％安全性；对于局部数据的加密简化，可以减少编码及解码的时间，保证了生成及识别的速度；通过根据完整编码的长度，判断版本模型，调整数据区参数的设计，可以极大的优化数据的存储容量。

附图说明

图1为编码流程图；

图2为解码流程图；

图3为适用二维码的结构；

图4为适用二维码的具体结构图；

附图标记说明：100-定位点，101-基本信息区，102-外边框，104-辅助定位点，103-间隔区，106-伪装间隔区，201-A数据区单位区划分，202-B数据区单位区划分，203-C数据区单位区划分。

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种二维码的编解码方法，其流程如图1和图2所示。

本技术发明旨在实现数据的安全，保证数据的安全在二维码使用过程中至关重要。二维码使用中的其他要素，如速度、容量、美观等，都是必须在数据安全的前提下。

本发明通过在编码内容中加入完整的数据不可逆运算值，来保证数据的安全。主要实现过程，是通过对比解码之后获得的内容的不可逆值和原有的存储在二维码中的真实不可逆值。如果一致，则说明数据未被篡改；如果不一致，那么数据可能不完整，或者数据被改动过。此外，本发明对核心信息进行了非对称加密，对编码信息进行容错计算以及对编码进行分块重组等操作，都为数据的安全做了保障。

为了保证速度，本二维码编码过程中对于基本信息并没有做过多的加密，因为加密解密过程是相当耗时的，特别是RSA加密解密过程。因为二维码的基本信息位置的特殊性，而且基本信息拥有自己的一套数据排列规则，其他人想获得或者试图破解该基本信息含义还是有很大难度的。即使他人获得基本信息，也不会影响主体数据的泄漏，因为只是单单的一个版本号，掩膜版号等信息，对于别人来说是没有意义的。因此减少或者放弃对基本信息的加密是可以的。

本发明也对存储容量做了优化。首先在编码过程，本发明是通过计算完整编码信息来选择其对应的版本V。该步骤可以保证该版本可以有足够容量去容纳当前完整编码信息的同时，还可以通过各分区参数的调整来减少数据补位，达到优化容量的效果。

本发明的编码过程中存放的完整不可逆值可以保证最终显示数据的100％安全性。编码及解码过程中，减少了过多的加密步骤，特别是对于一些关键性的且不必要的加密步骤，保证了生成及识别的速度。对于二维码的容量上，本发明通过版本选择及其版本内分区参数的调整，最终达到存储容量的最优化。

具体的，在编码的过程中，包括如下步骤：

1.原始数据不可逆运算得到不可逆值A；

不可逆运算代表了所有只能通过输入获得结果却不能通过结果反推输入的算法。

2.原始数据与完整不可逆值A整合并压缩，形成核心信息；

压缩算法，可以是任意的公开的和未公开的字符串压缩算法；

3.核心信息进行加密，形成加密核心信息；

上述加密过程为任意的非对称/对称加密方法。

其中，对于非对称加密算法，通常需要两个密钥：公开密钥(publickey)和私有密钥(privatekey)。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。非对称密码体制的特点是算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥。所以保证其安全性就是保证密钥的安全，而非对称密钥体制有两种密钥，其中一个是公开的，这样就可以不需要像对称密码那样传输对方的密钥，故安全性就大了很多。其中，RSA算法是目前最有影响力的非对称加密算法之一。

4.对加密核心信息进行二进制编码并压缩，得到编码信息；

这里的压缩算法，可以以任意对于“0”、“1”形式二进制内容的处理算法；

5.编码信息做容错计算，得到完整编码；

上述容错计算过程中，需要确定容错参数。由于容错参数，直接影响到了完整编码的长度。而且其影响是正向的，即若容错参数越大，计算得到的完整编码越长。为了保证真实数据的容量，一般容错小于40％；

6.根据完整编码长度选择或/且计算必要参数；

上述必要参数，包括版本号V、掩膜版本号M、信息分块数N以及各个分区参数P。

版本号V决定了二维码的结构及数据分区。掩膜版本号M可以保证数据安全的同时，美化了整体显示图形。信息分块N为数据安全再次加了一层保护。各个分区参数P，主要根据数据内容，对图形内的数据分区做优化而产生。参数V、P使得单位面积的数据容量最大化。

7.完整编码进行分块，实现编码重组，得到最终编码信息；

对编码按一定规则打乱重置，增强数据安全性；

8.将所有涉及的参数等信息整合编码形成基本信息；

上述所有涉及参数指的是V、M、N、P、E等参数；

9.为基本信息设置方向标记得到上、下基本信息；

设置上、下基本信息主要是为了起到定向作用以及确保基本信息的安全。为了加快识别速度，本设计并未对基本信息做容错计算。一般容错计算的结果是数据本身的三倍，而本计算中是数据本身的两倍，所以数据容量是相对减少的。

10.根据参数，实现数据补位；

这里的参数主要是版本号所对应的二维码参数，包括数据分区个数、位置等，以及各分区参数；

11.将所有编码信息放置到二维码指定区域，形成二维码；

所述所有编码信息，包括上、下基本信息，及最终编码数据。

上、下基本信息，需要按图形轮廓，顺时针填充基本信息区。而最终编码数据，则需要根据数据分区以及数据区内单位区的划分和顺序填充数据。

形成二维码的过程还包括，根据版本号绘制定位点及外部轮廓等步骤。

具体的，在解码的过程中，包括如下步骤：

1.扫描二维码，并做图像处理；

图像处理包括灰度处理，矫正处理，锐化处理等常规图像处理技术；

2.根据定位点类型，捕捉定位点；

这里定位点，包括主定位点，以及辅助定位点。

主定位点必须清晰，数量不能多不能少。主定位点不齐，就被视为数据不全，无法识别。对于辅助定位点，尽量捕捉完全，但是如果有辅助定位点缺失，也可以进入后续识别过程。辅助定位点，不影响识别成功率，只影响识别速度；

3.获取基本信息，并确定二维码方向；

基本信息的位置在数据区的边缘，而且设有浅色隔离区。该设置可以增加基本信息的识别率。基本信息分为上、下信息区。

在识别过程中，先以图形左上第一定位点为基准，按顺时针读取其右边的信息区数据直到碰到图形右下第三定位点。数据分析，确保数据完整有效。如数据完整，进入下一步骤，如数据不完整，从第三定位点继续读取数据直到顺时针回到第一定位点。然后，做第二次数据分析。数据完整，进入下一步，如果数据不完整，回到扫描步骤。数据分析之后可以得到版本信息，掩膜版信息，定向信息，容错系数，各分区参数，分块信息等数据；

4.数据区全部转化成点阵，按掩膜版反计算；

将二维码主数据区转化为数字点阵。掩膜版需要根据各分区参数做数据调整。再按掩膜版反计算数字点阵。

5.按顺序读取数据区数字点阵上的数据，提取最终编码信息；

对于数字点阵的数据读取，是按一定顺序的。首先按分区读取，数据区被分为ABC三大分区。各个分区内都是由各个单位区组成，每个分区内的单位区都不相同。单位区之间的数据连接是按流水线形式串接，当然每个区都有特定流水线。各分区数据读取完成之后，再整合。之后还要根据分块信息进行反计算，最后得到编码信息；

6.容错计算，矫正错误数据点；

由于二维码本身可能存在数据破损，还有拍摄过程中存在的噪点，都会导致数据缺失或者数据错误。所以必须依靠容错计算来反推原始数据的内容。

7.解压解密，分离数据，获得数据信息及不可逆值A；

根据编码过程中的加密算法，反向逐个解码。分离数据内容，这里主要是提取不可逆值A,除去容错系数得到有效数据信息；

8.将有效数据信息进行不可逆运算，得到不可逆值B；

对比A、B的值，输出结果。

尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (14)

1.一种二维码的编解码方法，其特征在于，包括如下步骤：

基于原始数据进行不可逆运算得到不可逆值A，并将原始数据和不可逆值进行整合后压缩形成核心信息；

对核心信息进行加密后，进行编码并压缩后得到编码信息，并基于编码信息形成二维码；

解码二维码，确定二维码方向后进行最终编码信息提取，将最终编码信息解压解密后分离数据，处理后获得有效数据信息和不可逆值A；

将有效数据信息进行不可逆运算，得到不可逆值B；

对比不可逆值A和不可逆值B的值，基于对比结果输出结果。

2.如权利要求1所述的编解码方法，其特征在于：还包括对编码信息进行容错计算，得到完整编码的步骤。

3.如权利要求2所述的编解码方法，其特征在于：还包括根据完整编码长度选择和/或计算必要参数的步骤。

4.如权利要求1所述的编解码方法，其特征在于：必要参数包括版本号，掩膜版本号，信息分块数、各个分区参数和/或容错信息。

5.如权利要求2-4任一项所述的编解码方法，其特征在于：还包括对完整编码进行分块后实现编码重组，得到最终编码信息的步骤。

6.如权利要求5所述的编解码方法，其特征在于：还包括必要参数和最终编码信息整合形成基本信息的步骤。

7.如权利要求6所述的编解码方法，其特征在于：还包括为基本信息设置方向标记得到上、下基本信息的步骤。

8.如权利要求7所述的编解码方法，其特征在于：所述基于编码信息形成二维码的步骤具体为：基于最终编码信息和上、下基本信息形成二维码。

9.如权利要求7或8所述的编解码方法，其特征在于：所述上、下基本信息按图形轮廓，顺时针填充到基本信息区；最终编码数据，根据数据分区以及数据区内单位区的划分和顺序填充数据。

10.如权利要求2所述的编解码方法，其特征在于：所述容错计算包括确定容错参数。

11.如权利要求10所述的编解码方法，其特征在于：所述容错参数小于40％。

12.如权利要求1，6-8，10-11中任一项所述的编解码方法，其特征在于：所述解码二维码，确定二维码方向的步骤包括：根据定位点类型，捕捉定位点后获取基本信息，并基于基本信息确定二维码方向。

13.如权利要求12所述的编解码方法，其特征在于：定位点包括主定位点以及辅助定位点。

14.如权利要求1或13所述的编解码方法，其特征在于：所述处理后获得有效数据信息包括进行容错计算反推原始数据，矫正错误数据点的步骤。