CN110225027A - 一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法及系统，所述方法包括：设置单向隔离通道以及物理隔离的网络A和网络B，并在发送端主机系统中建立三维码编码处理器和显示设备，在接收端主机系统中建立三维码解码处理器和图像识别设备，通过三维编码处理器对网络A传输的数据进行三维编码，同时将生产的彩色色值样本存储在调色板字段中，然后通过图像识别设备将显示设备上显示的三维码图像传输给三维码解码处理器进行数据还原，从而完成在单项隔离通道中隔离网间数据摆渡。本发明通过将三维码技术结合存储于调色板字段中的彩色色值判断图像传输过程中的彩色失真程度来完成隔离网间单向数据摆渡，具有传输效率高和传输安全可靠的特点。

Description

一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法及系统
技术领域
本发明涉及到信息安全和网络数据交换技术领域，尤其涉及一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法及系统。
背景技术
国家保密局2000年1月1日起颁布实施的《计算机信息系统国际互联网保密管理规定》对国家机要部门使用互联网规定如下：“涉及国家秘密的计算机信息系统，不得直接或间接的与国际互联网或其他公共信息网络链接，必须实行‘物理隔离’。”所谓“物理隔离”是指内部局域网如果在任何时间都不存在与互联网等外部网络直接的物理连接，则该内部网络安全才能得到真正的保护。
因此，目前对于一些计算机网络要求比较高的领域，比如军工、科研、企业研发等机构，为了保证内部局域网信息的安全，都会建立一个专用的内部网络，通过物理隔离的方式和外部网络相隔绝。这样，虽然对于内部网络的安全性有了很大的提高，但是为内外网的信息交互带来了很多的不便。而数据交互、信息共享又是必不可少的，因此目前在相关的领域，多采用刻录只读光盘，以及使用安全U盘的方式来进行信息的传递。但是上述的解决方案，还是在一定程度上使内部网络与外部网络之间通过光盘或者U盘存在一定的“物理连接”，成为采用“摆渡攻击技术”病毒的滋生土壤，对内部网络的安全构成了巨大的威胁，并在一定程度上不可避免地带来了诸如交互周期长、效率低，日志审计复杂等问题。
目前，针对完全物理隔离的网间的数据摆渡方法，已经有了较为行之有效的解决方案，诸如使用二维码技术，结合模拟人眼识别设备进行数据在隔离网间摆渡，但是该方案传输效率又受到二维码单图像本身的制约，导致对较大内存体积的数据，表现不好。所以进一步提升数据的传输效率又成为了本技术领域新的重要课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法，通过将三维码技术应用在隔离网间进行单向数据摆渡，既保证了隔离网间单向数据摆渡的安全可靠性和传输效率，又避免了人工操作带来的不可控因素，解决了现存网闸的不安全因素，实现了外部网络与涉密网络之间的物理隔离。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法，所述方法包括：
S1、设置两个通过单向隔离通道进行物理隔离且安全级别不同的网络A和网络B，并在与网络A连接的发送端主机系统中设置三维码编码处理器和显示设备，在与网络B连接的接收端主机系统中设置三维码解码处理器和图像识别设备；
S2、通过三维码编码处理器对发送端主机系统接收的网络A传输数据进行二维编码，得到黑白二维码图像；
S3、根据设定的编码进制，通过三维码编码处理器调整所述步骤S2中黑白二维码图像的色值灰度，生成对应编码进制的彩色色值，并利用生成的彩色色值将黑白二维码图像中的黑白像素块替换为彩色像素块，得到三维码图像，同时将彩色色值样本存储于三维码图像中的调色板字段上，得到具有调色板字段的三维码图像；
S4、利用三维码编码处理器中的颜色分离器设定冗余率，并在所述步骤S3得到的具有调色板字段的三维码图像中写入冗余数据，然后将写入冗余数据的三维码图像发送至显示设备上进行显示；
S5、利用接收端主机系统中图像识别设备识别接收所述步骤S4中显示设备上的三维码图像数据，并通过三维码解码处理器中的颜色分类器结合图像识别设备所识别接收的三维码图像中调色板字段存储的彩色色值样本判断所识别接收的三维码图像彩色失真程度，然后对比每个彩色像素块的色值，还原出黑白二维码数据；
S6、通过三维码解码处理器结合所述步骤S4中写入的冗余数据将所述步骤S5中还原出来的黑白二维码数据还原成原始数据，从而完成单向物理隔离通道中隔离网间的数据摆渡。
作为上述技术方案的进一步优化，所述步骤S3中的调色板字段位于三维码图像的边界区域且与三维码图像边界处不相连。
作为上述技术方案的进一步优化，所述调色板字段与三维码图像边界处通过不同灰度进行区分。
作为上述技术方案的进一步优化，所述步骤S4中三维码编码处理器中的颜色分离器采用K-means集群方法设定冗余率。
作为上述技术方案的进一步优化，所述步骤S5中三维码解码处理器中的颜色分类器结合图像识别设备所识别接收的三维码图像中调色板字段存储的彩色色值样本判断所识别接收的三维码图像彩色失真程度包括以下步骤：
S51、对颜色分类器进行训练，提供若干条形码图像样本，并通过颜色分类器分别计算每个样本的一个颜色特性并分配一个关联的颜色标签，
S52、将所述步骤S51中所有经过训练的条形码图像样本存储添加到颜色分类器中，得到一个经过训练的颜色分类器；
S53、通过所述步骤S52中的颜色分类器计算所识别接收的三维码图像中的颜色特性，并利用颜色分类器中的颜色标签与三维码图像中每个未标记的颜色进行关联分类；
S54、通过所述步骤S53中关联分类的三维码图像并结合图像识别设备所识别接收的三维码图像中调色板字段存储的彩色色值样本判断所识别接收的三维码图像彩色失真程度。
一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡系统，所述系统包括：
通过单向隔离通道物理隔离的两个安全级别不同的网络A和网络B；
三维码编码处理器，设置于与网络A连接的发送端主机系统中，对网络A传输数据进行三维编码；
调色板字段，设于三维码图像中，用于存储三维码编码处理器生成的彩色色值样本；
显示设备，设于单向隔离通道中，与三维码编码处理器连接，用于接收和显示三维码编码处理器传输的三维码图像；
三维码解码处理器，设于与网络B连接的接收端主机系统中，对三维码图像进行解码以释放数据，从而完成隔离网间单向数据摆渡；
图像识别设备，设于单向隔离通道中，与三维码解码处理器连接，用于识别接收显示设备显示的三维码图像，并将接收的三维码图像传输给三维码解码处理器。
作为上述技术方案的进一步优化，所述显示设备为显示屏。
作为上述技术方案的进一步优化，所述图像识别设备为摄像头。
与现有技术比较，本发明利用单向隔离通道实现了外部网络与涉密网络之间的物理隔离，同时将三维码技术应用于隔离网间单向数据摆渡，并通过与三维码图像中设置的调色板字段结合来判断三维码图像传输过程中的彩色失真程度，从而完成隔离网间单向数据摆渡，具有传输效率高以及传输安全可靠的特点。
附图说明
图1是本发明一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法的流程图，
图2是本发明中的三维码图像，
图3是本发明一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡系统结构框图，
图4是本发明中通过三维码解码处理器判断三维码图像彩色失真程度流程图。
图中：1、三维码图像，2、调色板字段，3网络A，4.网络B，5.发送端主机系统，6.接收端主机系统，7.三维码编码处理器，8.三维码解码处理器，9.显示设备，10.图像识别设备。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1、图2所示，一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法，所述方法包括：
S1、设置两个通过单向隔离通道进行物理隔离且安全级别不同的网络A和网络B，并在与网络A连接的发送端主机系统中设置三维码编码处理器和显示设备，在与网络B连接的接收端主机系统中设置三维码解码处理器和图像识别设备；
S2、通过三维码编码处理器对发送端主机系统接收的网络A传输数据进行二维编码，得到黑白二维码图像；
S3、根据设定的编码进制，通过三维码编码处理器调整所述步骤S2中黑白二维码图像的色值灰度，生成对应编码进制的彩色色值，并利用生成的彩色色值将黑白二维码图像中的黑白像素块替换为彩色像素块，得到三维码图像，同时将彩色色值样本存储于三维码图像中的调色板字段上，得到具有调色板字段的三维码图像；
S4、利用三维码编码处理器中的颜色分离器设定冗余率，并在所述步骤S3得到的具有调色板字段的三维码图像中写入冗余数据，然后将写入冗余数据的三维码图像发送至显示设备上进行显示；
S5、利用接收端主机系统中图像识别设备识别接收所述步骤S4中显示设备上的三维码图像数据，并通过三维码解码处理器中的颜色分类器结合图像识别设备所识别接收的三维码图像中调色板字段存储的彩色色值样本判断所识别接收的三维码图像彩色失真程度，然后对比每个彩色像素块的色值，还原出黑白二维码数据；
S6、通过三维码解码处理器结合所述步骤S4中写入的冗余数据将所述步骤S5中还原出来的黑白二维码数据还原成原始数据，从而完成单向物理隔离通道中隔离网间的数据摆渡。
本实施例中，通过设置两个通过单向隔离通道进行物理隔离且安全级别不同的网络A和网络B，实现了外部网络与涉密网络之间的物理隔离，同时利用三维码编码处理器对网络A传输的数据进行三维编码，并在三维码图像内的调色板字段上存储所生成的彩色色值样本，然后通过图像识别设备和显示设备结合，将三维码图像传输至三维码解码处理器中进行解码，通过颜色分类器和调色板字段上存储的彩色色值样本对比三维码图像的彩色失真程度，根据三维码图像的失真程度，对该图像重新渲染，生成不失真的彩色三维码图像，然后再重新进行扫描，并通过颜色分类器对彩色像素进行分类，则可以根据选择的编码机制还原出处于多维的黑白二维码数据图像，从而还原出原始传输数据，实现单向物理隔离通道中隔离网间的数据摆渡。
如图2所示，所述步骤S3中的调色板字段2位于三维码图像的边界区域且与三维码图像边界处不相连。本实施例中，所述调色板字段2距离位置检测模式区域较远，因此保证了三维码对局部失真的鲁棒性。
如图2所示，所述调色板字段2与三维码图像边界处通过不同灰度进行区分。本实施例中，所述调色板字段2与三维码图像边界之间的灰度值不同，可根据不同灰度进行区分，当对三维码图像1进行解码时，三维码解码处理器8将根据调色板字段2上存储的彩色色值样本去判断彩色失真程度，并将有关信息作为参数传入颜色分类器。
如图1所示，所述步骤S4中三维码编码处理器7中的颜色分离器采用K-means集群方法设定冗余率。本实施例中，由于图像彩色模式的引入，数据容量将会增大，为了保证三维码图像1能够在解码过程中顺利转换为数据，必须适当增加冗余数据的大小以保证效果，但是，冗余数据的增大，势必会降低有效数据的数据密度，一定程度上降低了三维码技术的优势，因此，通过在三维码编码处理器7中的颜色分离器采用K-means集群方法，可求得一个最合适的冗余率以权衡其识别可靠性和数据密度。
如图3所示，所述步骤S5中三维码解码处理器8中的颜色分类器结合图像识别设备所识别接收的三维码图像中调色板字段存储的彩色色值样本判断所识别接收的三维码图像彩色失真程度包括以下步骤：
S51、对颜色分类器进行训练，提供若干条形码图像样本，并通过颜色分类器分别计算每个样本的一个颜色特性并分配一个关联的颜色标签；
S52、将所述步骤S51中所有经过训练的条形码图像样本存储添加到颜色分类器中，得到一个经过训练的颜色分类器；
S53、通过所述步骤S52中的颜色分类器计算所识别接收的三维码图像中的颜色特性，并利用颜色分类器中的颜色标签与三维码图像中每个未标记的颜色进行关联分类；
S54、通过所述步骤S53中关联分类的三维码图像并结合图像识别设备所识别接收的三维码图像中调色板字段存储的彩色色值样本判断所识别接收的三维码图像彩色失真程度。
如图4所示，一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡系统，所述系统包括：
通过单向隔离通道物理隔离的两个安全级别不同的网络A和网络B；
三维码编码处理器7，设置于与网络A连接的发送端主机系统5中，对网络A传输数据进行三维编码；
调色板字段2，设于三维码图像1中，用于存储三维码编码处理器7生成的彩色色值样本；
显示设备9，设于单向隔离通道中，与三维码编码处理器7连接，用于接收和显示三维码编码处理器7传输的三维码图像1；
三维码解码处理器8，设于与网络B连接的接收端主机系统6中，对三维码图像1进行解码以释放数据，从而完成隔离网间单向数据摆渡；
图像识别设备10，设于单向隔离通道中，与三维码解码处理器8连接，用于识别接收显示设备显示的三维码图像1，并将接收的三维码图像1传输给三维码解码处理器8。
本实施例中，所述隔离网间单向数据摆渡系统利用三维码技术，并通过调色板字段2与三维码解码处理器8结合对单向摆渡数据进行解码还原，保证了单向摆渡数据的稳定可靠性，同时该隔离网间单向数据摆渡系统实具有高效率和高安全性的特点。
如图4所示，所述显示设备9为显示屏。本实施例中，所述显示设备9为显示屏。在其他实施例中，也可以是将三维码图像1进行显示的其他设备。
如图4所示，所述图像识别设备10为摄像头。本实施例中，所述图像识别设备10为摄像头，在其他实施例中，也可以是其他图像识别设备。
以上对本发明所提供的一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、设置两个通过单向隔离通道进行物理隔离且安全级别不同的网络A和网络B，并在与网络A连接的发送端主机系统中设置三维码编码处理器和显示设备，在与网络B连接的接收端主机系统中设置三维码解码处理器和图像识别设备；
S2、通过三维码编码处理器对发送端主机系统接收的网络A传输数据进行二维编码，得到黑白二维码图像；
S3、根据设定的编码进制，通过三维码编码处理器调整所述步骤S2中黑白二维码图像的色值灰度，生成对应编码进制的彩色色值，并利用生成的彩色色值将黑白二维码图像中的黑白像素块替换为彩色像素块，得到三维码图像，同时将彩色色值样本存储于三维码图像中的调色板字段上，得到具有调色板字段的三维码图像；
S4、利用三维码编码处理器中的颜色分离器设定冗余率，并在所述步骤S3得到的具有调色板字段的三维码图像中写入冗余数据，然后将写入冗余数据的三维码图像发送至显示设备上进行显示；
S5、利用接收端主机系统中图像识别设备识别接收所述步骤S4中显示设备上的三维码图像数据，并通过三维码解码处理器中的颜色分类器结合图像识别设备所识别接收的三维码图像中调色板字段存储的彩色色值样本判断所识别接收的三维码图像彩色失真程度，然后对比每个彩色像素块的色值，还原出黑白二维码数据；
S6、通过三维码解码处理器结合所述步骤S4中写入的冗余数据将所述步骤S5中还原出来的黑白二维码数据还原成原始数据，从而完成单向物理隔离通道中隔离网间的数据摆渡。
2.如权利要求1所述的基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法，其特征在于，所述步骤S3中的调色板字段位于三维码图像的边界区域且与三维码图像边界处不相连。
3.如权利要求2所述的基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法，其特征在于，所述调色板字段与三维码图像边界处通过不同灰度进行区分。
4.如权利要求3所述的基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法，其特征在于，所述步骤S4中三维码编码处理器中的颜色分离器采用K-means集群方法设定冗余率。
5.如权利要求4所述的基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡方法，其特征在于，所述步骤S5中三维码解码处理器中的颜色分类器结合图像识别设备所识别接收的三维码图像中调色板字段存储的彩色色值样本判断所识别接收的三维码图像彩色失真程度包括以下步骤：
S51、对颜色分类器进行训练，提供若干条形码图像样本，并通过颜色分类器分别计算每个样本的一个颜色特性并分配一个关联的颜色标签，
S52、将所述步骤S51中所有经过训练的条形码图像样本存储添加到颜色分类器中，得到一个经过训练的颜色分类器；
S53、通过所述步骤S52中的颜色分类器计算所识别接收的三维码图像中的颜色特性，并利用颜色分类器中的颜色标签与三维码图像中每个未标记的颜色进行关联分类；
S54、通过所述步骤S53中关联分类的三维码图像并结合图像识别设备所识别接收的三维码图像中调色板字段存储的彩色色值样本判断所识别接收的三维码图像彩色失真程度。
6.一种基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡系统，其特征在于，所述系统包括：
通过单向隔离通道物理隔离的两个安全级别不同的网络A和网络B；
三维码编码处理器，设置于与网络A连接的发送端主机系统中，对网络A传输数据进行三维编码；
调色板字段，设于三维码图像中，用于存储三维码编码处理器生成的彩色色值样本；
显示设备，设于单向隔离通道中，与三维码编码处理器连接，用于接收和显示三维码编码处理器传输的三维码图像；
三维码解码处理器，设于与网络B连接的接收端主机系统中，对三维码图像进行解码以释放数据，从而完成隔离网间单向数据摆渡；
图像识别设备，设于单向隔离通道中，与三维码解码处理器连接，用于识别接收显示设备显示的三维码图像，并将接收的三维码图像传输给三维码解码处理器。
7.如权利要求6所述的基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡系统，其特征在于，所述显示设备为显示屏。
8.如权利要求7所述的基于三维码技术的隔离网间单向数据摆渡系统，其特征在于，所述图像识别设备为摄像头。
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