CN111368960B - 一种量子防伪二维码生成方法及扫描方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种量子防伪二维码生成方法及扫描方法，包括：使用量子随机数种子与产品信息异或形成初始二维码图像；将量子随机数种子的数字图像作为数字水印图像；对数字水印图像做预补偿；通过DCT变换与奇异值分解叠加初始二维码图像与预补偿后的数字水印图像，形成产品二维码。扫描时对扫描图像进行分块DCT与奇异值分解，与数据库中存储的预补偿后的数字水印信息比对，进行反奇异值变换与反DCT变换，得到预补偿后的数字水印图像；将水印图像中的数字与数据库中的量子随机数种子比对确认真假；将二维码携带信息与水印图像中数字异或得到产品信息。本发明采用真随机且产生速率高的量子随机数实现真正的一物一码，采用数字水印技术实现二维码的防伪。

Description

一种量子防伪二维码生成方法及扫描方法
技术领域
本发明涉及商品防伪技术领域，尤其涉及一种量子防伪二维码生成方法及扫描方法。
背景技术
二维码能够在平面的横向和纵向两个方位同时表达信息，因此可在很小的面积内表达大量的信息，是记录数据符号信息的新一代条码技术，具有信息容量大，编码范围广，容错能力强，编译可靠性高，成本低、易制作等优点。与现在广泛应用的移动终端结合，二维码可以指向任何网址、文字、图片、视频。
二维码在产品溯源、移动互联网等方面已经得到普及应用，烟酒等高价值快消品及奢侈品均对于二维码的产品溯源、真伪辨别具有极大需求。
现有的二维码通常是把编产品基本信息码在二维码中，供用户扫描识别使用，并不具备防伪功能，很容易被伪造复制。造假者只要使用通用的二维码编码器，就可任意扫描产品上的二维码，并获知二维码内容，从而伪造出用户无法分辨真假的二维码；或者直接批量复制印刷产品二维码，造出大量重复的二维码。
由此可见，普通的二维码存在着颇多安全隐患，其防伪技术还有待改进和发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种一种量子防伪二维码生成方法及扫描方法，本发明将量子安全随机数技术与二维码生成方法结合，并结合数字水印技术提供一种一种量子防伪二维码生成方法及扫描方法，采用真随机且产生速率极高的量子随机数实现真正的一物一码，采用数字水印技术实现二维码的防伪。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种量子防伪二维码生成方法，包括以下步骤：
(1)获取二进制量子随机数，将其作为二进制量子随机数种子记入系统数据库；
(2)将产品信息转化为固定长度的二进制数字串，并与系统数据库中相同长度的量子随机数种子进行异或，得到一串真随机的seed；
(3)将seed与系统数据库内的数据比对，查看是否有重复，若无重复则将seed记入系统数据库；
(4)将seed通过二维码生成器产生初始二维码图像；
(5)选取一数字水印图像；
(6)将数字水印图像与对数字水印图像印刷扫描得到的图像对比分析，确立在印刷过程中造成的失真损耗模型，并对数字水印图像做预补偿操作；
(7)提取初始二维码图像R、G、B三通道的矩阵信息，并分别对三通道的矩阵信息进行8*8分块，依次进行DCT变换和奇异值分解；提取预补偿后的数字水印图像R、G、B三通道的矩阵信息，并分别对三通道的矩阵信息进行8*8分块，依次进行DCT变换和奇异值分解，将预补偿后的数字水印图像处理结果记入系统数据库；
(8)叠加初始二维码图像与预补偿后的数字水印图像对应通道的奇异值，进行反DCT变换，重构三个通道矩阵，还原图像，得到加入水印的二维码图像，该二维码图像即为量子防伪二维码；
(9)将步骤(8)得到的二维码图像、步骤(2)使用的量子随机数种子以及步骤(7)得到的预补偿后的数字水印图像R、G、B三通道的矩阵信息的奇异值分解结果一一对应的记入系统数据库；
(10)将二维码图像印刷到产品上。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤(1)包括：
利用量子随机数发生器或量子密钥分配终端产生二进制量子随机数，将其作为二进制量子随机数种子记入系统数据库。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述的步骤(5)包括：
使用步骤(2)选取的量子随机数种子形成一幅内容为数字的图像，作为数字水印图像。
为实现上述技术目的，本发明采取的另一个技术方案为：
一种量子防伪二维码的扫描方法，包括以下步骤：
(a)通过指定软件扫描产品的二维码图像，提取二维码图像R、G、B三通道的矩阵信息，将三通道矩阵信息上传至系统服务器进行数据处理；
(b)系统服务器对二维码图像R、G、B三通道的矩阵信息进行8*8分块，依次进行DCT变换和奇异值分解，并调取系统数据库中相应的预补偿后的数字水印图像R、G、B三通道矩阵信息的奇异值进行比对运算及反奇异值变换，得到预补偿后的数字水印图像的各个通道的矩阵信息，进行反DCT变换；
(c)叠加处理后的各通道矩阵信息，获得完整的预补偿后的数字水印图像；
(d)系统服务器识别预补偿后的数字水印图像中的数字，与系统数据库中该产品的二维码图像对应的量子随机数种子进行对比，若内容一致，则通过指定软件向消费者反馈产品为真的信息；
(e)系统服务器识别产品的二维码图像携带的信息，与预补偿后的数字水印图像中的数字进行异或，得到产品信息对应的二进制数字串，将该二进制数字串转化为原有格式，通过指定软件反馈给消费者。
本发明的有益效果为：
1、本发明利用量子随机数，实现每个产品的二维码都不相同；
2、本发明使用数字水印技术，将验证信息隐式携带于二维码之中，不会被肉眼观察到；
3、本发明在数字水印图像携带信息，通过数字水印图像携带信息与二维码携带信息进行处理，可验证产品信息；
4、本发明在产生与识别二维码时使用基于DCT变换和半脆弱水印的半脆弱数字水印，能够在一次印刷扫描的时候较好保持水印内容，而二次印刷扫描时水印内容被破坏，防止二维码被复制伪造。
附图说明
图1为本发明提供的量子防伪二维码生成与识别流程图。
图2为本发明中使用的数字水印图像示例。
具体实施方式
下面根据图1至图2对本发明的具体实施方式作出进一步说明：
本实施例提供一种量子防伪二维码生成方法，如图1所示，方法包括：
(1)利用量子随机数发生器或量子密钥分配终端产生二进制量子随机数种子，并将该二进制量子随机数种子记入系统数据库内的量子随机数种子表；
(2)将产品批次、日期、厂商信息、原材料、产地等产品信息转化为固定长度的二进制数字串，并与相同长度的量子随机数种子进行异或，得到一串真随机的种子seed；
(3)将seed与系统数据库内二维码数字内容表的已有数据进行比对，查看是否有重复，若无重复则将seed记入系统数据库中的二维码数字内容表；
(4)利用二维码生成工具，将seed制作成为初始二维码图像；
(5)使用选取的量子随机数种子形成一幅内容为数字的图像，作为数字水印图像，如图2所示；
(6)通过将步骤(5)的数字水印图像和对步骤(5)的数字图像印刷扫描得到的图像对比分析，确立在印刷过程中造成的失真损耗模型，并对步骤(5)的数字水印图像做预补偿操作；
(7)提取初始二维码图像R、G、B三通道的矩阵信息(R、G、B三色分别对应一个矩阵，包含每个像素点的色彩数值，数值区间为0-255)，并分别进行8*8分块，对各个块依次进行DCT变换和奇异值分解；提取预补偿后的数字水印图像R、G、B三通道的矩阵信息，并分别进行8*8分块、DCT变换和奇异值分解，将结果记入系统数据库中的矩阵信息表；
(8)叠加初始二维码图像与预补偿后的数字水印图像对应通道的奇异值，进行反DCT变换，重构三个通道矩阵，还原图像，得到加入水印的二维码图像；该二维码图像即为量子防伪二维码；
(9)将步骤(8)得到的二维码图像、步骤(2)使用的量子随机数种子以及步骤(7)得到的预补偿后的数字水印图像R、G、B三通道的矩阵信息的奇异值分解结果一一对应的记入系统数据库；
(10)将最终的二维码图像印刷到产品上。
本实施例在消费者对产品二维码图像进行扫描时，具体操作如下：
(a)消费者在手机上下载厂家官方指定二维码软件，对产品二维码图像进行扫描，提取产品二维码图像R、G、B三通道矩阵信息，上传至系统服务器进行数据处理；
(b)服务器对产品二维码图像R、G、B的三通道矩阵信息进行8*8分块，依次进行DCT变换和奇异值分解，并调取系统数据库中相应的预补偿后的数字水印图像三通道矩阵信息奇异值进行比对运算及反奇异值变换，得到检测获得的数字水印图像的各通道矩阵信息，进行反DCT变换；
(c)叠加三通道矩阵信息，获得完整的预补偿后的数字水印图像；
(d)服务器识别预补偿后的数字水印图像中的数字，与系统数据库中该产品二维码对应的量子随机数种子进行对比，若内容一致，则通过软件向消费者反馈产品为真的信息；
(e)同时，服务器识别产品二维码图像携带的信息，与预补偿后的数字水印图像中的数字进行异或，得到产品批次、日期、厂商信息、原材料、产地等产品信息的对应数字串，转化为原有格式，反馈给消费者。
本实施例中涉及到的数据信息全都存在系统数据库中，根据内容不同分别存入系统数据库中不同的表中，表名分别为：量子随机数种子表、二维码数字内容表、矩阵信息表、二维码图像表，各表之间以量子随机数种子为主键进行连接。
本实施例利用量子随机数，实现每个产品的二维码都不相同；使用数字水印技术，将验证信息隐式携带于二维码之中，不会被肉眼观察到；在产生与识别二维码时使用半脆弱数字水印，能够在一次印刷扫描的时候较好保持水印内容，而二次印刷扫描时水印内容被破坏，防止二维码被复制伪造。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种量子防伪二维码生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 获取二进制量子随机数，将其作为二进制量子随机数种子记入系统数据库；
(2) 将产品信息转化为固定长度的二进制数字串，并与系统数据库中相同长度的量子随机数种子进行异或，得到一串真随机的seed；
(3) 将seed与系统数据库内的数据比对，查看是否有重复，若无重复则将seed记入系统数据库；
(4) 将seed通过二维码生成器产生初始二维码图像；
(5) 选取一数字水印图像；
(6) 将数字水印图像与对数字水印图像印刷扫描得到的图像对比分析，确立在印刷过程中造成的失真损耗模型，并对数字水印图像做预补偿操作；
(7) 提取初始二维码图像R、G、B三通道的矩阵信息，并分别对三通道的矩阵信息进行8*8分块，依次进行DCT变换和奇异值分解；提取预补偿后的数字水印图像R、G、B三通道的矩阵信息，并分别对三通道的矩阵信息进行8*8分块，依次进行DCT变换和奇异值分解，将预补偿后的数字水印图像处理结果记入系统数据库；
(8) 叠加初始二维码图像与预补偿后的数字水印图像对应通道的奇异值，进行反DCT变换，重构三个通道矩阵，还原图像，得到加入水印的二维码图像，该二维码图像即为量子防伪二维码；
(9) 将步骤(8)得到的二维码图像、步骤(2)使用的量子随机数种子以及步骤(7)得到的预补偿后的数字水印图像R、G、B三通道的矩阵信息的奇异值分解结果一一对应的记入系统数据库；(10) 将二维码图像印刷到产品上。
2.根据权利要求1所述的量子防伪二维码生成方法，其特征在于，所述的步骤(1)包括：利用量子随机数发生器或量子密钥分配终端产生二进制量子随机数，将其作为二进制量子随机数种子记入系统数据库。
3.根据权利要求1所述的量子防伪二维码生成方法，其特征在于，所述的步骤(5)包括：使用步骤(2)选取的量子随机数种子形成一幅内容为数字的图像，作为数字水印图像。
4.一种根据权利要求3所述的量子防伪二维码生成方法生成的二维码的扫描方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a) 通过指定软件扫描产品的二维码图像，提取二维码图像R、G、B三通道的矩阵信息，将三通道矩阵信息上传至系统服务器进行数据处理；
(b) 系统服务器对二维码图像R、G、B三通道的矩阵信息进行8*8分块，依次进行DCT变换和奇异值分解，并调取系统数据库中相应的预补偿后的数字水印图像R、G、B三通道矩阵信息的奇异值进行比对运算及反奇异值变换，得到预补偿后的数字水印图像的各个通道的矩阵信息，进行反DCT变换；
(c) 叠加处理后的各通道矩阵信息，获得完整的预补偿后的数字水印图像；
(d) 系统服务器识别预补偿后的数字水印图像中的数字，与系统数据库中该产品的二维码图像对应的量子随机数种子进行对比，若内容一致，则通过指定软件向消费者反馈产品为真的信息；
(e) 系统服务器识别产品的二维码图像携带的信息，与预补偿后的数字水印图像中的数字进行异或，得到产品信息对应的二进制数字串，将该二进制数字串转化为原有格式，通过指定软件反馈给消费者。
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