CN112116046B - 一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法 - Google Patents

一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法 Download PDF

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CN112116046B CN202011038775.XA CN202011038775A CN112116046B CN 112116046 B CN112116046 B CN 112116046B CN 202011038775 A CN202011038775 A CN 202011038775A CN 112116046 B CN112116046 B CN 112116046B
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Abstract

本发明公开了一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，包括如下：将垃圾袋身份信息编码生成唯一的垃圾袋身份码，从中抽取出身份显示码和隐藏码并分别进行数值型数据、8bits二进制转换以及组合操作，得到组合二进制矩阵B1和B2；计算得到混沌系统的初值和参数、抽取开始位置和抽取间隔，利用混沌迭代所得混沌序列Y和Z的降序排序前、后的位置变化规则，对二进制矩阵B2分别进行行置乱、列置乱；将行列置乱后的二进制矩阵
Figure DDA0002705940020000011
按层分组、按列重组，从而生成垃圾分类号，进而组合生成垃圾分类二维码。本发明的基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法简单可行，具有很强的安全性、不易破解，生成的垃圾分类码具有“唯一性、安全性和垃圾分类引导性”。

Description

一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法
技术领域
本发明涉及垃圾分类技术领域，特别涉及一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法。
背景技术
随着科技和经济社会的高速发展、城市化进程的进一步推进，目前我国城市生活垃圾年产量过亿吨，许多城市正面临“垃圾围城”的严峻形势。“垃圾围城”已成为中国城市发展的绊脚石。破解“垃圾围城”的难题，首先是从源头上减少城市生活垃圾的产生，其次，将垃圾资源化处理也是一个必不可少的关键环节，因此推行垃圾分类迫在眉睫。早在1992年，我国宜昌市首次提出了推行“垃圾装袋分类”，并首次提出了制定专项立法来管理城市生活垃圾分类。随后垃圾分类逐渐在全国范围内开展开来，自上世纪九十年代垃圾分类推行以来，我国城市垃圾分类的理论研究已取得了明显的成效，由于目前城市居民缺乏垃圾分类知识、环境保护意识不足、活动参与热情不高。此外，垃圾回收站的基础设施过于简陋、垃圾回收运输过程太过粗放、居民对于垃圾袋个人隐私信息暴露的担忧而消极甚至不愿参与等种种问题逐渐显露，显然，我国城市垃圾分类的实施正面临着许多困难和挑战。针对上述问题，当务之急是研发一种安全可靠的垃圾分类码生成方法，从源头上保障生成具有“唯一性、安全性和垃圾分类引导性”垃圾分类码，促进垃圾分类工作的有效开展。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法。从垃圾袋身份码中抽取出身份显示码和隐藏码，依赖身份显示码和隐藏码而计算得到混沌系统的初值和参数、抽取开始位置和抽取间隔，利用混沌映射产生混沌信号序列，对垃圾袋身份隐藏码转换以及二进制组合而成的二进制矩阵B2分别进行行置乱和列置乱，并将置乱后的二进制矩阵按层分组，再将分层后的两组二进制矩阵按列重组，从而生成垃圾分类号，进而组合生成垃圾分类二维码。本发明所提基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法简单可行，具有很强的安全性、不易破解，生成的垃圾分类码具有“唯一性、安全性和垃圾分类引导性”。
技术方案：一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，包括如下几个步骤：
(1)转码
首先，将垃圾袋身份信息编码生成唯一的中英文字符型垃圾袋身份码，表示为M1M2…MkMk+1Mk+2…Mk+LMk+L+1Mk+L+2…Mk+L+pMk+L+p+1Mk+L+p+2…Mk+L+p+nMk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2，其中M1M2...Mk为省市区，Mk+1Mk+2...Mk+L为具体居住地址，Mk+L+1Mk+L+2...Mk+L+p为联系人和联系电话，Mk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+n为制码年月日，Mk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2为垃圾分类颜色信息，相互用英文空格间隔；
然后，从垃圾袋身份码中抽取出身份显示码(M1M2...MkMk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+ nMk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2)和身份隐藏码(Mk+1Mk+2...Mk+LMk+L+1Mk+L+2...Mk+L+p)，并将身份显示码逐个字符转换成数值型数据，得到对应的数值序列
Figure GDA0003393191060000021
同时将身份隐藏码逐个字符转换成数值型数据，得到对应的数值序列
Figure GDA0003393191060000022
最后，依次将数值序列P1中元素P1i逐个转换成8bits的二进制序列{PB1i1,PB1i2,PB1i3,PB1i4,PB1i5,PB1i6,PB1i7,PB1i8}、将数值序列P2中元素P2i逐个转换成8bits的二进制序列{PB2i1,PB2i2,PB2i3,PB2i4,PB2i5,PB2i6,PB2i7,PB2i8}，并将
Figure GDA0003393191060000023
个二进制序列{PB1i1,PB1i2,PB1i3,PB1i4,PB1i5,PB1i6,PB1i7,PB1i8}从左往右逐列填入矩阵B1中，其中
Figure GDA0003393191060000024
矩阵某行对应于各二进制序列的某位，从而得到组合二进制矩阵B1：
Figure GDA0003393191060000025
同时将
Figure GDA0003393191060000026
个二进制序列{PB2i1,PB2i2,PB2i3,PB2i4,PB2i5,PB2i6,PB2i7,PB2i8}从左往右逐列填入矩阵B2中，其中
Figure GDA0003393191060000027
矩阵某行对应于各二进制序列的某位，从而得到组合二进制矩阵B2：
Figure GDA0003393191060000028
其中，垃圾袋身份码包括GB2312字符集中双字节编码的汉字和ASCLL码值∈[32,126]的可见字符，垃圾袋身份码长度为k+L+p+n+6，数值序列P1的长度为
Figure GDA0003393191060000029
Figure GDA00033931910600000210
数值序列P2的长度为
Figure GDA00033931910600000211
组合二进制矩阵B1的大小为
Figure GDA0003393191060000031
组合二进制矩阵B2的大小为
Figure GDA0003393191060000032
(2)组合二进制矩阵B2的置乱
首先，利用数值序列P1及其转换而成的组合二进制矩阵B1，数值序列P2转换而成的组合二进制矩阵B2，以及外部密钥α和β，按照如下(1)-(5)公式分别计算得到Logistic混沌映射的初值x1和参数μ、抽取开始位置m，以及抽取间隔数n1、n2，
令
Figure GDA0003393191060000033
Figure GDA0003393191060000034
则
x1＝α+mod(α+kp,1-α)， (1)
μ＝β+mod(β-kp,4-β)， (2)
Figure GDA0003393191060000035
Figure GDA0003393191060000036
Figure GDA0003393191060000037
其中，<B11,i,B12,i,B13,i,B14,i,B15,i,B16,i,B17,i,B18,i>表示组合二进制矩阵B1第i列或者二进制序列{PB1i1,PB1i2,...,PB1i7,PB1i8}中二进制位‘1’的个数，<B2>表示组合二进制矩阵B2中二进制位‘1’的个数，外部密钥满足α∈(0,1)，β∈(3.57,4)，
然后，由混沌映射的初值x1和外部密钥μ，对如下公式(6)所示Logistic混沌映射进行迭代，式中k表示迭代次数(k＝1,2,...)、xk+1表示第k次迭代得到的混沌信号，
xk+1＝μ×xk×(1-xk) (6)
得到混沌信号序列X＝{x1,x2,...}，从序列X中第m个元素开始依次间隔n1个元素取1个元素以形成长度为8的混沌信号序列Y＝{Y1,Y2,...,Y7,Y8}，同时从序列X中第m个元素开始依次间隔n2个元素取1个元素以形成长度为
Figure GDA0003393191060000038
的混沌信号序列
Figure GDA0003393191060000039
最后，将混沌信号序列Y按降序排序，根据混沌信号序列Y排序前、后的位置变化置乱规则，对二进制矩阵B2进行行置乱，得到行置乱后二进制矩阵
Figure GDA00033931910600000310
再将混沌信号序列Z按降序排序，根据混沌信号序列Z排序前、后的位置变化置乱规则，对行置乱后二进制矩阵
Figure GDA00033931910600000311
进行列置乱，得到表示如下的行列置乱后二进制矩阵
Figure GDA00033931910600000312
Figure GDA0003393191060000041
(3)行列置乱后二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000042
的按层分组、重组
首先，对行列置乱后二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000043
进行按层分组，将二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000044
中第1、3、5、7层元素分为1组，将二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000045
中第2、4、6、8层元素分为另1组，得到分层后的两组二进制矩阵BF1和BF2，表示为如下：
Figure GDA0003393191060000046
Figure GDA0003393191060000047
然后，将分层后的两组二进制矩阵BF1和BF2，按列进行如下重组操作：
S0：设两个大小为
Figure GDA0003393191060000048
元素均为二进制‘0’的二进制矩阵BZ1和BZ2，令i＝1，给定密钥k_switch，其中k_switch的取值为整数0、1、2或者3；
S1：判断k_switch的数值，
如果k_switch＝0，则给二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别赋值，表示为BZ1(1:8,i)＝['010',(BF1(1:4,i))T,'1']T，BZ2(1:8,i)＝['011',(BF2(1:4,i))T,'0']T，
如果k_switch＝1，则给二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别赋值，表示为BZ1(1:8,i)＝['011',(BF1(1:4,i))T,'0']T，BZ2(1:8,i)＝['01',(BF2(1:4,i))T,'10']T，
如果k_switch＝2，则给二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别赋值，表示为BZ1(1:8,i)＝['01',(BF1(1:4,i))T,'10']T，BZ2(1:8,i)＝['01',(BF2(1:4,i))T,'01']T，
如果k_switch＝3，则给二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别赋值，表示为BZ1(1:8,i)＝['01',(BF1(1:4,i))T,'01']T，BZ2(1:8,i)＝['010',(BF2(1:4,i))T,'1']T；
S2：将重组后的二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别转换成数值型数据
Figure GDA0003393191060000051
和
Figure GDA0003393191060000052
表示为
Figure GDA0003393191060000053
且令i＝i+1，接着判断i的大小，如果
Figure GDA0003393191060000054
则转入步骤S1，否则转入步骤S3；
S3：结束二进制序列的重组操作，从而得到重组后的二进制矩阵BZ1和BZ2，以及数值序列
Figure GDA0003393191060000055
(4)转码
将数值序列
Figure GDA0003393191060000056
逐个元素转换为ASCII码值属于[32,126]的可见字符，得到字符序列
Figure GDA0003393191060000057
同时将数值序列
Figure GDA0003393191060000058
逐个元素转换为ASCII码值属于[32,126]的可见字符，得到字符序列
Figure GDA0003393191060000059
然后将字符序列C1和C2顺序连接得到垃圾分类号C，即
Figure GDA00033931910600000510
Figure GDA00033931910600000511
最后将垃圾袋身份显示码(M1M2...MkMk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+nMk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2)和垃圾分类号进行组合，生成垃圾分类码，接着生成QR Code，即垃圾分类二维码。
进一步地，一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法里步骤(1)中所述的将身份显示码逐个字符转换成数值型数据，是指将身份显示码逐个字符采用unicode2native()函数将ASCII码值属于[32,126]的可见字符转换为单个数值型数据，或将GB2312字符集中双字节编码的汉字转换为两个数值型数据，从而得到对应的数值序列
Figure GDA00033931910600000512
进一步地，一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法里步骤(1)中所述的将身份隐藏码逐个字符转换成数值型数据，是指将身份隐藏码逐个字符采用unicode2native()函数将ASCII码值属于[32,126]的可见字符转换为单个数值型数据，或将GB2312字符集中双字节编码的汉字转换为两个数值型数据，从而得到对应的数值序列
Figure GDA00033931910600000513
进一步地，一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法里步骤(1)中所述的将数值序列P1中元素P1i逐个转换成8bits的二进制序列{PB1i1,PB1i2,PB1i3,PB1i4,PB1i5,PB1i6,PB1i7,PB1i8}，是指采用dec2bin(P1i，8)函数得到二进制序列{PB1i1,PB1i2,PB1i3,PB1i4,PB1i5,PB1i6,PB1i7,PB1i8}。
进一步地，一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法里步骤(1)中所述的将数值序列P2中元素P2i逐个转换成8bits的二进制序列{PB2i1,PB2i2,PB2i3,PB2i4,PB2i5,PB2i6,PB2i7,PB2i8}，是指采用dec2bin(P2i，8)函数得到二进制序列{PB2i1,PB2i2,PB2i3,PB2i4,PB2i5,PB2i6,PB2i7,PB2i8}。
进一步地，一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法里步骤(4)中所述的将数值序列
Figure GDA0003393191060000061
逐个元素转换为ASCII码值属于[32,126]的可见字符，是指逐个元素采用char()函数，即
Figure GDA0003393191060000062
得到字符序列
Figure GDA0003393191060000063
进一步地，一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法里步骤(4)中所述的将数值序列
Figure GDA0003393191060000064
逐个元素转换为ASCII码值属于[32,126]的可见字符，是指逐个元素采用char()函数，即
Figure GDA0003393191060000065
得到字符序列
Figure GDA0003393191060000066
进一步地，一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法里步骤(4)中所述的将垃圾袋身份显示码(M1M2...MkMk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+nMk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2)和垃圾分类号进行组合，是指采用垃圾袋身份显示码和垃圾分类号插入连接的组合方式，表示为
Figure GDA0003393191060000067
其中M1M2...Mk、Mk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+n、
Figure GDA0003393191060000068
与Mk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2之间相互用英文空格间隔。
有益效果：本发明依赖身份显示码和隐藏码而计算得到混沌系统的初值和参数、抽取开始位置和抽取间隔，利用混沌映射产生混沌信号序列，对垃圾袋身份隐藏码转换以及二进制组合而成的二进制矩阵B2分别进行行置乱和列置乱，并将置乱后的二进制矩阵按层分组、依次重组，从而生成垃圾分类号，进而组合生成垃圾分类二维码，以此保证所提基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法简单可行，具有很强的安全性、不易破解，生成的垃圾分类码具有“唯一性、安全性和垃圾分类引导性”。
附图说明
图1为本发明的一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成流程示意图；
图2为本发明的垃圾分类二维码示意图，中间含有“可回收”绿色背景标志。
具体实施方式
如图1所示的一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，包括如下几个步骤：
(1)转码
首先，将垃圾袋身份信息编码生成唯一的中英文字符型垃圾袋身份码，表示为M1M2...MkMk+1Mk+2...Mk+LMk+L+1Mk+L+2...Mk+L+pMk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+nMk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2，其中M1M2...Mk为省市区，Mk+1Mk+2...Mk+L为具体居住地址，Mk+L+1Mk+L+2...Mk+L+p为联系人和联系电话，Mk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+n为制码年月日，Mk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2为垃圾分类颜色信息，相互用英文空格间隔；
然后，从垃圾袋身份码中抽取出身份显示码(M1M2...MkMk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+ nMk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2)和身份隐藏码(Mk+1Mk+2...Mk+LMk+L+1Mk+L+2…Mk+L+p)，并将身份显示码逐个字符采用unicode2native()函数将ASCII码值属于[32,126]的可见字符转换为单个数值型数据，或将GB2312字符集中双字节编码的汉字转换为两个数值型数据，得到对应的数值序列
Figure GDA0003393191060000071
同时将身份隐藏码逐个字符采用unicode2native()函数将ASCII码值属于[32,126]的可见字符转换为单个数值型数据，或将GB2312字符集中双字节编码的汉字转换为两个数值型数据，得到对应的数值序列
Figure GDA0003393191060000072
最后，依次将数值序列P1中元素P1i逐个采用dec2bin(P1i，8)函数转换成8bits的二进制序列{PB1i1,PB1i2,PB1i3,PB1i4,PB1i5,PB1i6,PB1i7,PB1i8}、将数值序列P2中元素P2i逐个采用dec2bin(P2i，8)函数转换成8bits的二进制序列{PB2i1,PB2i2,PB2i3,PB2i4,PB2i5,PB2i6,PB2i7,PB2i8}，并将
Figure GDA0003393191060000073
个二进制序列{PB1i1,PB1i2,PB1i3,PB1i4,PB1i5,PB1i6,PB1i7,PB1i8}从左往右逐列填入矩阵B1中，其中
Figure GDA0003393191060000074
矩阵某行对应于各二进制序列的某位，从而得到组合二进制矩阵B1：
Figure GDA0003393191060000075
同时将
Figure GDA0003393191060000076
个二进制序列{PB2i1,PB2i2,PB2i3,PB2i4,PB2i5,PB2i6,PB2i7,PB2i8}从左往右逐列填入矩阵B2中，其中
Figure GDA0003393191060000077
矩阵某行对应于各二进制序列的某位，从而得到组合二进制矩阵B2：
Figure GDA0003393191060000078
其中，垃圾袋身份码包括GB2312字符集中双字节编码的汉字和ASCLL码值∈[32,126]的可见字符，垃圾袋身份码长度为k+L+p+n+6，数值序列P1的长度为
Figure GDA0003393191060000081
Figure GDA0003393191060000082
数值序列P2的长度为
Figure GDA0003393191060000083
组合二进制矩阵B1的大小为
Figure GDA0003393191060000084
组合二进制矩阵B2的大小为
Figure GDA0003393191060000085
(2)组合二进制矩阵B2的置乱
首先，利用数值序列P1及其转换而成的组合二进制矩阵B1，数值序列P2转换而成的组合二进制矩阵B2，以及外部密钥α和β，按照如下所示公式分别计算得到Logistic混沌映射的初值x1和参数μ、抽取开始位置m，以及抽取间隔数n1、n2，
Figure GDA0003393191060000086
Figure GDA0003393191060000087
则
x1＝α+mod(α+kp,1-α)，
μ＝β+mod(β-kp,4-β)，
Figure GDA0003393191060000088
Figure GDA0003393191060000089
Figure GDA00033931910600000810
其中，<B11,i,B12,i,B13,i,B14,i,B15,i,B16,i,B17,i,B18,i>表示组合二进制矩阵B1第i列或者二进制序列{PB1i1,PB1i2,...,PB1i7,PB1i8}中二进制位‘1’的个数，<B2>表示组合二进制矩阵B2中二进制位‘1’的个数，外部密钥满足α∈(0,1)，β∈(3.57,4)，
然后，由混沌映射的初值x1和外部密钥μ，对如下公式所示Logistic混沌映射进行迭代，式中k表示迭代次数(k＝1,2,...)、xk+1表示第k次迭代得到的混沌信号，
xk+1＝μ×xk×(1-xk)
得到混沌信号序列X＝{x1,x2,...}，从序列X中第m个元素开始依次间隔n1个元素取1个元素以形成长度为8的混沌信号序列Y＝{Y1,Y2,...,Y7,Y8}，同时从序列X中第m个元素开始依次间隔n2个元素取1个元素以形成长度为
Figure GDA00033931910600000811
的混沌信号序列
Figure GDA00033931910600000812
最后，将混沌信号序列Y按降序排序，根据混沌信号序列Y排序前、后的位置变化置乱规则，对二进制矩阵B2进行行置乱，得到行置乱后二进制矩阵
Figure GDA00033931910600000813
再将混沌信号序列Z按降序排序，根据混沌信号序列Z排序前、后的位置变化置乱规则，对行置乱后二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000091
进行列置乱，得到表示如下的行列置乱后二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000092
Figure GDA0003393191060000093
(3)行列置乱后二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000094
的按层分组、重组
首先，对行列置乱后二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000095
进行按层分组，将二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000096
中第1、3、5、7层元素分为1组，将二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000097
中第2、4、6、8层元素分为另1组，得到分层后的两组二进制矩阵BF1和BF2，表示为如下，
Figure GDA0003393191060000098
Figure GDA0003393191060000099
然后，将分层后的两组二进制矩阵BF1和BF2，按列进行如下重组操作：
S0：设两个大小为
Figure GDA00033931910600000910
元素均为二进制‘0’的二进制矩阵BZ1和BZ2，令i＝1，给定密钥k_switch，其中k_switch的取值为整数0、1、2或者3，
S1：判断k_switch的数值，
如果k_switch＝0，则给二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别赋值，表示为BZ1(1:8,i)＝['010',(BF1(1:4,i))T,'1']T，BZ2(1:8,i)＝['011',(BF2(1:4,i))T,'0']T，
如果k_switch＝1，则给二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别赋值，表示为BZ1(1:8,i)＝['011',(BF1(1:4,i))T,'0']T，BZ2(1:8,i)＝['01',(BF2(1:4,i))T,'10']T，
如果k_switch＝2，则给二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别赋值，表示为BZ1(1:8,i)＝['01',(BF1(1:4,i))T,'10']T，BZ2(1:8,i)＝['01',(BF2(1:4,i))T,'01']T，
如果k_switch＝3，则给二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别赋值，表示为BZ1(1:8,i)＝['01',(BF1(1:4,i))T,'01']T，BZ2(1:8,i)＝['010',(BF2(1:4,i))T,'1']T，
S2：将重组后的二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别转换成数值型数据
Figure GDA0003393191060000101
和
Figure GDA0003393191060000102
表示为
Figure GDA0003393191060000103
且令i＝i+1，接着判断i的大小，如果
Figure GDA0003393191060000104
则转入步骤S1，否则转入步骤S3，
S3：结束二进制序列的重组操作，从而得到重组后的二进制矩阵BZ1和BZ2，以及数值序列
Figure GDA0003393191060000105
(4)转码
将数值序列
Figure GDA0003393191060000106
逐个元素采用char()函数转换为ASCII码值属于[32,126]的可见字符，得到字符序列
Figure GDA0003393191060000107
同时将数值序列
Figure GDA0003393191060000108
逐个元素采用char()函数转换为ASCII码值属于[32,126]的可见字符，得到字符序列
Figure GDA0003393191060000109
然后将字符序列C1和C2顺序连接得到垃圾分类号C，即
Figure GDA00033931910600001010
最后将垃圾袋身份显示码(M1M2...MkMk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+nMk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2)和垃圾分类号采用插入连接的组合方式，表示为
Figure GDA00033931910600001011
其中M1M2...Mk、Mk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+n、
Figure GDA00033931910600001012
与
Figure GDA00033931910600001013
之间相互用英文空格间隔，生成垃圾分类码，接着生成QR Code，即垃圾分类二维码。
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
按照上述一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，步骤如下：
首先，将垃圾袋身份信息编码生成唯一的中英文字符型垃圾袋身份码，为“江苏省-南通市-海门区中南世纪城-12#1201李晓强15005709999 2020-08-01 01”，长度为k+L+p+n+6＝11+13+14+10+6＝54，其中“江苏省-南通市-崇川区”为省市区，“中南世纪城-12#1201”为具体居住地址(如小区-门牌)，“李晓强15005709999”为联系人和联系电话，“2020-08-01”为制码年月日，“01”为垃圾分类颜色信息(如绿色的可回收垃圾)；
然后，从垃圾袋身份码中分别抽取出身份显示码(江苏省-南通市-海门区2020-08-01 01)和身份隐藏码(中南世纪城-12#1201李晓强15005709999)，并将身份显示码逐个字符采用unicode2native()函数转换成数值型数据，得到对应的数值序列P1＝{189,173,203,213,202,161,45,196,207,205,168,202,208,45,186,163,195,197,199,248,32,50,48,50,48,45,48,56,45,48,49,32,48,49}，同时将身份隐藏码逐个字符采用unicode2native()函数转换成数值型数据，得到对应的数值序列P2＝{214,208,196,207,202,192,188,205,179,199,45,49,50,35,49,50,48,49,32,192,238,207,254,199,191,49,53,48,48,53,55,48,57,57,57,57}，其中数值序列P1的长度为
Figure GDA0003393191060000111
数值序列P2的长度为
Figure GDA0003393191060000112
最后，依次将数值序列P1中元素P1i逐个转换成8bits的二进制序列、将数值序列P2中元素P2i逐个转换成8bits的二进制序列，并将34个二进制序列{PB1i1,PB1i2,PB1i3,PB1i4,PB1i5,PB1i6,PB1i7,PB1i8}从左往右逐列填入矩阵B1中，其中i＝1,2,...,33,34，矩阵某行对应于各二进制序列的某位，从而得到组合二进制矩阵B1，
Figure GDA0003393191060000113
同时将36个二进制序列{PB2i1,PB2i2,PB2i3,PB2i4,PB2i5,PB2i6,PB2i7,PB2i8}从左往右逐列填入矩阵B2中，其中i＝1,2,...,35,36，矩阵某行对应于各二进制序列的某位，从而得到组合二进制矩阵B2，
Figure GDA0003393191060000114
(2)组合二进制矩阵B2的置乱
首先，利用数值序列P1及其转换而成的组合二进制矩阵B1，数值序列P2转换而成的组合二进制矩阵B2，以及外部密钥α＝0.12345和β＝3.75，按照如下所示公式分别计算得到Logistic混沌映射的初值x1和参数μ、抽取开始位置m，以及抽取间隔数n1、n2，
令
Figure GDA0003393191060000121
则
x1＝0.12345+mod(0.12345+0.895842594595028,1-0.12345)＝0.266192594595028，
μ＝3.75+mod(3.75-0.895842594595028,4-3.75)＝3.854157405404973，
m＝789+mod(964810809944,89)＝811,
n1＝1+mod(964810809944,43)＝17，
n2＝1+mod(964810809944,67)＝31，
然后，由混沌映射的初值x1和外部密钥μ，对如下公式所示Logistic混沌映射进行迭代，式中k表示迭代次数(k＝1,2,...)、xk+1表示第k次迭代得到的混沌信号，
xk+1＝μ×xk×(1-xk)
得到混沌信号序列X＝{x1,x2,...}，从序列X中第811个元素开始依次间隔17个元素取1个元素以形成长度为8的混沌信号序列Y＝{Y1,Y2,...,Y7,Y8}，同时从序列X中第811个元素开始依次间隔31个元素取1个元素以形成长度为36的混沌信号序列Z＝{Z1,Z2,...,Z35,Z36}，
最后，将混沌信号序列Y按降序排序，根据混沌信号序列Y排序前、后的位置变化置乱规则，对二进制矩阵B2进行行置乱，得到行置乱后二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000122
再将混沌信号序列Z按降序排序，根据混沌信号序列Z排序前、后的位置变化置乱规则，对行置乱后二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000123
进行列置乱，得到表示如下的行列置乱后二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000124
Figure GDA0003393191060000125
(3)行列置乱后二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000126
的按层分组、重组
首先，对行列置乱后二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000127
进行按层分组，将二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000128
中第1、3、5、7层元素分为1组，将二进制矩阵
Figure GDA0003393191060000129
中第2、4、6、8层元素分为另1组，得到分层后的两组二进制矩阵BF1和BF2，表示为如下，
Figure GDA0003393191060000131
Figure GDA0003393191060000132
然后，给定密钥k_switch＝0，将分层后的两组二进制矩阵BF1和BF2，按列进行重组操作，从而得到重组后的二进制矩阵BZ1和BZ2(如下所示)，以及数值序列
Figure GDA0003393191060000133
Figure GDA0003393191060000134
Figure GDA0003393191060000135
Figure GDA0003393191060000136
Figure GDA0003393191060000137
Figure GDA0003393191060000138
(4)转码
将数值序列
Figure GDA0003393191060000139
逐个元素转换为ASCII码值属于[32,126]的可见字符，得到字符序列C1，同时将数值序列
Figure GDA00033931910600001310
逐个元素转换为ASCII码值属于[32,126]的可见字符，得到字符序列C2，然后将字符序列C1和C2顺序连接得到垃圾分类号C为“KiUn|UKUQnjjrlUKE]bvpaIb`E]bnfb|]WyKh_bRNOxIbRRrFrYhIrR～FWlRRMvZZvRn_fGx”，最后将垃圾袋身份显示码(M1M2...MkMk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+nMk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2)和垃圾分类号采用插入连接的组合方式，生成垃圾分类码为“江苏省-南通市-海门区2020-08-01KiUn|UKUQnjjrlUKE]bvpaIb`E]bnfb|]WyKh_bRNOxIbRRrFrYhIrR～FWlRRMvZZvRn_fGx 01”，接着生成QR Code，即垃圾分类二维码，如图2所示。
实施例2
按照上述一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，某件垃圾袋的身份隐藏码、外部密钥及其垃圾分类二维码生成步骤与具体实施例1相似，仅某件垃圾袋的身份显示码中省市区或制码年月日信息发生细微变化：“工苏省-南通市-海门区2020-08-01 01”；或“江苏省-南通市-海们区2020-08-01 01”；或“江苏省-南通市-海门区2020-08-11 01”，垃圾分类(二维)码的生成结果如表1所示。由下表可见：垃圾袋身份码中身份显示码(省市区或制码年月日)的细微变化会引起垃圾袋的垃圾分类号发生很大的变化，由此可见本专利所提一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法对垃圾袋身份显示码中省市区或制码年月日信息具有敏感性。
表1垃圾袋身份显示码中省市区或制码年月日信息发生微变时，垃圾分类二维码的生成结果
Figure GDA0003393191060000141
Figure GDA0003393191060000151
实施例3
按照上述一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，某件垃圾袋的身份隐藏码、外部密钥及其垃圾分类二维码生成步骤与具体实施例1、2相似，对于垃圾袋身份码(“江苏省-南通市-海门区中南世纪城-12#1201李晓强15005709999 2020-08-01 01”，或者“工苏省-南通市-海门区中南世纪城-12#1201李晓强15005709999 2020-08-01 01”，或者“江苏省-南通市-海们区中南世纪城-12#1201李晓强15005709999 2020-08-01 01”，或者“江苏省-南通市-海门区中南世纪城-12#1201李晓强15005709999 2020-08-11 01”)，仅原垃圾袋身份信息中的垃圾分类颜色信息(“01”)发生细微变化：“02”；或“03”；或“04”，垃圾分类二维码的生成结果如表2所示。由下表可知，垃圾袋身份码中垃圾分类颜色信息的细微变化会引起垃圾分类二维码发生很大的变化，由此可见本专利所提一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法对垃圾袋身份信息中垃圾分类颜色信息具有敏感性。
表2垃圾分类颜色信息发生微变时，垃圾分类二维码的生成结果
Figure GDA0003393191060000161
Figure GDA0003393191060000171
Figure GDA0003393191060000181
实施例4
按照上述一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，某件垃圾袋的身份显示码、外部密钥及其垃圾分类二维码生成步骤与具体实施例1、2相似，对于垃圾袋身份码(“江苏省-南通市-海门区中南世纪城-12#1201李晓强15005709999 2020-08-01 01”，或者“工苏省-南通市-海门区中南世纪城-12#1201李晓强15005709999 2020-08-01 01”，或者“江苏省-南通市-海们区中南世纪城-12#1201李晓强15005709999 2020-08-01 01”，或者“江苏省-南通市-海门区中南世纪城-12#1201李晓强15005709999 2020-08-11 01”)，仅原垃圾袋身份信息中的身份隐藏码(“中南世纪城-12#1201李晓强15005709999”)发生细微变化：“钟南世纪城-12#1201李晓强15005709999”；或“中南世纪城-12#1211李晓强1500570999”；或“中南世纪城-12#1201李晓强15005709998”，垃圾分类二维码的生成结果如表3所示。由下表可知，垃圾袋身份码中身份隐藏码的细微变化会引起垃圾分类二维码发生很大的变化，由此可见本专利所提一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法对垃圾袋身份信息中隐藏部分(即垃圾袋身份隐藏码)具有敏感性。
表3垃圾袋身份隐藏码发生微变时，垃圾分类二维码的生成结果
Figure GDA0003393191060000191
Figure GDA0003393191060000201
Figure GDA0003393191060000211
Figure GDA0003393191060000221
实施例5
按照上述一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，某件垃圾袋的身份码(身份显示码与隐藏码)及其垃圾分类二维码生成步骤与具体实施例1、2相似，对于垃圾袋身份码(“江苏省-南通市-海门区中南世纪城-12#1201李晓强15005709999 2020-08-0101”，或者“工苏省-南通市-海门区中南世纪城-12#1201李晓强15005709999 2020-08-0101”，或者“江苏省-南通市-海们区中南世纪城-12#1201李晓强15005709999 2020-08-0101”，或者“江苏省-南通市-海门区中南世纪城-12#1201李晓强15005709999 2020-08-1101”)，仅单个外部密钥发生细微变化：α＝0.123450000000001；或β＝3.750000000000001；或k_switch＝1；或k_switch＝2；或k_switch＝3，垃圾分类码的生成结果如表4所示。由下表可见：一旦外部密钥发生即使细微变化，即“失之毫厘”，生成的垃圾分类二维码会“差之千里”，由此可见本专利所提一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法具有密钥敏感性。
表4外部密钥发生微变时，垃圾分类二维码的生成结果
Figure GDA0003393191060000222
Figure GDA0003393191060000231
Figure GDA0003393191060000241
Figure GDA0003393191060000251
Figure GDA0003393191060000261
由上述具体实施例1-5分析可知，本专利所提一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法所生成的垃圾分类(二维)码不仅与外部密钥密切相关，而且依赖于垃圾袋身份信息(即垃圾袋身份显示码，垃圾袋身份隐藏码)，因此本专利所提的一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法具有很强的安全性，以保证生成的垃圾分类码具有“唯一性、安全性和垃圾分类引导性”。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，其特征在于，包括如下几个步骤：
(1)转码
首先，将垃圾袋身份信息编码生成唯一的中英文字符型垃圾袋身份码，表示为M1M2...MkMk+1Mk+2...Mk+LMk+L+1Mk+L+2...Mk+L+pMk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+nMk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2，其中M1M2...Mk为省市区，Mk+1Mk+2...Mk+L为具体居住地址，Mk+L+1Mk+L+2...Mk+L+p为联系人和联系电话，Mk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+n为制码年月日，Mk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2为垃圾分类颜色信息，相互用英文空格间隔；
然后，从垃圾袋身份码中抽取出身份显示码(M1M2...MkMk+L+p+1Mk+L+p+2...Mk+L+p+nMk+L+p+n+ 1Mk+L+p+n+2)和身份隐藏码(Mk+1Mk+2...Mk+LMk+L+1Mk+L+2...Mk+L+p)，并将身份显示码逐个字符转换成数值型数据，得到对应的数值序列
Figure FDA0003393191050000011
同时将身份隐藏码逐个字符转换成数值型数据，得到对应的数值序列
Figure FDA0003393191050000012
最后，依次将数值序列P1中元素P1i逐个转换成8bits的二进制序列{PB1i1,PB1i2,PB1i3,PB1i4,PB1i5,PB1i6,PB1i7,PB1i8}、将数值序列P2中元素P2i逐个转换成8bits的二进制序列{PB2i1,PB2i2,PB2i3,PB2i4,PB2i5,PB2i6,PB2i7,PB2i8}，并将
Figure FDA0003393191050000013
个二进制序列{PB1i1,PB1i2,PB1i3,PB1i4,PB1i5,PB1i6,PB1i7,PB1i8}从左往右逐列填入矩阵B1中，其中
Figure FDA0003393191050000014
矩阵某行对应于各二进制序列的某位，从而得到组合二进制矩阵B1：
Figure FDA0003393191050000015
同时将
Figure FDA0003393191050000016
个二进制序列{PB2i1,PB2i2,PB2i3,PB2i4,PB2i5,PB2i6,PB2i7,PB2i8}从左往右逐列填入矩阵B2中，其中
Figure FDA0003393191050000017
矩阵某行对应于各二进制序列的某位，从而得到组合二进制矩阵B2：
Figure FDA0003393191050000021
其中，垃圾袋身份码包括GB2312字符集中双字节编码的汉字和ASCLL码值∈[32,126]的可见字符，垃圾袋身份码长度为k+L+p+n+6，数值序列P1的长度为
Figure FDA0003393191050000022
Figure FDA0003393191050000023
数值序列P2的长度为
Figure FDA0003393191050000024
组合二进制矩阵B1的大小为
Figure FDA0003393191050000025
组合二进制矩阵B2的大小为
Figure FDA0003393191050000026
(2)组合二进制矩阵B2的置乱
首先，利用数值序列P1及其转换而成的组合二进制矩阵B1，数值序列P2转换而成的组合二进制矩阵B2，以及外部密钥α和β，按照如下(1)-(5)公式分别计算得到Logistic混沌映射的初值x1和参数μ、抽取开始位置m，以及抽取间隔数n1、n2，
令
Figure FDA0003393191050000027
Figure FDA0003393191050000028
则
x1＝α+mod(α+kp,1-α)， (1)
μ＝β+mod(β-kp,4-β)， (2)
Figure FDA0003393191050000029
Figure FDA00033931910500000210
Figure FDA00033931910500000211
其中，<B11,i,B12,i,B13,i,B14,i,B15,i,B16,i,B17,i,B18,i>表示组合二进制矩阵B1第i列或者二进制序列{PB1i1,PB1i2,...,PB1i7,PB1i8}中二进制位‘1’的个数，<B2>表示组合二进制矩阵B2中二进制位‘1’的个数，外部密钥满足α∈(0,1)，β∈(3.57,4)；
然后，由混沌映射的初值x1和外部密钥μ，对如下公式(6)所示Logistic混沌映射进行迭代，式中k表示迭代次数(k＝1,2,...)、xk+1表示第k次迭代得到的混沌信号，
xk+1＝μ×xk×(1-xk) (6)
得到混沌信号序列X＝{x1,x2,...}，从序列X中第m个元素开始依次间隔n1个元素取1个元素以形成长度为8的混沌信号序列Y＝{Y1,Y2,...,Y7,Y8}，同时从序列X中第m个元素开始依次间隔n2个元素取1个元素以形成长度为
Figure FDA0003393191050000031
的混沌信号序列
Figure FDA0003393191050000032
最后，将混沌信号序列Y按降序排序，根据混沌信号序列Y排序前、后的位置变化置乱规则，对二进制矩阵B2进行行置乱，得到行置乱后二进制矩阵
Figure FDA0003393191050000033
再将混沌信号序列Z按降序排序，根据混沌信号序列Z排序前、后的位置变化置乱规则，对行置乱后二进制矩阵
Figure FDA0003393191050000034
进行列置乱，得到表示如下的行列置乱后二进制矩阵
Figure FDA0003393191050000035
Figure FDA0003393191050000036
(3)行列置乱后二进制矩阵
Figure FDA0003393191050000037
的按层分组、重组
首先，对行列置乱后二进制矩阵
Figure FDA0003393191050000038
进行按层分组，将二进制矩阵
Figure FDA0003393191050000039
中第1、3、5、7层元素分为1组，将二进制矩阵
Figure FDA00033931910500000310
中第2、4、6、8层元素分为另1组，得到分层后的两组二进制矩阵BF1和BF2，表示为如下：
Figure FDA00033931910500000311
Figure FDA00033931910500000312
然后，将分层后的两组二进制矩阵BF1和BF2，按列进行如下重组操作：
S0：设两个大小为
Figure FDA0003393191050000041
元素均为二进制‘0’的二进制矩阵BZ1和BZ2，令i＝1，给定密钥k_switch，其中k_switch的取值为整数0、1、2或者3；
S1：判断k_switch的数值，
如果k_switch＝0，则给二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别赋值，表示为BZ1(1:8,i)＝['010',(BF1(1:4,i))T,'1']T，BZ2(1:8,i)＝['011',(BF2(1:4,i))T,'0']T，
如果k_switch＝1，则给二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别赋值，表示为BZ1(1:8,i)＝['011',(BF1(1:4,i))T,'0']T，BZ2(1:8,i)＝['01',(BF2(1:4,i))T,'10']T，
如果k_switch＝2，则给二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别赋值，表示为BZ1(1:8,i)＝['01',(BF1(1:4,i))T,'10']T，BZ2(1:8,i)＝['01',(BF2(1:4,i))T,'01']T，
如果k_switch＝3，则给二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别赋值，表示为BZ1(1:8,i)＝['01',(BF1(1:4,i))T,'01']T，BZ2(1:8,i)＝['010',(BF2(1:4,i))T,'1']T；
S2：将重组后的二进制矩阵BZ1和BZ2的第i列元素分别转换成数值型数据
Figure FDA0003393191050000042
和
Figure FDA0003393191050000043
表示为
Figure FDA0003393191050000044
且令i＝i+1，接着判断i的大小，如果
Figure FDA0003393191050000045
则转入步骤S1，否则转入步骤S3；
S3：结束二进制序列的重组操作，从而得到重组后的二进制矩阵BZ1和BZ2，以及数值序列
Figure FDA0003393191050000046
(4)转码
将数值序列
Figure FDA0003393191050000047
逐个元素转换为ASCII码值属于[32,126]的可见字符，得到字符序列
Figure FDA0003393191050000048
同时将数值序列
Figure FDA0003393191050000049
逐个元素转换为ASCII码值属于[32,126]的可见字符，得到字符序列
Figure FDA00033931910500000410
然后将字符序列C1和C2顺序连接得到垃圾分类号C，即
Figure FDA00033931910500000411
Figure FDA00033931910500000412
最后将垃圾袋身份显示码(M1M2...MkMk+L+p+1Mk+L+p+2…Mk+L+p+nMk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2)和垃圾分类号进行组合，生成垃圾分类码，接着生成QR Code，即垃圾分类二维码。
2.根据权利要求1所述的一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，其特征在于：步骤(1)中所述的将身份显示码逐个字符转换成数值型数据，是指将身份显示码逐个字符采用unicode2native()函数将ASCII码值属于[32,126]的可见字符转换为单个数值型数据，或将GB2312字符集中双字节编码的汉字转换为两个数值型数据，从而得到对应的数值序列
Figure FDA00033931910500000413
3.根据权利要求1所述的一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，其特征在于：步骤(1)中所述的将身份隐藏码逐个字符转换成数值型数据，是指将身份隐藏码逐个字符采用unicode2native()函数将ASCII码值属于[32,126]的可见字符转换为单个数值型数据，或将GB2312字符集中双字节编码的汉字转换为两个数值型数据，从而得到对应的数值序列
Figure FDA0003393191050000051
4.根据权利要求1所述的一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，其特征在于：步骤(1)中所述的将数值序列P1中元素P1i逐个转换成8bits的二进制序列{PB1i1,PB1i2,PB1i3,PB1i4,PB1i5,PB1i6,PB1i7,PB1i8}，是指采用dec2bin(P1i，8)函数得到二进制序列{PB1i1,PB1i2,PB1i3,PB1i4,PB1i5,PB1i6,PB1i7,PB1i8}。
5.根据权利要求1所述的一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，其特征在于：步骤(1)中所述的将数值序列P2中元素P2i逐个转换成8bits的二进制序列{PB2i1,PB2i2,PB2i3,PB2i4,PB2i5,PB2i6,PB2i7,PB2i8}，是指采用dec2bin(P2i，8)函数得到二进制序列{PB2i1,PB2i2,PB2i3,PB2i4,PB2i5,PB2i6,PB2i7,PB2i8}。
6.根据权利要求1所述的一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，其特征在于：步骤(4)中所述的将数值序列
Figure FDA0003393191050000052
逐个元素转换为ASCII码值属于[32,126]的可见字符，是指逐个元素采用char()函数，即
Figure FDA0003393191050000053
得到字符序列
Figure FDA0003393191050000054
7.根据权利要求1所述的一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，其特征在于：步骤(4)中所述的将数值序列
Figure FDA0003393191050000055
逐个元素转换为ASCII码值属于[32,126]的可见字符，是指逐个元素采用char()函数，即
Figure FDA0003393191050000056
得到字符序列
Figure FDA0003393191050000057
8.根据权利要求1所述的一种基于分层加密的垃圾分类二维码生成方法，其特征在于：步骤(4)中所述的将垃圾袋身份显示码(M1M2…MkMk+L+p+1Mk+L+p+2…Mk+L+p+nMk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2)和垃圾分类号进行组合，是指采用垃圾袋身份显示码和垃圾分类号插入连接的组合方式，表示为
Figure FDA0003393191050000058
其中M1M2…Mk、Mk+L+p+1Mk+L+p+2…Mk+L+p+n、
Figure FDA0003393191050000059
与Mk+L+p+n+1Mk+L+p+n+2之间相互用英文空格间隔。
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