CN112134687A - 基于二维码的信息加密解密方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于二维码的信息加密解密方法，其中加密方法包括以下步骤：对加密文本进行第一次编码加密；随机选取一幅高空间频率图像，并提取其图像的物理特征，经过处理后得到图像的浮雕效果；将提取的高空间频率图像物理特征与加密文本进行二次加密；将二次加密后的加密文本隐写至高空间频率图像中，具体通过多比特来描述高空间频率图像的每一个像素颜色，根据浮雕效果起伏得到图像中每个像素的最次要比特，并将自动扩展密码存放在最次要比特中，生成加密隐写图像；对生成的加密隐写图像进行二维码编码，生成二维码图片。本发明提高了信息传递的安全性和可读性。

Description

基于二维码的信息加密解密方法
技术领域
本发明涉及图像处理和信息隐写领域，尤其涉及一种基于二维码的信息加密解密方法。
背景技术
信息隐写是一门关于信息隐藏的技巧与科学，所谓信息隐藏指的是不让除预期的接收者之外的任何人知晓信息的传递事件或者信息的内容。一般来说，隐写的信息看起来像一些其他的东西，例如一张购物清单，一篇文章，一篇图画或者其他“伪装”的消息。隐写的信息通常用一些传统的方法进行加密，然后用某种方法修改一个“伪装文本”，使其包含被加密过的消息，形成所谓的“隐秘文本”。
载体文件相对隐秘文件的数据含量越大，隐藏后者就越加容易。因为这个原因，数字图像在因特网和其他传媒上被广泛用于隐藏消息。例如：一个24位的位图中的每个像素的三个颜色分量红、绿和蓝各使用8个比特来表示。如果我们只考虑蓝色的话，就是说有2种不同的数值来表示深浅不同的蓝色。而像11111111和11111110这两个值所表示的蓝色，人眼几乎无法区分。因此，这个最低有效位就可以用来存储颜色之外的信息，而且在某种程度上几乎是检测不到的。近几年来，信息隐写已经成为了信息安全的焦点。因为每个Web站点都依赖多媒体,如音频、视频和图像。信息隐写这项技术可以将秘密信息嵌入到数字媒介中而不损坏它的载体的质量。第三方既觉察不到秘密信息的存在,也不知道存在秘密信息。因此密钥、数字签名和私密信息都可以在开放的环境，如Internet或者内联网中安全的传送。
但是图像隐写仍存在很大的局限性，比如其对数据的准确度要求，使其只能在网络上进行传送使用，若将图像打印再扫描则图像像素出现巨大变化，从而失去了其隐藏信息，导致不能应用于日常生活。而可重写材料是一种由多层塑料和玻璃构成的可多次重复擦写材料。它的表面涂有光感材料，在紫外线照射下，氧化油墨会被“印到”上面，产生需要的图案或文字。材料放在115°高温环境中，所印的文字就会消失。同时利用二维码是一种高密度的编码，信息容量大，同时容错能力强的特点，作为线上线下的接口。本发明将可重写材料与二维码、图像隐写相结合，既能在满足隐藏信息，节约材料浪费的同时能广泛在生活中应用传播，可应用于快递的买家信息保护等多个方面。
发明内容
本发明的目的在于在保证加密信息安全传输前提下，提高在可重写材料上的高精确度解密，无误传递机密信息并将其打印。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种基于二维码的信息加密方法，包括以下步骤：
对加密文本进行第一次编码加密；
随机选取一幅高空间频率图像，并提取其图像的物理特征，经过处理后得到图像的浮雕效果；
将提取的高空间频率图像物理特征与加密文本进行二次加密，具体建立加密文本的二次加密的密钥生成参数与密钥的映射关系，并使用伪随机子密码生成算法自动扩展密码；
将二次加密后的加密文本隐写至高空间频率图像中，具体通过多比特来描述高空间频率图像的每一个像素颜色，根据浮雕效果起伏得到图像中每个像素的最次要比特，并将自动扩展密码存放在最次要比特中，生成加密隐写图像；
对生成的加密隐写图像进行二维码编码，生成二维码图片。
接上述技术方案，第一次编码加密时，设定密钥长度128位，通过多轮变换函数：轮密钥加变换、字节替换、行位移变换、列混合变换方式进行多次迭代，产生一个子密钥矩阵。
接上述技术方案，二维码编码时，将加密隐写图像的数据字符转换成二进制数据流，其中包含模式指示符,计数指示符,信息数据位，分别用0和1表示高低电平，每8位组成一个码字，包含的数据就是一个码字。
接上述技术方案，二维码图片的生成过程具体为：通过包括数据分析、数据编码、纠错编码的步骤后,将加密隐写图像的原始数据转化成填充二维码图形的数据格式，具体将码字模块、定位图形、校正图形、探测图形和分隔符按照一定规则放入矩阵中,初步形成二维码图形，把二维码编码生成的最终码字序列放入2X4的模块中,按照“M”型规则从右下角开始依次填充到符号的数据区。
接上述技术方案，在保证高空间频率图像完整清醒的前提下，利用可重构PUF提取其物理特征，采用handleImageNegative，handleImagePixelsOldPhoto和handleImagePixelsRelief混合的方法得到图像的浮雕效果。
接上述技术方案，加密文本隐写时，具体用24比特来描述每一个像素的颜色，采用浮雕效果起伏得到图像中每个像素的24比特中最次要比特，并将加密文件存放之最次要比特中。
本发明还提供一种基于二维码的信息解密方法，包括以下步骤：
扫描二维码，得到解码后的高空间分辨率图像；
通过输入的秘钥判断是否通过内部链接扫描二维码，若否，直接显示高空间分辨率图像；若是，则对加密隐写图像进行解密，并计算私钥，二维码解码后得到含隐写信息的图像；
对含隐写信息的图像隐写图像进行解密，若私钥与密钥相符，则获取高空间分辨率图像中隐写的加密信息。
接上述技术方案，还包括步骤：打印加密信息，具体通过紫外线照射加密信息，以氧化油墨的形式打印在可重写材料上面。
本发明还提供一种存储介质，其内存储有可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序用于实现接上述技术方案的二维码信息加密方法。
本发明产生的有益效果是：本发明通过将加密文本进行二次加密后隐写到普通的高空间频率图像中，然后将隐写的图像生成二维码图片，通过信息隐写提升了密文传送过程中的迷惑性，便于有指定性的传递信息。本发明能实现对通过私钥地址扫描含密文的二维码进行还原显现，通过公共地址扫描二维码将得到普通高空间分辨率图像，进一步可以提取图像中的隐写信息，从而提高了信息传递的安全性和可读性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例基于二维码的信息加密方法的流程图；
图2是本发明实施例基于重写材料的二维码信息加密解密方法流程图；
图3是本发明另一实施例基于二维码的信息加密流程图；
图4是本发明另一实施例基于二维码的信息解密流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明基于二维码的信息加密解密方法首先将加密信息进行加密，然后再将其隐藏到普通的图像中，最后将隐藏了加密信息的图像做成二维码。若单纯扫描二维码，则得到的就是一张普通图像，无法破译图像中隐藏的信息，因此具有迷惑性。若知道解码方法，则可以解密图像中隐藏的加密信息。
如图1所示，本发明实施例基于二维码的信息加密方法具体包括以下步骤：
S1、对加密文本进行第一次编码加密，将明文变密文；
S2、随机选取一幅高空间频率图像，并提取其图像的物理特征，经过处理后得到图像的浮雕效果；
S3、将提取的高空间频率图像物理特征与加密文本进行二次加密，即进行信息隐写，具体建立加密文本的二次加密的密钥生成参数与密钥的映射关系，并使用伪随机子密码生成算法自动扩展密码；
S4、将二次加密后的加密文本隐写至高空间频率图像中，具体通过多比特来描述高空间频率图像的每一个像素颜色，根据浮雕效果起伏得到图像中每个像素的最次要比特，并将自动扩展密码存放在最次要比特中，生成加密隐写图像；
S5、对生成的加密隐写图像进行二维码编码，生成二维码图片。
本发明实施例的基于二维码的信息解密方法，主要包括以下步骤：
扫描二维码，得到解码后的高空间分辨率图像；
通过输入的秘钥判断是否通过内部链接扫描二维码，若否，直接显示高空间分辨率图像；若是，则对加密隐写图像进行解密，并计算私钥，二维码解码后得到含隐写信息的图像；
对含隐写信息的图像隐写图像进行解密，若私钥与密钥相符，则获取高空间分辨率图像中隐写的加密信息。
本发明还可以通过主镜头识别读取二维码，主镜头将采集到的二维码解码图像由IP地址传送到云端，云端对主镜头传送来的解码图像进行解密处理。主镜头采集的图像为含隐写信息的加密二维码图像。隐写信息图像识别、提取的方式为：在满足镜头矫正畸变的情况下对目标进行采样，提取一帧含隐写信息的高空间频率的图像；对含隐写信息的高空间频率的图像进行IP地址处理；对称加密AES的私钥，解密隐写信息；对隐写信息进行解压缩；在重写材料上打印密文。
本发明还提供一种基于重写材料的二维码信息加密解密文件打印方法，具体包括重写材料清零、加密文本信息AES编码加密、提取随机性的高空间频率图像的物理特征、建立加密文本的二次加密的密钥生成参数与密钥的映射关系、将加密的密文编码经过最低有效位压缩隐写至高空间频率的图像中、对生成的加密隐写图像进行二维码编码、生成QR二维码图片、对二维码图片进行解码得到加密隐写图像、是否拥有密钥判断、加密隐写图像解密、验证密钥、文本文件进行解压缩、打印加密文件至可重写材料中，其中：
1)重写材料清零，设置在整个加密解密系统启动前，用于充当本基于重写材料加密解密打印的物理通检；
2)在重写材料清零后，即保证本加密解密方法可以正常打印至重写材料的前提下，对重写材料范围进行必要的畸变检查和矫正处理，相机摄像头进行采集、数字化和矫正；
3)加密文本信息编码加密，将分组的128比特的数据按字节分成16块,在一个4X4的矩阵上进行加密操作。设定密钥长度128位，通过10轮变换函数：轮密钥加变换、字节替换、行位移变换、列混合变换方式进行多次迭代，由扩展密钥模块产生一个子密钥矩阵。
4)提取随机性的高空间频率图像的物理特征，在保证高空间频率图像完整清醒的前提下，利用可重构PUF提取其物理特征，采用handleImageNegative，handleImagePixelsOldPhoto和handleImagePixelsRelief混合的方法得到图像的浮雕效果。
5)建立加密文本的二次加密的密钥生成参数与密钥的映射关系，采用RC4使用简单的密钥，使用伪随机子密码生成算法可以自动扩展密码。
6)加密的密文编码经过最低有效位压缩隐写至高空间频率的图像，计算机中用24比特来描述每一个像素的颜色，通过4)中得到的浮雕效果起伏得到图像中每个像素的24比特中最次要比特，并将加密文件存放之最次要比特中。
7)对生成的加密隐写图像进行二维码编码，将数据字符转换为二进制数据流，其中包含模式指示符,计数指示符,信息数据位，分别用0和1表示高低电平，每8位组成一个码字，包含的数据就是一个码字。
8)生成QR二维码图片，通过数据分析、数据编码、纠错编码等步骤后,原始数据转化成可以开始填充二维码图形的数据格式。将码字模块、定位图形、校正图形、探测图形和分隔符按照一定规则放入矩阵中,就初步形成了二维码图形。把上一步生成的最终码字序列放入2X4的模块中,按照“M”型规则从右下角开始依次填充到符号的数据区。
9)解码含隐写信息二维码，利用QR码的结构特征进行定位和Hough算法对QR码进行旋转矫正后，将图像按照二维码自身的编码规则分成M*N块，将各区域进行阈值判断，定位各区域的编码值，与7)中编码进行验证得到解QR码后的图像。
10)是否用用密钥判断，判断是否通过内部链接扫描二维码，若是则进入11)，继续解密隐写信息；否则止步于9)，完成显示。
11)加密隐写图像解密、计算私钥，通过二维码解码后得到的含隐写信息图像进行数据的读写和纠错，确定判定加密格式信息、消除高空间频率的图像掩膜信息，将QR码的数据矩阵转换成数据序列，由激励PUF得出的响应Y(C)和辅助数据W计算得到私钥SK'ID。利用私钥和加密矩阵对隐写图像进行解密。
12)验证密钥，利用私钥和加密矩阵对隐写图像进行解密。若私钥与密钥相符，则进行下一步；否则返回9)。
13)文本文件进行解压缩，显示最终加密信息。
14)打印加密信息，通过紫外线照射将加密信息，以氧化油墨的形式打印在可重写材料上面。
进一步地，本发明的二维码信息加密解密包括以下设置方式：
基于传统二维码文件加密的前对文件进行重写材料的清零，并压缩隐写至高空间频率的图像中；
在重写材料的二维码信息加密解密时对重写材料进行清零，计算采集重写材料中光线与摄像头平面的夹角，进行中心点坐标计算，进行必要的畸变检查和矫正处理，相机摄像头进行采集、定位和矫正，具体为相机镜头对图像进行多角度的采集，根据不同角度采集到的数据进行顶角的标定，核实二维码探测模块的正常运作，根据顶角标定和二维码校正模块的比对，对不同角度的二维码进行角度校正，最终识别出无信息缺失的二维码。
本发明提供一个基于重写材料的二维码信息加密解密的文本加密方案，包括：
采用步骤3)中分组的128比特的数据按字节分成16块,在一个4X4的矩阵上进行加密操作。设定密钥长度128位，通过10轮变换函数：轮密钥加变换、字节替换、行位移变换、列混合变换方式进行多次迭代，由扩展密钥模块产生一个子密钥矩阵。
更进一步的方案是，判断是否步骤4)中的高空间频率图像物理特征是否合理(可根据二值化分布以及浮雕分布进行阈值分析)，如果为是，则进行下一步处理；如果为否，则返回1)步骤的方法；
将步骤4)中提取的高空间频率图像物理特征与加密文本建立二次加密，获取二次密钥生成参数与密钥的映射关系，采用RC4使用简单的密钥，使用伪随机子密码生成算法可以自动扩展密码，以保证时效性和安全性。
本发明提供一个基于重写材料的二维码信息加密解密的信息隐写方案，包括：
更进一步的方案是，判断是否步骤5)中的高空间频率图像和加密文本密钥是否匹配成功，如果为是，则进行下一步处理；如果为否，则返回3)步骤的方法
将步骤5)中的加密文件存放在含加对高空间分辨率图像的每个像素的24比特中最次要比特中。
本发明还提供基于重写材料的二维码信息加密解密的二维码生成方法，包括：
采用步骤6)中的生成的加密隐写图像进行二维码编码，将加密隐写后的图形的数据字符转换为二进制数据流，其中包含模式指示符,计数指示符,信息数据位，分别用0和1表示高低电平，每8位组成一个码字，包含的数据就是一个码字。
更进一步的方案是，对通过数据分析、数据编码、纠错编码等步骤后,原始数据转化成可以开始填充二维码图形的数据格式。将码字模块、定位图形、校正图形、探测图形和分隔符按照一定规则放入矩阵中,就初步形成了二维码图形。其中，码字模块指二维码的黑白子块；定位图形是指二维码生成时的标定位置；校正图形是指对不同角度的扫描进行一次校正，满足多角度的定位成功；探测图形是指对生成的二维码进行捕获；分隔符是指每个区域以指定的黑白子块分布作为标志，是人为设定规则设定。把上一步生成的最终码字序列放入2X4的模块中,按照“M”型规则从右下角开始依次填充到符号的数据区。
本发明还提供基于重写材料的二维码信息加密解密的二维码解码方法，包括：
采用步骤8)中生成的二维码图像，利用QR码的结构特征进行定位和Hough算法对QR码进行旋转矫正后，将图像按照二维码自身的编码规则分成M*N块，将各区域进行阈值判断，定位各区域的编码值，与7)中编码进行验证得到解QR码后的图像；
更进一步的方案是，判断步骤9)是否通过内部链接扫描二维码，如果为是，则进行下一步处理；继续解密隐写信息；如果为否，则止步于9)，完成显示。
本发明还提供基于重写材料的二维码信息加密解密的解隐写信息的方法，包括：
采用步骤10)中解码得到的含隐写信息的图像，通过二维码解码后得到的含隐写信息图像进行数据的读写和纠错，确定判定加密格式信息、消除高空间频率的图像掩膜信息，将QR码的数据矩阵转换成数据序列，由激励PUF得出的响应Y(C)和辅助数据W计算得到私钥SK'ID。利用私钥和加密矩阵对隐写图像进行解密；
更进一步的方案是，判断是否步骤11)中的私钥与密钥是否相符，如果为是，则进行下一步处理；如果为否，则返回9)步骤的方法；
更进一步的方案是，对步骤12)中解密后的文件信息进行解压缩，显示最终密文。
本发明还提供一种基于重写材料的二维码信息加密解密的重写材料打印装置，包括用于重写材料的识别、区域定位和角度矫正打印；主镜头将采集到的二维码由私钥传送到图像地址，云端对主镜头传送来的解密后的密文进行特定频谱紫外线照射，通过氧化油墨“印到”可重写材料上面。
本发明还提供一种存储介质，其内存储有可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序用于实现上述实施例的基于二维码的信息加密解密方法。
本发明能实现对密文的加密掩饰，对密文数据进行了高稳定性的加密和保护。
本发明的能实现对通过私钥地址扫描含密文的二维码进行还原显现，通过公共地址扫描二维码将得到普通高空间分辨率图像，从而提高了信息传递的安全性和可读性；可重写材料提高了环保性和机密文件易保护性，降低了密文传输过程中的不定因素；信息隐写技术提升了密文传送过程中的迷惑性，便于有指定性的传递信息。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于二维码的信息加密方法，其特征在于，包括以下步骤：
对加密文本进行第一次编码加密；
随机选取一幅高空间频率图像，并提取其图像的物理特征，经过处理后得到图像的浮雕效果；
将提取的高空间频率图像物理特征与加密文本进行二次加密，具体建立加密文本的二次加密的密钥生成参数与密钥的映射关系，并使用伪随机子密码生成算法自动扩展密码；
将二次加密后的加密文本隐写至高空间频率图像中，具体通过多比特来描述高空间频率图像的每一个像素颜色，根据浮雕效果起伏得到图像中每个像素的最次要比特，并将自动扩展密码存放在最次要比特中，生成加密隐写图像；
对生成的加密隐写图像进行二维码编码，生成二维码图片。
2.根据权利要求1所述的基于二维码的信息加密方法，其特征在于，第一次编码加密时，设定密钥长度128位，通过多轮变换函数：轮密钥加变换、字节替换、行位移变换、列混合变换方式进行多次迭代，产生一个子密钥矩阵。
3.根据权利要求1所述的基于二维码的信息加密方法，其特征在于，二维码编码时，将加密隐写图像的数据字符转换成二进制数据流，其中包含模式指示符,计数指示符,信息数据位，分别用0和1表示高低电平，每8位组成一个码字，包含的数据就是一个码字。
4.根据权利要求1所述的基于二维码的信息加密方法，其特征在于，二维码图片的生成过程具体为：通过包括数据分析、数据编码、纠错编码的步骤后, 将加密隐写图像的原始数据转化成填充二维码图形的数据格式，具体将码字模块、定位图形、校正图形、探测图形和分隔符按照一定规则放入矩阵中,初步形成二维码图形，把二维码编码生成的最终码字序列放入2X4的模块中,按照“M”型规则从右下角开始依次填充到符号的数据区。
5.根据权利要求1所述的基于二维码的信息加密方法，其特征在于，在保证高空间频率图像完整清醒的前提下，利用可重构PUF提取其物理特征，采用handleImageNegative，handleImagePixelsOldPhoto和handleImagePixelsRelief混合的方法得到图像的浮雕效果。
6.根据权利要求1所述的基于二维码的信息加密方法，其特征在于，加密文本隐写时，具体用24比特来描述每一个像素的颜色，采用浮雕效果起伏得到图像中每个像素的24比特中最次要比特，并将加密文件存放之最次要比特中。
7.一种基于二维码的信息解密方法，其特征在于，包括以下步骤：
扫描二维码，得到解码后的高空间分辨率图像；
通过输入的秘钥判断是否通过内部链接扫描二维码，若否，直接显示高空间分辨率图像；若是，则对加密隐写图像进行解密，并计算私钥，二维码解码后得到含隐写信息的图像；
对含隐写信息的图像隐写图像进行解密，若私钥与密钥相符，则获取高空间分辨率图像中隐写的加密信息。
8.根据权利要求7所述的基于二维码的信息解密方法，其特征在于，还包括步骤：打印加密信息，具体通过紫外线照射加密信息，以氧化油墨的形式打印在可重写材料上面。
9.一种存储介质，其特征在于，其内存储有可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序用于实现权利要求1-6中任一项所述的二维码信息加密方法。
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