CN113221131B - 一种基于lwe的qr码加密解密方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LWE的QR码加密解密方法，应用于表单、安全保密、存货盘点以及物品的追溯等领域，满足不同领域用户信息加密的需求。通过使用本方法，发送方可以通过使用基于LWE的加密解密方法在QR码中加密各类重要信息，接收方可使用指定的二维码手机软件进行QR码的扫码解码，获得明文信息。该方法能让接收方通过扫描二维码进行各类表单传输，减少人工误差，也能借助基于物联网的识别追溯商品信息，追踪工业零件、器械，盘点物流、仓储。基于LWE的方法具有抗量子计算的特点，不易被破解。而基于LWE的QR二维码加密解密技术，为降低人力成本、追溯问题产品流向等提供了一个更广阔的管理平台，具有较好的实际应用价值。

Description

一种基于LWE的QR码加密解密方法

技术领域

本发明涉及QR码的加密识别技术领域，具体涉及一种基于LWE的QR码加密解密方法。

背景技术

QR码是一种矩阵式二维条码，具有超高速全方位识读、编码字符广泛、能更有效表示汉字等特点。在智能移动终端得到广泛应用的社会，智能手机终端作为QR码的识别设备也极大地促进了QR码的发展，基于Android系统以及微信技术的QR码的应用十分广泛，成为能快速获取信息的工具。在表单应用上，QR码十分适合存储公文、商业、进出口、舱单等资料的信息，发送方将带有信息的QR码进行传送交换，接收方能通过指定软件对QR码进行扫码查验，减少人工重复输入表单资料，避免人为错误，但随之而来的是信息的泄露或被复制、篡改等安全性风险。

针对这一备受关注的信息安全传输问题，现有技术将QR码与加密算法相结合，使用密钥将需要保密的信息转换成一段不可直接读取的密码，并将这段密文信息形成特定的QR图像，形成了QR码加密识别技术。而现有的QR码加密识别技术多采用基于数论的公钥加密体系如RSA，该类加密技术已被证明无法抵御量子算法的攻击。随着量子计算的发展，量子安全等级成为衡量加密方案的重要指标，如何在QR码的加密识别技术中应用抗量子攻击的加密解密算法，成为新一代QR加密识别技术的发展方向。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有QR加密识别技术无法抵抗量子算法攻击的缺陷，提供一种基于LWE的QR码加密解密方法，发送方将信息通过特定软件进行Reed Solomon编码(是一种前向纠错的信道编码)、LWE加密解密和QR码生成，从而使QR码达到量子全能等级，无论是经典攻击还是量子攻击都无法破解、模仿、盗用关键信息。接收方可以将密文生成的QR图像通过特定的软件扫码、解密、解码来获得QR码中的明文信息，实现信息安全传输。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于LWE的QR码加密解密方法，该加密解密方法过程如下：对明文信息进行Reed Solomon编码，再用LWE算法对编码后的明文加密生成密文，而后选择合适的QR版本根据密文和私钥生成QR图像。用户可利用专用的解码解密软件从QR图像中提取密文和私钥，并解读密文、恢复明文。

进一步地，该加密解密方法利用LWE公钥体制产生公钥和私钥，其中公钥用于对编码后的明文的加密，所生成密文随私钥一起生成QR图像。私钥用于QR图像读取软件解读密文、恢复明文。

进一步地，该加密解密方法在LWE加密前对商品信息的明文进行Reed Solomon编码；用户在用专用软件读取QR图像时，要在LWE解密后进行Reed Solomon解码后得到商品信息明文。

进一步地，该加密解密方法利用手机、平板等移动终端设备的自带摄像头对QR图像扫描，提取密文和私钥，再利用私钥对密文进行LWE解密得到Reed Solomon编码后的明文，最终通过Reed Solomon解码得到商品明文信息。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明提供了一种基于LWE的QR码加密解密方法，可以满足用户对信息保密的极高要求，且方法具有安全防泄漏、防篡改、防伪造特性，具有极强的保密性能。该方法基于格的LWE问题，相对经典公钥密码体制，LWE体制不会被量子计算攻击破解，加密更为安全可靠。此外，该方法不需要使用额外的特定硬件识别设备，使用方只需用智能手机安装专用扫描软件即可，用以扫描LWE加密QR图像即可识别出QR码中被加密的明文信息，实现方式低成本。

附图说明

图1是本发明实施例公开的一种基于LWE的QR码加密解密方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本实施例公开一种基于LWE的QR码加密解密方法至少包括三个步骤：

步骤S1、对明文信息通过容错学习问题(Learning With Error,LWE)进行加密产生QR图像，该步骤使用私钥产生随机公钥，并结合产生的公钥对明文信息进行加密后产生对应的QR图像；

步骤S2、对QR图像进行采集；

步骤S3、基于Android系统的LWE加密QR码的客户端解密识别，客户端使用私钥对QR码的密文信息进行解密，用户即可得到该QR码对应的明文信息。

本实施方案中，用大写字母(如A,B)表示数组，用粗体大写字母(如M,C)表示信息，用小写字母(如i,j)表示数，所有的乘法均是按元素乘。

具体实施流程如下：

步骤S1、对明文信息通过容错学习问题(Learning with Error，LWE)进行加密产生QR图像，过程如下：

S11、明文预处理：对明文信息M使用Reed Solomon编码进行纠错，形成纠错后的明文M′，其中Reed Solomon编码是一种前向纠错的信道编码；

S12、私钥生成：定义一个秘密值

将秘密值s作为加密中的私钥，

表示n维整数集Z模q的环；

S13、公钥形成：公钥是在私钥的基础上生成的。定义均匀随机生成的数组

和以分布χ生成的误差

构造数组

则公钥为(A,B)，

表示m维整数集Z模q的环，

表示m*n维整数集Z模q的环；

S14、对纠错后的明文M′加密：对于每一比特的明文信息M′，进行如下计算：

u＝∑A_samples

计算后得到加密后的密文对(u,v)，其中，A_samples表示从A中随机选取的样本值A，B_samples表示从B中选取的与A_samples一一对应的样本值B，q表示一个正整数，u表示通过A_samples计算得到的密文对中的一个值，v表示通过B_samples计算得到的密文对中的另一个值；

S15、将计算获得的密文对(u,v)生成QR码，完成明文信息基于LWE的加密生成QR图像。

步骤S2、对QR图像进行采集，过程如下：

S21、使用移动终端的摄像头采集获取QR图像；

S22、通过移动终端上的扫码软件获取QR图像信息并通过QR码编译码技术得到译码信息。

步骤S3、基于Android系统的LWE加密QR码的客户端解密识别，客户端使用私钥对QR码的密文信息进行解密，用户即可得到该QR码对应的明文信息，过程如下：

S31、密文解密：获得译码信息即密文信息，对于密文信息中每一对密文对(u,v)，使用私钥s进行如下公式计算：

计算后获得解密信息C′，其中，q为定义的正整数，u、v为密文对，v-s*u(modq)为v-s*u模正整数q得到的值；

S32、去冗余：对解密信息C′进行Reed Solomon译码去冗余，最终获得明文信息C，完成基于LWE加密QR码的解密。

综上所述，本发明结合QR码的加密识别技术和基于格密码的容错学习(LearningWith Errors,LWE)技术，以在保证QR码信息安全性的前提下，实现用户扫码解码获得明文信息。为了实现QR码内容的加密与解密，本发明首先对明文信息进行Reed Solomon纠错编码，再生成一个LWE的公钥-私钥对，发送方使用公钥对编码后的明文信息进行加密处理，产生密文，再用密文和私钥生成QR图像。在对应的QR图像阅读单元中，QR图像经处理后得到密文和私钥，再用私钥求解出编码后的明文，最终明文信息由Reed Solomon解码得到。

由于本发明采用了抗量子攻击的LWE公钥加密技术，任何第三方用户在使用特定软件之前不能对加密后的QR码进行解码获得明文信息；任何第三方用户获取明文信息后也无法模仿密文，从而达到了信息安全、防篡改的目的。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于LWE的QR码加密解密方法，其特征在于，对明文信息进行Reed Solomon编码纠错，再用LWE算法对编码后的明文加密生成密文，而后选择合适的QR版本根据密文和私钥生成QR图像，用户利用解码解密软件从QR图像中提取密文和私钥，并解读密文、恢复明文，所述QR码加密解密方法包括以下步骤：

S1、对明文信息通过LWE算法进行加密产生QR图像：使用私钥产生随机公钥，并结合产生的公钥对明文信息进行加密后产生对应的QR图像；

所述步骤S1过程如下：

S11、明文预处理：对明文信息M使用Reed Solomon编码进行纠错，形成纠错后的明文M′；

S12、私钥生成：定义一个秘密值

将秘密值s作为加密解密中的私钥，

表示n维整数集Z模q的环；

S13、公钥形成：公钥是在私钥的基础上生成的，定义均匀随机生成的数组

和以分布χ生成的误差

构造数组

则公钥为(A，B)，

表示m维整数集Z模q的环，

表示m*n维整数集Z模q的环；

S14、对纠错后的明文M′加密：对于每一比特的明文M′，进行如下计算：

u＝∑A_samples

计算后得到加密后的密文对(u，v)，其中，A_samples表示从A中随机选取的样本值A，B_samples表示从B中选取的与A_samples一一对应的样本值B，q表示一个正整数，u表示通过A_samples计算得到的密文对中的一个值，v表示通过B_samples计算得到的密文对中的另一个值；

S15、将计算获得的密文对(u，v)生成QR码，完成明文信息基于LWE算法的加密，生成QR图像；

S2、对QR图像进行采集；

S3、基于Android系统的LWE加密QR码的客户端解密识别：客户端使用私钥对QR码的密文信息进行解密，得到该QR码对应的明文信息；

所述步骤S3过程如下：

S31、密文解密：获得译码信息即密文信息，对于密文信息中每一对密文对(u，v)，使用私钥s进行如下公式计算：

计算后获得解密信息C′，其中，q为事先定义的正整数，u、v为密文对，v-s*u(mod q)为v-s*u模正整数q得到的值；

S32、去冗余：对解密信息C′进行Reed Solomon译码去冗余，最终获得明文信息C，完成基于LWE加密QR码的解密。

2.根据权利要求1所述的一种基于LWE的QR码加密解密方法，所述步骤S2过程如下：

S21、使用移动终端的摄像头采集获取QR图像；

S22、通过移动终端上的扫码软件获取QR图像信息并通过QR码编译码技术得到译码信息。

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