CN113242107A - 一种二维码传输协议 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自定义二维码数据传输协议，所述二维码数据传输协议，主要有编码端与解码端两部分；编码端主要功能：缓存用户数据，制作帧数据(一屏二维码的数据称为帧数据)，转换数据二维码，显示数据二维码图与定位图；解码端主要功能：拍摄定位图和数据二维码图，利用定位图定位二维码数据点，通过二维码数据点位置解码出帧数据，最终还原出用户数据。

Description

一种二维码传输协议

技术领域

本发明涉及一种传输协议，具体涉及一种二维码传输协议，属于数据安全交换技术领域。

背景技术

为保障网络安全，内部网络与外部网络断开，不能存在物理上连接。但是很多情况下，内部网络数据需要传输到外部网络中，或者外部网络数据需要传输到内部网络中。这种场景，需要单向传输，物理隔离。单向传输方式有：传统单向传输与物理隔离单向传输。传统单向传输是发送方与接收方物理连接，通过IO数据口传输数据，单向传输数据，这类设备有网闸、光闸等设备；物理隔离单向传输，发送方与接收方物理隔离，采用相机与屏组合通过二维码单向传输数据，数据转换成二维码图像在屏上显示，相机采集二维码图像识别还原数据。从安全性角度看，物理隔离通过二维码传输数据是目前最安全的方式。传输数据的二维码最常用是QR码，QR码主要采用静态定位，QR码传输容量比较小,传输速率存在瓶颈。为提高传输性能，本发明创新了自定义二维码数据传输协议，下文所指二维码都是私有二维码，保障传输高效，精准，安全，可靠。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种自定义二维码数据传输协议，该技术方案采用了帧数据满屏显示、动态位置定位、随机数列加密等技术，有效保证了跨域数据的高效、精准、安全、可靠传输。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种二维码传输协议。所述二维码传输协议，主要有编码端与解码端两部分；

编码端主要功能；缓存用户数据，制作帧数据(一屏二维码的数据称为帧数据)，转换数据二维码，显示数据二维码图与定位图；

解码端主要功能：拍摄定位图和数据二维码图，利用定位图定位二维码数据点，通过二维码数据点位置解码出帧数据，最终还原出用户数据；

该方案中，编码端：主要把数据变成二维码，显示定位图与二维码的过程,具体包括以下内容，

制作数据帧：取出缓存的用户数据，存到数据帧中；然后制作帧编号与数据编号，确定新数据包偏移；进而制作随机数种子，用随机数列与数据部分异或加密；再对数据部分与帧头做MD5散列，获取散列数据到帧的校验部分；最后对除第一字节外的所有数据做CRC校验值，保存到第一字节中；

保存数据帧：数据帧制作完毕，需要保存数据帧，同时根据数据编号，制作索引。保存数据帧目的是丢失数据可以重发；丢包重发分两种情况，一种是根据帧编号，一种是根据数据编号，其中，所述解码端主要是拍摄定位点图和二维码图，二维码解码还原帧数据，

二维码解码：首先根据定位图确定位点的位置，然后根据定位点的位置，分析像素值，逐个判断出二维码数据点的数值,解出所有二维码数据点的数值。

还原帧数据：首先对数据做CRC校验，再做MD5校验，如果校验通过，说明解码数据是正确的；否则，数据丢弃。待校验通过后，利用帧头srand，设置种子，生成随机数列与解码数据作异或，最终还原出帧数据。

其中，所述构建二维码，具体如下，

设定二维码窗口，窗口大小根据屏幕分辨率、屏幕预留像素数与二维码数据点像素来设计二维码窗口大小在编码端与解码端有相同约定；

其中，二维码窗口大小：W为二维码横向数，H为二维码纵向数；屏幕预留长度：Wr为横向预留，Hr为纵向预留；屏幕分辨率：Ws屏横向分辨率，Hs屏纵向分辨率；二维码数据点像素：Wp点横向像素，Hp点纵向像素。二维码窗口与屏幕分辨率和二维码数据点像素的数值关系：W＝Ws/Wp，H＝Hs/Hp；屏幕预留长度与屏幕分辨率和点像素粒度的数值关系：Wr＝Ws％Wp， Hr＝Hs％Hp；

构建二维码黑白点，二维码黑白点对应二进制0与1；

形成数据二维码图，二维码黑白点对应数据位，按照二维码窗口大小，采用横向顺序排列，由上到下把数据转化成二维码位图。

其中，数据帧由校验数据、帧头以及数据内容构成，

校验数据：校验采用crc与md5校验，这里提供crc与md5校验的数据；

帧头：用于保障数据的安全、完整，帧头定义如下：

mark：标识符，识别数据帧，为固定值0x80；

gdfc：说明校验帧之间数据帧数，大小为2的gdfc次方，一般为16，32，64，128，256，512,1024；

srand：随机数的种子,用于对数据部分进行异或处理的，对于有规律的数据来讲，通过异或处理，使数据变得随机性，有利于数据的处理，保障数据的安全；

serial：帧序列号，通过分析帧序列号连续性，可以判断是否丢帧；

dpos：数据编号，根据数据编号判断数据拆包与组包，通过分析连续性来判断丢帧；

doff：数据包的偏移，用于校准数据，对丢帧的情况，需要重新定位包位置；

dlen：数据部分长度，有效数据的长度；

数据内容：先由随机数种子srand动态形成随机数列，再用随机数列与实际用户数据做异或加密，形成的数据密文。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，该技术方案帧数据满屏显示，有效数据容量大，全面提升了数据传输速率；采用动态位置精准定位技术，实现了解码的快速高效；通过随机数列异或加密，保障了跨域传输数据的安全。

附图说明

图1为二维码单向传输协议硬件环境拓扑图；

图2为二维码数据传输协议流程图；

图3为二维码位图；

图4为初步定位示意图；

图5为精准定位示意图；

图6为二维码图；

图7为系统启动运行示意图。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1-图6，一种二维码传输协议，主要有编码端与解码端两部分，

编码端主要功能；缓存用户数据，制作帧数据(一屏二维码的数据称为帧数据)，转换数据二维码，显示数据二维码图与定位图；

解码端主要功能：拍摄定位图和数据二维码图，利用定位图定位二维码数据点，通过二维码数据点位置解码出帧数据，最终还原出用户数据；

参见图7,系统启动运行时，首先初步定位，然后精准定位，数据帧，精准定位帧，数据帧…；

构建二维码，具体参见图3：

设定二维码窗口，窗口大小根据屏幕分辨率、屏幕预留像素数与二维码数据点像素来设计二维码窗口大小在编码端与解码端有相同约定；

其中，二维码窗口大小：W为二维码横向数，H为二维码纵向数；屏幕预留长度：Wr为横向预留，Hr为纵向预留；屏幕分辨率：Ws屏横向分辨率，Hs屏纵向分辨率；二维码数据点像素：Wp点横向像素，Hp点纵向像素。二维码窗口与屏幕分辨率和二维码数据点像素的数值关系：W＝Ws/Wp，H＝Hs/Hp；屏幕预留长度与屏幕分辨率和点像素粒度的数值关系： Wr＝Ws％Wp，Hr＝Hs％Hp；

构建二维码黑白点，二维码黑白点对应二进制0与1；

形成数据二维码图，二维码黑白点对应数据位，按照二维码窗口大小，采用横向顺序排列，由上到下把数据转化成二维码位图。

其中，数据帧由校验数据、帧头以及数据内容构成，

校验数据：校验采用crc与md5校验，这里提供crc与md5校验的数据；

帧头：用于保障数据的安全、完整，帧头定义如下：

mark：标识符，识别数据帧，为固定值0x80；

gdfc：说明校验帧之间数据帧数，大小为2的gdfc次方，一般为16，32，64，128，256，512,1024；

srand：随机数的种子,用于对数据部分进行异或处理的，对于有规律的数据来讲，通过异或处理，使数据变得随机性，有利于数据的处理，保障数据的安全；

serial：帧序列号，通过分析帧序列号连续性，可以判断是否丢帧；

dpos：数据编号，根据数据编号判断数据拆包与组包，通过分析连续性来判断丢帧；

doff：数据包的偏移，用于校准数据，对丢帧的情况，需要重新定位包位置；

dlen：数据部分长度，有效数据的长度；

数据内容：

数据内容：先由随机数种子srand动态形成随机数列，再用随机数列与实际用户数据做异或加密，形成的数据密文。

定位帧由固定的定位图构成，定位图是主要有初步定位图与精准定位图。

屏与相机位置固定，二维码点位置也固定，通过定位图定位二维码的点。定位图分为初步定位图与精准定位图。初步定位确定点的大致位置，精准定位确定点的精准位置。

初步定位图是横向与纵向条状图，条状图的宽度分别是点的粒度的三倍，通过两个条形图交叉确定大致位置。初步定位图参见图4，

精准定位图是点方阵图，主要分白底黑点与黑底白点两种。初步定位确定大致初步，精准定位确定点的准确位置，根据点的准确位置高效解码。精准定位图参见图5，

初步定位为大致位置，精准定位为精准位置，两种相结合，二维码点的位置做到精准编码端：主要把数据变成二维码，显示定位图与二维码的过程。

制作数据帧：从缓存中取出数据到帧中，数据充足填满帧，制作帧编号与数据编号，填充过程中，确定新数据包偏移，制作随机数种子，制作随机数列与数据部分异或加密，对数据部分与帧头做MD5散列，获取散列数据到帧的校验部分，再次对除第一字节外的所有数据做 CRC校验值，保存到第一字节中；

所述随机数列异或加密具体方法包括：随机生成随机数种子，设定随机数种子数值，生成随机数列，用确定的随机数列与用户数据做加密操作。

只要随机数种子确定，后面随机数都已定

保存数据帧：数据帧制作完毕，需要保存数据帧，同时根据数据编号，制作索引。保存数据帧目的是丢失数据可以重发；丢包重发处理：丢包重发分两种情况，一种是根据帧编号，一种是根据数据编号；

解码端主要是拍摄定位点图和二维码图，二维码解码还原帧数据

二维码解码：首先根据定位图确定位点的位置，然后根据定位点的位置，分析像素值，逐个判断出二维码数据点的数值,解出所有二维码数据点的数值。

还原帧数据：首先对数据做CRC校验，再做MD5校验，如果校验通过，说明解码数据是正确的；否则，数据丢弃。待校验通过后，利用帧头srand，设置种子，生成随机数与解码数据作异或，最终还原出帧数据。所述还原帧数据过程还包括随机数列解密、冗余帧去除、丢帧判断和丢帧处理。

冗余帧去除：通过帧头serial帧编号以及dpos数据编号，去除冗余的帧。

丢帧判断：在解码时通过serial帧编号连续性判断是否丢帧，或者数据包还原时dpos数据编号连续性判断是否丢帧。

丢帧处理：有回路情况，发送丢帧信息，编码端重新发送；没有回路情况，丢帧记录到日志中，同时根据doff新数据包调整还原数据。

随机数列解密：基于随机数列解密算法，用已定随机数列与加密帧数据异或还原原文帧数据。

物理隔离二维码单向传输协议，编码端与解码端间的二维码数据传输场景图参见图1。编码端与解码端是物理隔离的，显示屏连接编码端，相机连接解码端，编码端显示二维码，把用户数据拆分成帧数据，帧数据转化成二维码并在屏上显示；解码端拍摄二维码，主要把屏上二维码拍摄下来，识别出帧数据，帧数据还原用户数据。

二维码数据传输协议流程图参见图2，编码端：首先用户数据存入数据缓存中。判断是否丢帧，丢帧获取丢失帧数据解密原文帧数据，不丢帧情况下从数据缓存获取数据制作帧数据，设置随机数种子对帧数据加密，设置校验数据，转化成二维码并显示。

解码端：采集二维码图像存入图像缓存。从图像缓存中取出图像识别出帧数据到解码缓存中，校验帧数据，确定帧正确性，帧数据缓存，去除冗余帧，判断是否丢帧，丢帧根据需要重传或写入日志，解密帧数据获取原文帧数据，还原出用户数据。二维码是编码端到解码端数据传输的介质。二维码根据屏幕分辨率进行构建。图6为屏幕800X480，预留4像素，点为4X4 像素，窗口为198X118构建的二维码，具体参见图6。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (5)

1.一种二维码传输协议，其特征在于，所述二维码传输协议，主要有编码端与解码端两部分；

编码端主要功能；缓存用户数据，制作帧数据(一屏二维码的数据称为帧数据)，转换数据二维码，显示数据二维码图与定位图；

解码端主要功能：拍摄定位图和数据二维码图，利用定位图定位二维码数据点，通过二维码数据点位置解码出帧数据，最终还原出用户数据。

2.根据权利要求1所述的二维码传输协议，其特征在于，编码端：主要作用是把数据转换成二维码，然后是显示定位图与二维码图,具体包括以下内容，

制作数据帧：取出缓存的用户数据，存到数据帧中；然后制作帧编号与数据编号，确定新数据包偏移；进而制作随机数种子，用随机数列与数据部分异或加密；再对数据部分与帧头做MD5散列，获取散列数据到帧的校验部分；最后对除第一字节外的所有数据做CRC校验值，保存到第一字节中；

保存数据帧：待数据帧制作完毕后，根据数据编号，制作索引,保存数据帧，保存数据帧目的是丢失数据可以重发；丢包重发分两种情况，一种是根据帧编号，一种是根据数据编号。

3.根据权利要求2所述的二维码传输协议，其特征在于，所述解码端主要拍摄定位图和数据二维码图，二维码解码以及数据帧还原数据的过程，

二维码解码：首先根据定位图确定位点的位置，然后根据定位点的位置，分析像素值，逐个判断出二维码数据点的数值,解出所有二维码数据点的数值；

还原帧数据：首先对数据做CRC校验，再做MD5校验，如果校验通过，说明解码数据是正确的；否则，数据丢弃；待校验通过后，利用帧头srand，设置种子，生成随机数列与解码数据作异或，最终还原帧数据。

4.根据权利要求3所述的二维码传输协议，其特征在于，所述构建二维码，具体如下，

设定二维码窗口，窗口大小根据屏幕分辨率、屏幕预留像素数与二维码数据点像素来设计二维码窗口大小在编码端与解码端有相同约定；

其中，二维码窗口大小：W为二维码横向数，H为二维码纵向数；屏幕预留长度：Wr为横向预留，Hr为纵向预留；屏幕分辨率：Ws屏横向分辨率，Hs屏纵向分辨率；二维码数据点像素：Wp点横向像素，Hp点纵向像素；二维码窗口与屏幕分辨率和二维码数据点像素的数值关系：W＝Ws/Wp，H＝Hs/Hp；屏幕预留长度与屏幕分辨率和点像素粒度的数值关系：Wr＝Ws％Wp，Hr＝Hs％Hp；

构建二维码黑白点，二维码黑白点对应二进制0与1；

形成数据二维码图，二维码黑白点对应数据位，按照二维码窗口大小，采用横向顺序排列，由上到下把数据转化成二维码位图。

5.根据权利要求3或4所述的二维码传输协议，其特征在于，其中数据帧由校验数据、帧头以及数据内容构成，

校验数据：校验采用crc与md5校验，这里提供crc与md5校验的数据；

帧头：用于保障数据的安全、完整，帧头定义如下：

mark：标识符，识别数据帧，为固定值0x80；

gdfc：说明校验帧之间数据帧数，大小为2的gdfc次方，一般为16，32，64，128，256，512,1024；

srand：随机数的种子,用于对数据部分进行异或处理的，对于有规律的数据来讲，通过异或处理，使数据变得随机性，有利于数据的处理，保障数据的安全；

serial：帧序列号，通过分析帧序列号连续性，可以判断是否丢帧；

dpos：数据编号，根据数据编号判断数据拆包与组包，通过分析连续性来判断丢帧；

doff：数据包的偏移，用于校准数据，对丢帧的情况，需要重新定位包位置；

dlen：数据部分长度，有效数据的长度；

数据内容：先由随机数种子srand动态形成随机数列，再用随机数列与实际用户数据做异或加密，形成的数据密文。

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