CN1647140A - 用于重构图形消息的设备 - Google Patents

Abstract

一种设备，包括：用于接收信息单元序列的接收装置；被安排用于通过根据所述序列激活第一光电层的格元来显示所述信息单元序列的第一显示屏；被安排用于根据一个密钥序列中的单元而激活第二光电层的格元的第二显示屏，其中安排第一和第二显示屏彼此叠加，并且所述第一和第二显示屏其中之一包括一个光阀，而第一和第二显示屏的另外一个包括透射显示屏、发射显示屏、反射显示屏以及半透反射式显示屏中的一个。

Description

用于重构图形消息的设备

本发明涉及一种用于重构图形消息的设备。

随后可以简单描述一下可视密码术(M.Naor，A.Shamir：VisualCryptology，Eurocrypt′94，Springer-Verlag LNCSVol.950，Springer-Verlag，1995，pp1-12)。一个图像被分裂为两个随机化的部分：图像加上一个随机化，以及随机化本身。由于随机化，所以任一部分都不包含有关原始图像的信息。可是，当两个部分被物理叠加时，原始图像被重构。在图1中给出了一个示例：原始图像100被分裂为部分(share)110和120，它们在被重叠时导致重构的图像130。

如果两个部分彼此不匹配，则有关原始图像的信息不被显示并且产生一个随机图像。因此，如果双方想使用可视密码术通信，则它们不得不共享所述随机化。一个基本的实施会是向接收方给出一个包含随机化的透明体(transparency)。该发送方然后会使用此随机化来把原始消息随机化，并在透明体上或者通过任何其它装置把随机化消息发送到接收方。该接收方把这两个透明体彼此叠放并恢复这则消息。此方案可以与一次密钥加密(pad)相比。

当使用两个显示屏、例如两个LCD屏幕(液晶显示屏幕)时，获得一种更灵活的实现方式。第一液晶显示屏再现加入随机化的图像而第二液晶显示屏显示随机化本身。如果屏幕被放在彼此的顶部，则出现重构的图像。

图2说明了在上面的参考文件中由Naor和Shamir设计的可视密码术过程。在这里说明单个像素的所述处理，但是，当然源图像中的每个像素都用这种方式来处理。

原始图像100的每个像素被转换为四个子像素。为了生成此像素的第一部分S1，四个像素中的两个被随机选择为黑色(不透明的)，而另外两个被选择为白色(透明的)。为了生成此像素的另外那个部分S2，如果原始图像中的相应像素为白色，则四个子像素被拷贝，而如果原始像素为黑色则它们被反转。对于每个像素，四个像素的哪两个应该为黑色(不透明的)，需要做出一个新的随机选择。像素分裂为子像素的数量可以任意选择，但是应该至少为两个。

这样一来，形成两个子像素集合(collection)。这些集合构成两个部分。两个部分都没有给出有关原始像素颜色的任何信息。在所有情况中，在任一部分中被选择来表示原始像素的一些子像素为黑色，其余的为白色。另外，所有可能的黑白组合同样可能出现，因为对于每个像素，用概率p＝0.5独立地做出随机选择。

为了重构原始图像，两个部分S1和S2要被叠加，即：要被在相互的顶部。这如图2的最后一列(R)所示。如果原始像素为黑色(P2)，那么来自部分S1和S2的子像素的叠加将导致四个黑色子像素。如果原始像素为白色(P1)，那么来自部分S1和S2的子像素的叠加将在重构的图像130中导致一种黑白图案，当远远观看时，它常常显为灰色。

如果两个部分彼此不匹配，则有关原始图像的信息不被显示并且产生一个随机图像。如果不知道这两个部分，则对应于原始图像100中一个白色像素的一组子像素的概率等于对应于原始图像100中一个黑色像素的那个组的概率。

很明显上面的方案有一些缺点。首先，为了在重构的图像130中显示同一级别的细节，则部分110、120需要四倍于原始图像100的更高分辨率。这使得重构的图像130有原始图像100的四倍那么大。

另外，与原始图像100的对比度和亮度相比，重构的图像130的对比度和亮度严重降低。这是由原始图像100中的白色像素在重构方图像130中变成黑白像素图案。这还在原始图像100中黑色部分的边缘处引起细微的失真。这些效果在图1中可以清楚地看到。

与本申请具有相同申请人的欧洲专利申请02075178.0(代理人文档号PHNL020050)提供了一种用于重构图形消息的方法与设备。在接收到信息单元序列(优选地，二进制数值序列)之后，所述设备在第一显示屏上再现所述序列，而不用在任何显示发生之前执行任何处理或解密步骤。这些信息单元被显示为正如它们被接收时的那样。在第二显示屏上显示另一图案，它是完全基于一个密钥序列而生成的。在本申请中引入这个欧洲专利申请已供参考。

通过以正确的对准形式重叠第一和第二显示屏来执行图像的重构，以致用户看得见重构的图形消息。重构由人类眼睛直接执行而不是由可以折衷的设备来执行。这使得使用可视密码术传送秘密信息更安全。

正如在上面解释的，现有技术的可视密码术系统依赖极化光的使用来在重构中保持原始图像的清晰度(clarity)和锐度(sharpness)。可是，极化光的使用严重地将显示的亮度大降低了约50％。此外，上面提到的现有技术的可视密码术系统要求面板(至少一部分面板)处于直接接触中而没有一个中间极化器存在。结果，必须为了使用密码而定制此类面板或屏幕(为了方便的原因，此后称为″显示屏(display)″)。

本发明的一个目的是提供一种更有效的、供可视密码应用使用的设备，并且当与可视密码应用一起使用时，提供一种平均起来比上述显示屏更明亮的显示屏。

根据本发明在如权利要求1中的设备中实现此目的。这些显示屏实现起来简单且便宜，不需要定制，不依赖极化光并且由于光阀(lightvalve)和透射的(transmissive)、发射的(emissive)、反射的(reflective)或半透反射(transflective)的显示屏的组合，平均产生一个比现有技术更明亮的重构的图像。

如果显示屏之一被具体化为一个反射的显示屏，则它优选地被实现为光源和如下之一组成的组合：液晶显示屏，电络(electrochromic)显示屏，机电(electromechical)显示屏，电解(electrowetting)显示屏和电泳(elecrophoretic)显示屏，或者被具体化为混合镜(hybridmirror)，如与本申请具有相同申请人的国际专利申请PCT/IB01/02516(代理人文档号PHNL010007)所述。

滤色器或其他再现方法(比如向显示屏像素本身提供固有的颜色)可以被提供于显示屏中以使重构的图像以任何期望的颜色呈现。各种其它有利的实施例在从属权利要求中被阐述。

本发明这些以及其他方面将从如图所示的实施例中变得明显，并且参考这些实施例而被阐明，附图中：

图1示出了一个原始图像、通过对原始图像可视加密而获得的两个部分、以及通过叠加这两个部分而获得的一个重构图像；

图2说明了在上面的参考文件中由Naor和Shamir设计的可视密码术处理；

图3A、3B、4、5A和5B说明了一种能够重构可视加密信息的设备的各个实施例；

图6说明了在这里任何一个实施例上的变型，其中提供了一个滤色器；和

图7说明了设备中的两个显示屏如何能够另外被用来向用户呈现两个分开的图像。

纵观这些附图，相同的附图标记表示类似或者相应的特征。附图中指示的一些特征通常以软件的形式实现，并且如此表示软件实体，比如软件模块或对象。

上述欧洲专利申请02075178.0(代理人文档号PHNL020050)广泛描述了一种设备的基本构造，包括：用于接收信息单元序列的接收装置；被安排用于通过根据所述序列激活第一光电(electro-optical)层中的格元(cell)来显示所述信息单元序列的第一显示屏；被安排用于根据一个密钥序列中的单元而激活第二光电层中的格元的第二显示屏，其中第一和第二显示屏被安排来彼此叠加。为了简洁的原因，在这里不重复这些描述。本发明提供那个设备的第一和第二显示屏的各种有利实施例。

一般来说，根据本发明的设备包括具有各自光电层的两个矩阵显示屏。第一层显示正如从服务器中收到那样的序列。第二层显示基于一个密钥序列的一个图案，例如通过把该密钥序列使用作为一种子(seed)来生成一个伪随机比特序列，以便初始化一个伪随机数生成器(PRNG)。然后，依靠该伪随机比特序列来激活第二显示屏中的格元(例如把一个足够的电压施加到它们上)。

当第一和第二显示屏顺序地彼此叠加时，消息被可视地重构。因为两个显示屏每一个都有效地显示一个可视地加密的图像的一部分，所以用户现在可以观测到表示这则消息的重构的图像。

优选地，第二显示屏被并入到与第一显示屏物理分离的一个单元中，并且装备有一个用于存储密钥序列的存储器。如果密钥序列与一个PRNG联合使用，或者作为一个对称密码或其它技术的输入，来生成一个根据其能够重构图案的比特序列，那么在该单元中还需要一个处理器。该单元然后可以被放置在主设备中的显示屏上，或者插入在主设备中的槽中，以便重叠两个显示屏。可分的单元原则上可以比第一显示屏小很多，从而显著降低了构成此单元的成本。

在第一和第二显示屏或者是它们被并入到其中的单元和主设备之间应该就不存在电的、光的或者其他通信路径。因为图案和密钥序列是以数字(电子)的形式提供，所以任何这样的通信路径可能会被攻击者滥用来获得图案和/或密钥序列。

图3A中，较下层LL包括一个发射显示屏，例如，聚合物LED、OLED、场致发射显示屏或阴极射线管。较上层UL包括具有透明材料的光阀，它可以被作成吸收、反射或散射。光阀是对入射光的透射进行空间调制的矩阵显示屏。一些示例为：液晶显示屏LCD、电泳显示屏、电络显示屏、电解显示屏、以及当操作在透明的与或者吸收的、反射的或者散射的光状态之间的一个模式下操作的混合镜。

通过把较上层UL(可分的单元)叠加在较下层LL(主设备)上，由各自显示屏产生的两个互补的图案被合并，并且原始图像IMG被重构。图3B是图3A实施例的变型，其中，较下层LL是具有一个外部光源的光阀。

在图4中另一实施例被示出，在其中，较上层UL包括一个光阀显示屏，而较下层包括一个具有固有反射性的显示屏，比如电泳显示屏、PDLC或者主客(guest-host)材料。其他显示屏类型也可以包括一个反射分量，以促进反射。示例有：液晶显示屏、电络显示屏、电解显示屏以及混合镜，它可以在反射的或者散射的和吸收的、透射的光状态之间的一个模式下操作时使用。较下层现在被用于在一定像素反射入射光并在其它像素处透射或吸收之。

在这个实施例中，较下层LL被提供于上面提到的分开的单元中，在那上面，由密钥序列表示的图案被显示。在较下层LL是双稳态的情况下，那么可以以非常低的功率驱动之，并且它因此很适合于小型设备。这样一来，分开的单元只有非常适度的功率要求。优选地，主设备装备有一个槽，该单元可以被插入在其中。这使得适当地安放较上层和较下层对于用户来说非常容易。

图5A-B示出了另一实施例，其中较上层UL是一个光阀显示屏，而较下层LL是一个半透反射式显示屏。再一次，较下层LL被提供于该单元中，而较上层UL被提供于主设备中。

这个实施例可被使用在反射或透射模式中。较下层LL用透明材料制成，它能够被作成是吸收的、反射的或散射的。示例有：电泳显示屏、PDLC、主客材料。在反射的模式中，较下层被用来在一定部分(通常为像素)处反射入射光并且在其他部分处吸收或散射之。在透射模式中，较下层被用来在一定像素处透射来自背景光BL的光并且在其他像素处吸收、散射或反射之。

在图5A中，背景光BL已经被激活，并且较下层LL现在被使用于它的透射模式中。在图5B中，背景光BL未被激活，这意味着较下层LL现在被使用于反射模式中。

上面的任何实施例都可以用一个滤色器来增强，以便使结果图像IMG以任何期望的颜色呈现。图6说明了图3A实施例的一个变体，其中滤色器FIL已经被直接安装在较上层UL的上面。很明显这个变体同样可以被应用到任何其它实施例中。滤色器FIL还可以被提供在较上层UL和较下层LL之间。备选地，两个显示屏都可以装备有滤色器。

值得注意的是：例如在散射和透射模式之间切换较上层UL、以及在反射和吸收模式之间切换较下层LL的组合提供了另外的好处，如图7中说明的。两个显示屏现在可以独立地被用来生成能够从两侧查看的图像。一个图像IMG1出现在设备的一侧，但是同时另一图像IMG2出现在设备的另一侧。

对于此类显示屏的一种重要应用是那些显示屏弹出的电话。当显示屏被关闭时，层UL和LL任一个可以被放在外面。这样一来，一则诸如″There is a visually encrypted message waiting for you″(有你一条可视加密的消息)之类的消息可以作为图像IMG1或IMG2被示出在这个″外部″层上，以使用户看得见它。他因此能选择弹开显示屏并把设备切换到密码模式。在此模式中，较下层LL根据密钥序列来显示该图案，而较上层UL根据接收到的序列来显示图案(反之亦然)。用户因此能以类似于如图4所示的方式看到重构的图像IMG。

本发明可用于从服务器发送多种多样的消息到设备。例如，像银行存款余额、私人电子邮件消息、新的PIN码或口令之类的敏感信息可以被安全地提供给设备的操作者。

一种特别有用的应用是安全地允许设备的操作者编写一则消息。在这个实施例中，该重构的消息表示诸如键盘上的键之类的多个输入装置。每一输入装置表示一个输入单词，所述单词可被用于将由用户编写的消息中。这样的密钥可以被可视地再现为表示不同数字字母字符的键，或者再现为表示选择像′Yes′、′No′、′More information′(是，否，更多消息)等等的按钮。紧跟在密钥之后，输入装置还可以是复选框、选择列表、滑动块或通常使用于用户界面中帮助用户输入的其他单元。

用户现在向提供在较上层UL中或者较上层UL附近的一个触敏层的特定点施加压力，以便选择特定的输入装置。该设备然后导出其上被施加压力的一组坐标，并把这组坐标发送给服务器。该设备不能获悉哪些输入装置被选择，因为这只有当重构的图像可用时才能被确定出。并且因为使用可视密码术，所以重构的图像只对用户是可视的，而未储存在设备的任何别的位置。

本发明可用于其中需要从服务器到客户设备的一个安全通信(反之亦然)的任何种类的设备中。该设备可以被具体化为个人计算机、膝上型计算机、移动电话、掌上型计算机、自动提款机、公众互联网接入终端，或者实际上不完全被它的用户信赖的且不包含任何恶意软件或硬件的任何客户端设备。

在权利要求中，位于括弧之间的任何附图标记不应该被解释为限制该权利要求。单词″包括″不排除除了在权利要求中列出的那些之外的元件或步骤的存在。元件前面的单词″一个″，不排除多个此类元件的存在。

依靠包括一些截然不同元件的硬件，以及依靠一个适当编程的计算机，都能够实现本发明。在列举一些装置的设备权利要求中，这些装置的一些可以用一个和相同的硬件零件来具体化。在相互不同的从属权利要求中所述的一定措施的仅有的事实并不表明这些措施的组合不能被用来优化。

Claims (7)

1.一种设备，包括：用于接收信息单元序列的接收装置；被安排用于通过根据所述序列激活第一光电层中的格元来显示所述信息单元序列的第一显示屏；被安排用于根据一个密钥序列中的单元而激活第二光电层中的格元的第二显示屏，其中安排第一和第二显示屏彼此叠加，并且其中

所述第一和第二显示屏中的一个包括一个光阀，

所述第一和第二显示屏的另外一个包括透射显示屏、发射显示屏、反射显示屏以及半透反射显示屏中的一个。

2.权利要求1的设备，其中，另外一个显示屏包括光源和如下之一的组合：液晶显示屏、电络显示屏、机电显示屏、电解显示屏、电泳显示屏、和混合镜。

3.权利要求1的设备，还包括：一个叠加在所述第一和第二显示屏的至少一个上的滤色器。

4.权利要求1的设备，还包括：一个触敏层，使用它就能够从用户收到表示一组坐标的输入；和传送装置，用于把接收到的输入传送到服务器。

5.权利要求1的设备，其中：所述第二显示屏被并入一个与所述第一显示屏物理分离的单元中，并且装备有一个用于存储密钥序列的存储器。

6.权利要求5的设备，其中：所述单元还包括：一个处理器，用于根据一部分密钥序列来生成一个伪随机比特流，所述第二显示屏被安排用于根据所述比特流来激活所述第二光电层中的格元。

7.权利要求5的设备，其中：所述设备还包括一个可以插入所述单元的槽。

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