CN1717640A

CN1717640A - 图像密码系统中的密钥同步

Info

Publication number: CN1717640A
Application number: CNA2003801043273A
Authority: CN
Inventors: G·J·施里詹; P·T·图伊斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2006-01-04
Also published as: KR20050074646A; JP2006508602A; AU2003274527A1; EP1567925A1; US20060026428A1; WO2004051442A1

Abstract

用于视觉密码术的系统包括用于利用密钥组来加密图像系列的服务器(1)、用于显示加密的图像的终端(2)、用于从服务器向终端(2)发送加密的图像的传输媒介(4)、以及用于解密在终端上显示的加密图像的解密设备(3)。后续的图像利用从所述密钥组中选择的不同密钥而被加密。这些加密的图像和反馈机制被提供来测试服务器和终端在特定的时刻是否使用了相同的密钥。优选地，作为较大的图像的部分，至少两个加密的图像被同时提供，因此允许解密设备的用户来指示哪个密钥正确地解密了图像。

Description

图像密码系统中的密钥同步

本发明涉及密码系统中的密钥同步。更具体地，本发明涉及用于同步加密设备中的第一密钥组和解密设备中的第二密钥组的方法及系统，所述加密设备能够加密图像并且所述解密设备能够解密图像。

在密码系统中使用密钥组，利用该密钥组的不同的密钥加密后续的消息是众所周知的。为不同的消息使用不同的密钥使得偷听者解密这些消息中的任何一个都更困难。而且，单个密钥的知识将只允许单个消息被解密。

当然，同步密钥组，也就是确保加密设备和解密设备都使用密钥组的同一个密钥对同样的消息进行加密或解密是必要的。如果丢掉了这个同步，则将不可能正确地解密消息。

为了防止图像被识别或者防止它的内容被未授权的人阅读而加密图像也是已知的。加密图像的一种技术在例如欧洲专利申请EP 0 260815中被公开。该技术，也被称作视觉密码术，使用两种图案(pattern)或者“份额(share)”，其每一种不能被单独地识别，它们被重叠在一起以产生可识别的图像。为此，原始图像被转换成两个随机图像图案，两个图案的任何一个都不包含任何可察觉的图像信息。这些图案的一个被印在透明物上用作密钥。当这样的图案被重叠在一起时，这些图案被结合并且因此在观看者看来是“解密的”。

胜于与当观看大量被个别加密的图像时过于麻烦的透明物一起作用，已经提出使用解密的(解密)设备。可以区分两种类型的图像解密设备：透明的和非透明的设备。

透明的解密设备基本上模拟在现有技术中使用的透明片材并且显示加密图像的一个图案(“份额”)。由于解密设备至少部分透明，图像的另一个图案可以通过设备被看到并且两个图像图案如先前那样在观看者看来被结合。使用透明的设备而不是透明片材的优点是设备能够显示多个图像部分而不是单个的图像部分。这样后续的图像可以使用不同的密钥。透明的解密设备有利地使用LCD(液晶显示器)屏幕，两个这样的屏幕被重叠来“解密”该已加密的图像，以便于重建原始的图像。其中使用LCD屏幕的透明设备的一个适当例子在欧洲专利申请02075527.8[PHNL020121]中描述。在所述欧洲专利中请的设备中，在液晶显示器中利用了液晶元件的极化旋转效应。这允许非常方便地加密和解密黑白图像。欧洲专利申请02078660.4[PHNL020804]描述了还允许解密彩色图像的透明解密设备。

非透明的解密设备能够感测(sense)加密的图像、执行解密并且显示解密的图像。所述解密是在设备本身中实现的，并且显示器示出了完整的、解密的图像，而加密的图像是被设备掩蔽的。这样的解密设备的实例在欧洲专利申请02079579.5[PHNL021058]中被描述。该解密设备可以使用一个密钥来解密多个图像。

图像解密设备通常将需要至少一个密钥来解密一个图像。然而，为了以密码安全的方式来解密多个图像，有必要使用密钥组，密钥组的不同密钥被用来解密后续的图像。然而，密钥组的使用确实引入了密钥组同步的问题。甚至当某个密钥序列被预先确定时，加密设备和解密设备可能在不同的时刻偶然地改变密钥，或者根本不改变密钥，从而导致密钥同步的丢失。反过来，这将导致解密设备不能够解密该已加密的图像。

因此，本发明的一个目的是提供一种方法和系统，用于以简单但有效的方式建立加密设备和解密设备的同步。

本发明的另一个目的是提供一种方法和系统，用于建立图像加密设备和图像解密设备的同步。

因此，本发明提供了一种用于同步加密设备中的第一密钥组和解密设备中的第二密钥组的方法，该方法包括步骤：

●加密设备通过使用第一密钥组的各个密钥来产生加密图像系列，

●加密设备发送加密图像系列给显示设备，

●显示设备显示加密的图像，

●解密设备通过使用第二密钥组的一个密钥来解密该已加密的图像并且显示解密的图像，

●显示设备从用户接收关于哪个解密的图像被正确地显示的指示，并且

●显示设备将所述指示传递给加密设备。

因此，根据本发明，显示设备显示数个加密图像，这些图像已经利用几个不同的密钥被加密。解密设备利用第二密钥组的单个密钥来解密(或者，严格地讲，试图解密)这些加密的图像。由于利用不同的密钥被加密的几个图像是利用单个密钥来被解密的，因此至多一个图像被正确地解密并且将以可识别的形式被显示。其它的所有图像将被错误地解密(也就是，使用不正确的密钥)并且将不可识别。通过接收关于哪个图像可识别并且因此被正确地解密的用户指示，可以识别出利用对应于解密设备的当前密钥的密钥被加密的图像。通过把这个指示传递给加密设备，对应于解密设备当前密钥的特定的密钥被识别出并且完成设备的同步。

应当指出，除了利用几个密钥来加密图像的加密设备和利用单个的密钥来解密这些图像的解密设备，可以设想加密设备加密单个图像并且解密设备利用多个密钥来解密这个单个的图像。然而，在解密设备中为同步目的使用单个密钥是优选的。

对于解密设备有可能分别地，也就是，一次一个地显示解密的图像。然而，解密设备同时显示至少两个解密的图像是优选的。通过同时显示数个(例如，4个或6个)解密的图像，同步过程被加速并且对于用户来讲不那么麻烦。当显示设备同时显示至少两个加密的图像时，可实现同步过程进一步的加速。这允许合理安排的解密设备基本同时解密至少两个加密的图像。

在显著有利的实施例中，加密设备通过使用第三密钥组的相应的密钥产生附加的加密图像系列，并且解密设备利用第四密钥组来解密附加的加密图像系列，所述附加的系列不用于同步，第三密钥组被链接到第一密钥组。也就是，用于同步的图像和相关的密钥组不同于用于其它目的的图像及相关的密钥组。这提供了更高级别的安全，因为攻击者可能获得的关于被用于同步的密钥的任何知识将不允许他解密任何其它图像。

尽管被用于同步的图像可能是不具有特定的相互关系的不同图像，但优选的是，通过加密较大的图像的多个部分来产生加密图像系列。也就是，图像被分成至少两个，但优选地为四个、六个、八个或者可能十二个部分，并且每个部分利用不同的密钥被加密。结果，图像的至多一个部分将被解密设备正确地显示。这样，实现更快的同步。

第一和第三密钥组可以通过序列号、存储器矢量或者其它适当的手段被链接。第二和第四密钥组可以以同样的方式被链接。第一和第二密钥组可以是相同的，但这不是必须的，第二密钥组的密钥应当使解密设备能解密由使用第一密钥组的相应密钥的加密设备加密的图像。类似地，第三和第四密钥组可以相同，但不是必须相同。以上可以看出，第一和第三密钥组可以是相同的。

被用于同步目的的图像可以示出识别记号，例如数字、字母或者名字，以允许容易识别正确地被解密的图像。这个记号可以在显示设备上标识一个键，这个键可被压下以便识别正确解密的图像。

尽管可以设想接收用户输入的多种方法，优选的是，显示设备经由指示设备和/或键盘来接收用户指示。适当的指示设备是所谓的鼠标，尽管也可以使用诸如“轨迹球”或者“触摸式鼠标”的其它指示设备。这里使用的术语“键盘”包括诸如小键盘的其它键盘装置。替代地，触摸屏技术的使用可能是有利的。

根据本发明用于同步的图像可以是单色图像或者彩色图像。尽管各种技术可以在视觉密码术以及类似的应用中被用于呈现彩色图像，在欧洲专利申请02078660.4[PHNL020804EPP]中描述的液晶显示技术是尤其适用的。

本发明还提供了一种用于同步在加密设备中的第一密钥组和在解密设备中的第二密钥组的系统，该系统包括

●利用第一密钥组的各个密钥来产生加密图像系列并且发送加密图像系列给显示设备的加密设备，

●用于显示加密图像的显示设备，

●利用第二密钥组的一个密钥来解密被加密的图像并且显示解密的图像的解密设备，

其中，所述显示设备具有：

●输入装置，用于从用户接收关于哪个解密的图像被正确地显示的指示，以及

●传输装置，用于将所述指示发送给加密设备。

这种系统允许快速且便利的同步。

将在下面参考在附图中示出的示范实施例进一步解释本发明，其中：

图1示意地示出了根据本发明的密码系统。

图2示意地示出了在图1的系统中使用的解密器的剖面。

图3示意地示出了根据本发明的解密器屏幕的第一实施例。

图4示意地示出了根据本发明的解密器屏幕的第二实施例。

在图1中仅仅作为非限制性实例示出的系统包括服务器1、终端2、解密器3以及通信网络4。服务器1产生并加密图像，所述图像经由通信网络4被发送给终端2。通信网络4可以由诸如LAN的专用网络、电话网(POTS)、因特网、或者简单的电缆或者电线组成。服务器1和终端2都可以是专用设备或者至少在终端2的情况下，可以由具有显示屏21的通用计算机组成。解密器3是将在下面更详细地讨论的解密设备。服务器1和解密器3都配备了至少一个密钥组，该密钥组由多个密码密钥组成。这些密钥被用在适当的密码过程中，例如DES。所使用的特定的密码过程并不是必需的。

在第一实施例中(未示出)，解密器3是透明类型的解密设备，该设备包括用于显示图像图案或者“份额”的显示屏。这个图像图案用作密钥来解密在显示设备2上示出的(至少部分)加密的图像。解密器的显示是透明的，以便于允许观看者看到解密器显示的图像图案和在显示设备2的屏21上显示的图像图案。这样的解密器的一个实例在上面提到的欧洲专利申请02075527.8[PHNL020121]中被描述。应当指出，这里提到的图像图案或者“份额”不同于稍后将参考图3和4讨论的子图像。

在第二实施例中，如图2中所示，解密器3是非透明类型的解密设备，该设备包括用于感测显示的图像的传感器31、具有关联的存储器的用于对感测的图像执行密码运算的处理器32、以及形成显示屏用于显示解密的图像的显示元件33(图1中的34)。导电体或者光纤34连接传感器31、处理器32以及显示元件33。加密密钥组被存储在处理器存储器中。因此解密器3能够感测加密的图像、解密该图像、并且显示得到的解密图像。虽然终端2是不可信任的设备，但解密器3是可信任的设备，其优选地在不被使用的时候被它的用户携带并存放在安全的地方。这样，便不会泄露存储在解密器中的密钥。

按如下实现在图1的系统中的密钥组的同步。服务器(加密设备)1产生图像系列并且利用它的密钥组的不同密钥来加密这些图像。这些图像可以是常规的图像或者特定的测试图像。加密的图像被发送到显示图像的终端(显示设备)2。由于终端2不具有密钥，因此它不能够解密被加密的图像。显示的加密图像(图像图案)不包含可察觉的信息并且可能具有随机图像的外观(“雪花”)。用户定位她的解密器(图2中的3)，以便于由解密器覆盖显示的图像。利用它的密钥组的密钥，解密器因而或者产生适当的密钥图像图案(透明的实施例)或者感测并解密图像以及显示得到的解密的图像。

服务器和解密器的密钥组是完全相同的，也就是，服务器密钥组的每个密钥当被用在服务器加密过程中时产生一个图像，该图像可以通过使用当被用于解密器解密过程中的在解密器密钥组中的相关密钥来被解密。在大多数实施例中，服务器密钥组和解密器密钥组将是相同的，但是这不是必须的情形。两个密钥组都可以被存储在各自的设备中，但是优选地利用本领域中众所周知的伪随机发生器通过一个初始值(“种子”)产生两个密钥组。

如以上解释的，测试图像利用不同的密钥被产生，但利用单个密钥被解密。结果，至多一个图像将被正确地解密，所有其它的图像在“解密”后将仍然是不可识别的。因此被正确地解密的图像是利用跟解密密钥相关的服务器密钥组的密钥而被加密的。本发明提供了反馈机制，用于反馈这个信息给服务器。为此，在透明的解密器的情况中，例如通过利用输入设备(在图2中示意指出的22)来指向被正确地解密的图像，由用户输入用户指示。这样的输入设备可以是诸如鼠标、轨迹球或者类似设备的指示设备。除了指示设备，键盘或者小键盘可以被用于输入用户指示。替代地，在透明的解密器的情形中可以使用触摸屏。不考虑解密器的类型，被正确地解密的图像可以识别在终端的键盘上的按键，因此提供所述用户指示。

终端2然后例如经由网络4将用户指示发送回给服务器1，该网络4可以通过诸如调制解调器的传输设备(图2中示意指出的23)被耦合到终端2。服务器1一接收到用户指示就能够选择对应于解密器3使用的密钥的密钥。这样，服务器和解密器的密钥组被同步。假设服务器为它加密的每个图像选择了不同的密钥，则当下一个图像被发送时，它选择预定序列的下一个密钥。这个下一个图像可以是相对于用于同步的测试图像的常规图像。替代地，测试图像跟常规图像相同。

在把用户指示输入到终端中之后，用户也可以输入用户指示到解密器中，以允许解密器选择预定序列的下一个密钥来解密下一个图像。

被用于同步的图像可以以各种方式被使用。在第一实施例中，图像依次被解密并显示。在第二实施例中，至少某些图像被同时显示，从而导致更快的同步。在该实施例中，至少某些图像是子图像，子图像是较大的图像的一部分。这在图3中被示意地给出，其中加密的图像(图像图案)被它们各自的密钥K₁-K₈识别。应当理解实际的密钥将不被显示，只显示利用这些密钥被加密的图像。还应当理解，图像的数量不限于8个并且可以同时显示2、3、4或者20个测试图像。这些图像一起形成在解密器(图2中的3)的显示器34上被显示的一个图像。同时被显示的测试图像的实际的解密过程不需要同时进行。

在优选的实施例中，在解密器(图2中的3)的显示器上示出的(总的)图像具有至少两个部分，如在图4中示意示出的。第一部分36用于显示测试图像，也就是，用于同步目的的图像。第二部分37用于显示常规的图像，也就是，不用于同步目的的图像。这种安排提供了当密钥同步丢失时立即重新同步的可能性：如果第二部分37中的常规图像是不可识别的(也就是，使用不正确的密钥被解密)，则在第一部分36中示出的测试图像中的一个可能仍是可识别的并且指示了正确的密钥。

在另一个优选实施例中，部分36和37具有不同的相关密钥组。也就是，用于同步目的的密钥组被链接到，但不同于被用于解密常规图像的密钥组。因为关于测试密钥组的知识不允许常规的图像被解密，所以这种安排提供了额外的安全级。测试的及常规的密钥组可以利用密钥号码、存储器矢量或者其它机制被链接。

本发明也可以跟现有技术的透明物而不是以上描述的解密设备一起被使用。在这种情况下，“解密设备”是由透明物组成的，每个透明物代表(第二)密钥组的一个密钥。

本发明是基于理解：用户的视觉检查能够很快地确定正确的密钥是否已被用于图像的解密，以及进一步的理解：关于多个图像的用户反馈提供了用于选择正确的密钥的方便且有效的机制。在本发明中使用的另一个有用的理解是不可信任设备(即，显示设备)能够被用于提供关于密钥的信息，因为不可信任设备本身不具有这些密钥的知识。

尽管本发明在用于以密码发送图像，例如“视觉密码术”的系统中尤其适用，但它也能够被用在其它的密码系统中，其中除了图像外的其它数据项被以密码保护。可以设想，例如，本发明被用在计算机系统中，其中加密的数据(文件)在计算机之间被传送，计算机屏幕被用于密钥同步。

应当指出，本文档中使用的任何术语不应当被理解为限制本发明的范围。特别地，单词“包括”以及“包含”不意味着把没有具体叙述的任何元件排除在外。单个的(电路)元件可以替换成多个(电路)元件或者替换为它们的等价物。

本领域的技术人员应当理解本发明不局限于以上解释的实施例而且在不偏离如在所附权利要求中规定的本发明的范围内可以进行很多修改和增添。

Claims

1.一种用于同步在加密设备中的第一密钥组和在解密设备中的第二密钥组的方法，该方法包括步骤：

●所述加密设备利用所述第一密钥组的各个密钥产生加密图像系列，

●所述加密设备把所述加密图像系列发送给显示设备，

●所述显示设备显示所述加密的图像，

●所述解密设备利用所述第二密钥组的一个密钥解密所述加密的图像并且显示所述解密的图像，

●所述显示设备从用户接收关于哪个解密的图像被正确显示的指示，并且

●所述显示设备将所述指示发送给所述加密设备。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述解密设备同时显示至少两个解密的图像。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述显示设备同时显示至少两个加密的图像。

4.根据前述权利要求中的任何一个所述的方法，其中所述加密图像系列通过加密较大的图像的多个部分而产生。

5.根据前述权利要求中的任何一个所述的方法，其中所述加密设备利用第三密钥组的各个密钥产生附加的加密图像系列，其中所述解密设备利用第四密钥组来解密所述附加的加密图像系列，所述附加的系列不用于同步，并且其中所述第三密钥组被链接到所述第一密钥组。

6.根据前述权利要求中的任何一个所述的方法，其中所述显示设备经由指示设备和/或键盘来接收所述指示。

7.一种用于同步在加密设备中的第一密钥组和在解密设备中的第二密钥组的系统，该系统包括：

●加密设备，用于利用所述第一密钥组的各个密钥来产生加密图像系列并且把所述加密图像系列发送给显示设备，

●显示设备，用于显示所述加密的图像，

●解密设备，用于利用所述第二密钥组的一个密钥来解密所述加密图像并且显示所述解密的图像，

其中所述显示设备具有：

●输入装置，用于从用户接收关于哪个解密图像被正确地显示的指示，以及

●传输装置，用于将所述指示发送给所述加密设备。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述解密设备能够同时显示至少两个解密的图像。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述显示设备能够同时显示至少两个加密的图像。

10.根据权利要求7-10中任何一个所述的系统，其中所述加密图像系列是通过加密较大的图像的多个部分而产生的。

11.根据权利要求7-9中任何一个所述的系统，其中所述加密设备能够利用第三密钥组的各个密钥来产生附加的加密图像系列，其中所述解密设备能够利用第四密钥组来解密所述附加的加密图像系列，所述附加的系列不用于同步，并且其中所述第三密钥组被链接到所述第一密钥组。

12.根据权利要求7-11中任何一个所述的系统，其中所述显示设备能够经由指示设备和/或键盘来接收所述指示。