一种二维码的防拷贝实现方法及实现系统技术方案

本发明专利技术公开了一种二维码的防拷贝实现方法及实现系统，方法包括：获取用户的输入信息，将输入信息转化为图像灰度值后并增加寻像图像得到二维码；当经拍摄获取所述二维码时，则依次进行图像恢复、解调及解码，得到编码信息；根据进行图像恢复后的二维码进行频谱分析，并判断频谱分析得到的极值点是否符合预期分布，当不符合预期分布时则提示该二维码进行过复制操作。本发明专利技术结合二维码的通信信道模型和物理设备特征，通过分析图像信号重采样频谱特征，在保证低分辨率移动摄像设备对二维码读取鲁棒性基础上，提出利用图像信号的混叠特征及强相关性噪声特征的方法，取得对二维码扫描‑打印攻击的有效取证。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信息安全
，尤其涉及的是一种二维码的防拷贝实现方法及实现系统。
技术介绍
目前，存在使用特殊的打印材料或工艺，控制二维码的生成与复制。通过在打印过程的特殊打印材料，例如全息（holographic）材料与具有独特光学特征的聚合液晶材料可被用于印制二维码以防止其被复制。特殊的打印墨水也可以被应用于二维码的印制上，例如紫外荧光油墨使所印制的二维码在可见光下不可见，以防止其被复制。特殊的生产工艺亦可用于加强二维码的安全性，例如特殊的半色调打印技术可生成在可见光下隐藏的二维码。现有技术中还存在使用加密算法与安全协议，控制二维码的生成与读取。非对称密钥的加密算法（例如，RSA算法）与PKI公钥加密体系可用于控制二维码生成并验证其信息的真伪，此类具有加密保护的系统也被应用于防伪平台的构建。混沌方程（ChaoticEquation）可被用于二维码身份编号的生成过程，以保证其唯一性且随机字符串无法被批量复制，从而最终有效控制二维码的生成。类似地，AuthPaper系统内应用了ECDSA数字签名算法，以防止文档伪造者对其中内容进行篡改。除了加密算法外，研究者也提出了一些基于通信架构的安全协议增强所显示二维码的安全性。例如，研究者基于移动设备前置摄像设备与显示屏的双工通信系统，提出了一种称为“allornothing”的通信协议。只有当接收者可同时获取所传输及接收的信号时，才能对信道中二维码的信息进行解码，进而增强了信息的保密性。现有技术中还存在使用数字水印技术，控制二维码的生成。数字水印技术可将与二维码相关的信息嵌入在二维码图像中。例如，直接利用DCT和DFT分解二维码的图像频率信息，可在当中嵌入肉眼不易察觉的水印信息。在拍摄二维码图像后，可对其进行解码并同时评估数字水印信息的真实性。类似地，数字水印也可储存于DWT域内。然而，一种保证水印信息更鲁棒的方法是利用二维码的信息冗余度，修改部分模块的整体亮度以储存二维码内容的数字签名。综合考虑所水印信息的鲁棒程度及容量，则可利用二维码解码过程中对每个模块的失真容忍度，修改模块的样式以储存水印信息。现有技术中还存在使用具有拷贝检测特征的图案样式或物理不可克隆特征，控制二维码的生成与复制。出于对解码稳定性的考虑，传统二维码由足够大的黑白块状单元组成。然而，这种设计易于被拷贝。一些具有更多细节特征图案样式可被用于二维码的设计中，以抵抗最直接的扫描-打印形式复制。由高密度的黑白单元组成图形的图形被用于拷贝检测，并在检测过程运用对数正态分布作为打印-扫描信道的关键模型。除了黑白二值图像，灰度图像也可被用于拷贝检测图案中。其中，拷贝检测的决策可基于灰度图像在打印-扫描信道中的变化特征，主要包括图像的高频特征，如锐利度。与灰度图像相比，彩色图案包含了CMYK四个通道的信息。经过拷贝后，其中的颜色的特征（模块内的颜色均值，方差，熵等）会产生明显的区别。除了上述细节图案特征外，在打印文档中的物理不可克隆函数也被运用于识别对打印文档的非法复制。其中的物理不可克隆函数（PhysicalUnclonableFunction,PUF）是由打印设备和纸张所产生的随机变化，其特征易于提取及分析但却不容易被复制伪造。例如，打印碳粉和纸张的随机变化，纸张的微观粗糙程度。上述几类方法，能不同程度地增强二维码安全性，但是也带来了一些问题：1)降低二维码在通用性上的优势。以特殊的打印材料或工艺制作二维码，可加强对生成过程的控制以抵御对二维码的非法复制，但却无可避免地降低了二维码的通用性（增加了二维码的生产成本以及对特殊设备的依赖性）。与同类技术（如，RFID与智能传感器）相比，二维码的主要优势在于其极低的成本以及不依赖于特殊硬件的灵活性。因此，这类基于特殊的打印材料或工艺的方法将大大地降低二维码在物联网中大规模应用的竞争力。2)增加使用复杂度。与传统二维码相比，引入基于加密与数字水印等算法或安全协议的方案可控制二维码未经授权的生成以及对当中数据的非法篡改，但却增加了系统的复杂度。以加密与水印算法为例，其复杂度主要体现在以下两个方面：首先，在利用非对称加密算法以及数字签名技术对二维码进行生成控制的过程中，需要布置公钥基础设施（PublicKeyInfrastructure，PKI）。须保证每个用户私钥的安全性，及通过安全的通信渠道分发相应的公钥。其次，在信息使用的过程中，额外增加了对二维码的解密或信息提取步骤。3)无法有效解决抵御非法复制与普遍适用性的矛盾。最重要的是，即使二维码应用了拷贝检测图案与物理不可克隆函数，或者是上述安全（加密与数字水印）算法，也难以在物联网的系统框架下防止伪造者复制该二维码。基于物理不可克隆函数所提取的图像特征涉及打印输出图像中的细节。为了准确抓取此类特征，需对二维码的验证环境有一定的限制，这不符合物联网的普遍适用性主旨。例如，将所验证的文档置于相对固定的距离与光照环境中。另一方面，由于上述的安全算法只在信息加密方面保证了二维码当中信息的可靠性，无法改变二维码中信息的可视性，因此也难以有效抵抗非法复制。此外，由于拷贝检测图案通常基于高频信息的衰减来判断该图像的真伪，而攻击者所使用的复制设备（高精度扫描仪、复印机等）往往具有更高的分辨率且对高频信息的保留更完整。因此，难以在保证验证设备通用型的前提下防止伪造者对其进行复制。可见，近年来人们已经意识到二维码在生成以及复制控制方面问题，并提出了一些解决方案，且对生成控制方面带来了有效的控制。然而这些方法在保证二维码的唯一性，即抵御非法复制方面的综合表现仍有待进一步提高。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种二维码的防拷贝实现方法及实现系统，旨在解决现有技术中增强二维码安全性的同时，带来的通用性低，增加使用复杂度，且无法有效解决抵御非法复制与普遍适用性的矛盾的缺陷。本专利技术的技术方案如下：一种二维码的防拷贝实现方法，其中，所述方法包括以下步骤：A、获取用户的输入信息，将输入信息转化为图像灰度值后并增加寻像图像得到二维码；B、当经拍摄获取所述二维码时，则依次进行图像恢复、解调及解码，得到编码信息；C、根据进行图像恢复后的二维码进行频谱分析，并判断频谱分析得到的极值点是否符合预期分布，当不符合预期分布时则提示该二维码进行过复制操作。所述二维码的防拷贝实现方法，其中，所述步骤A具体包括：A1、获取用户的输入信息，通过信源与信道编码将用户信息转化为比特流；A2、将比特流进行调制，转化为图像灰度值，再将图像灰度值转化为对应的半色调点阵；A3、在半色调点阵组成的二维码模块旁加上寻像图案，生成二维码。所述二维码的防拷贝实现方法，其中，所述半色调点阵的频谱结构为：其中，p为频谱的二维坐标，G(p)为半色调点阵的频谱，Gw(p)为白点黑底的半色调点阵的频谱，Gb(p)分别黑点白底的半色调点阵的频谱，Cw表示白色半色调点阵所占整个模块的面积，Cb表示黑色半色调点阵所占整个模块的面积，a1和a2为拍摄设备的图像传感器像素所构成的网格向量，b1和b2为二维码生成过程中的半色调点阵所构成的网格向量。α1、α2与β1、β2可将a1、a2与b1、b2归一化后获得的归一化向量。所述二维码的防拷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维码的防拷贝实现方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A、获取用户的输入信息，将输入信息转化为图像灰度值后并增加寻像图像得到二维码；B、当经拍摄获取所述二维码时，则依次进行图像恢复、解调及解码，得到编码信息；C、根据进行图像恢复后的二维码进行频谱分析，并判断频谱分析得到的极值点是否符合预期分布，当不符合预期分布时则提示该二维码进行过复制操作。

【技术特征摘要】
1.一种二维码的防拷贝实现方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A、获取用户的输入信息，将输入信息转化为图像灰度值后并增加寻像图像得到二维码；B、当经拍摄获取所述二维码时，则依次进行图像恢复、解调及解码，得到编码信息；C、根据进行图像恢复后的二维码进行频谱分析，并判断频谱分析得到的极值点是否符合预期分布，当不符合预期分布时则提示该二维码进行过复制操作。2.根据权利要求1所述二维码的防拷贝实现方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：A1、获取用户的输入信息，通过信源与信道编码将用户信息转化为比特流；A2、将比特流进行调制，转化为图像灰度值，再将图像灰度值转化为对应的半色调点阵；A3、在半色调点阵组成的二维码模块旁加上寻像图案，生成二维码。3.根据权利要求2所述二维码的防拷贝实现方法，其特征在于，所述半色调点阵的频谱结构为：其中，p为频谱的二维坐标，G(p)为半色调点阵的频谱，Gw(p)为白点黑底的半色调点阵的频谱，Gb(p)分别黑点白底的半色调点阵的频谱，Cw表示白色半色调点阵所占整个模块的面积，Cb表示黑色半色调点阵所占整个模块的面积，a1和a2为拍摄设备的图像传感器像素所构成的网格向量，b1和b2为二维码生成过程中的半色调点阵所构成的网格向量,α1、α2与β1、β2可将a1、a2与b1、b2归一化后获得的归一化向量。4.根据权利要求3所述二维码的防拷贝实现方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：B1、当通过移动摄像设备读取了所述二维码时，则获取二维码图像，并对二维码图像进行图像恢复，还原二维码图像在通信信道中的形状畸变，得到还原后的二维码；B2、根据还原后的二维码，提取二维码模块，对每个二维码模块进行与调制相对应的解调，得到比特流；B3、将比特流进行信源与信道解码，得到编码信息。5.根据权利要求4所述二维码的防拷贝实现方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：C1、根据进行图像恢复后的二维码，提取二维码模块；C2、对所述二维码模块进行频谱分析，得到信号周期性特征；C3、判断频谱分析中的极值点与计算的极值点之间的距离是否符合预期分布，当不符合预期分布时则提示该二维码进行过复制操作。6.一种二维码的防拷贝实现系统，其特征在于，包括：二维码生成模块，用于获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌盛，谢宁，黄继武，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44