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二维码
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基于异或视觉密码的两级QR码设计研究

程羽乔  
【摘要】:QR码是一种典型的二维机器识别码,具有存储容量大、交互速率快、纠错能力强的特点,被广泛应用于物流运输、产品营销、追踪溯源等领域。两级QR码是建立在QR码标准编解码机制基础上的一类特殊符号图像,能够在不影响QR码原有信息正常读取的前提下利用QR码作为信息载体存储秘密信息。作为解决公开信道秘密信息高效传递与交互的有效途径,两级QR码在敏感信息存储、军事情报传递等方面有着极高的应用价值。本文借助异或视觉密码对两级QR码的设计问题展开研究,以保证秘密恢复运算的低计算开销。依据QR码的国际通用标准,深入分析了QR码编、解码过程的信息容差,提出利用信息容差将异或视觉密码与QR码相结合的设计思路,并以此为依据,通过构造不同类型的异或视觉密码算法实现了多种适用于不同应用场景的两级QR码。1、为保证两级QR码的图像识别和秘密恢复能力,提出了基于异或视觉密码的两级QR码设计模型。通过深入研究QR码标准编解码机制,分析了QR码编、解码过程信息的可利用容差,总结了异或视觉密码与QR码的结合方式。进一步,根据不同结合方式的特点以及对两级QR码信息识别和解密性能的影响,明确了特定方式下异或视觉密码的算法设计目标。2、以QR码的模块识别特性为切入点,通过研究像素分布对QR码模块识别结果的影响,在限定像素扩展度的前提下设计了模块识别单元,提升了两级QR码的图像识别效率。同时基于向量空间汉明距离设计了可完全恢复的异或视觉密码算法,确保了两级QR码部分像素失真时恢复结果的准确性。实验表明,方案产生的两级QR码在限定像素扩展度为9的基础上,具有更高的图像识别和秘密恢复准确度。3、以QR码的编码冗余特性为切入点,利用Reed-Solomon码模2加运算的封闭性实现了秘密信息的嵌入。针对两级QR码中秘密分享区域受限问题,通过化简最小授权集合并转换确定式和概率式分享模型设计了像素不扩展的异或视觉密码算法,增大了有限区域内可容纳的秘密图像规格。实验表明,方案产生的两级QR码在充分利用冗余数据的前提下改善了秘密图像的恢复效果,恢复相对差最高可达到1。4、以QR码的数据纠错特性为切入点,依据禁止子集的秘密不可恢复约束,提出了单子集分享的安全增强条件,解决了单子集分享时载体信息不可相似的限制问题,为通用存取结构分享提供了研究基础。而针对通用存取结构下单一子集分享效率低下的问题,进一步提出了多子集分享策略以实现份额可重用的异或视觉密码算法。实验表明,方案产生的两级QR码安全性提高,在通用存取结构下具有更低的算法执行和份额存储开销。


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