《電子技術(shù)應(yīng)用》
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物料數(shù)據(jù)加密QR碼識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
來(lái)源:電子技術(shù)應(yīng)用2012年第4期
張文愛, 呂 韜
太原理工大學(xué) 信息工程學(xué)院, 山西 太原030024
摘要: 針對(duì)工業(yè)物料管理系統(tǒng)對(duì)于保密安全的要求,,為采樣的物料設(shè)計(jì)了一種加密的QR碼,,并在Android手機(jī)系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)識(shí)別,。介紹了對(duì)RC4算法的混沌改進(jìn)及混沌參數(shù)的選擇,,提出了將改進(jìn)的RC4算法用于QR碼加密的方法,,實(shí)現(xiàn)了物料數(shù)據(jù)QR碼的編碼及識(shí)別,。測(cè)試結(jié)果表明,,該系統(tǒng)能滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)加密性能和識(shí)別速度的要求,。
關(guān)鍵詞: 條碼識(shí)別 QR碼 Android 解密 RC4
中圖分類號(hào): TP391.4
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào): 0258-7998(2012)04-0117-03
The implementation of material data encryption QR code recognition system
Zhang Wenai, Lv Tao
Department of Information Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
Abstract: According to the privacy and security requirements in industrial management system, the paper designs an encrypted QR code for the sampling material and achieves the recognition on the Android mobile phone. The paper introduces the chaotic improvement of RC4 algorithm and the selection of the chaotic parameters. It puts forward that the improved RC4 algorithm be used for the encrypted QR code algorithm and it achieves the result of QR coding and recognition for the material data. Test results show that it achieves the requirements for the encryption performance and the recognition speed.
Key words : barcode recognition; QR code; Android; decrypt; RC4

    隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展,,在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息量越來(lái)越大,常用的一維條碼技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們要求,,二維條碼技術(shù)得到了快速發(fā)展,,獲得了社會(huì)的普遍認(rèn)同。智能手機(jī)作為便攜設(shè)備應(yīng)用廣泛,,尤其它具有內(nèi)置攝像頭可以直接獲取圖像數(shù)據(jù),,使得二維條碼的識(shí)別變得更加快捷高效。

    QR碼是目前應(yīng)用較為廣泛的一種矩陣式二維碼,,考慮到工業(yè)物料管理系統(tǒng)對(duì)加密性的特殊要求,,本文采用RC4算法對(duì)QR碼進(jìn)行加密處理,并在android系統(tǒng)下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),。
1 加密QR碼生成
    RC4加密算法是Ron Rivest在1987年設(shè)計(jì)的密鑰長(zhǎng)度可變的流加密算法簇[1],。 該算法的速度可以達(dá)到DES加密的10倍左右,且具有很高級(jí)別的非線性,,適合手機(jī)硬件系統(tǒng)的要求,;RC4算法屬于流加密,,被廣泛應(yīng)用于SSL/TLS等網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議[2-3]。隨著手機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,使用RC4算法便于手機(jī)二維碼識(shí)別系統(tǒng)后續(xù)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,。
1.1 RC4算法
    RC4算法包括密鑰調(diào)度算法(KSA)和偽隨機(jī)子密碼生成算法(PRGA)兩大部分,。具體步驟如下:
  (1)密鑰調(diào)度算法(KSA)。定義一個(gè)長(zhǎng)度為256 B的S盒,,同時(shí)建立一個(gè)臨時(shí)矢量K,。如果密鑰Key的長(zhǎng)度≥256 B,則將Key賦給K,多余字節(jié)丟棄;否則,計(jì)算Key的長(zhǎng)度len,將Key的值賦給K的前l(fā)en個(gè)元素,并循環(huán)重復(fù)用Key的值賦給K剩下的元素,直到K的所有元素都被置換賦值,。
  (2)偽隨機(jī)子密碼生成算法(PRGA),。將S盒中的每個(gè)字節(jié)與另一個(gè)字節(jié)置換,直到最后S[255]置換完成,,操作繼續(xù)重復(fù),。加密時(shí),將子序列密鑰與要加密的明文進(jìn)行“異或”得到密文,。解密時(shí)過程相同,。
1.2 RC4算法的混沌改進(jìn)
1.2.1 RC4算法混沌改進(jìn)

 為了提高流密碼的遍歷性與隨機(jī)性,在RC4算法的密鑰生成與偽隨機(jī)子密碼生成過程中采用混沌算法進(jìn)行改進(jìn),。Logistic一維映射是一種比較簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)形式混沌映射,,但是具有非常好的混沌性質(zhì),適合手機(jī)對(duì)算法處理速度快的要求,。
 Logistic映射數(shù)學(xué)表達(dá)式為:


2 加密QR碼識(shí)別
    QR碼識(shí)別系統(tǒng)在Android手機(jī)系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn),。
2.1 Android系統(tǒng)簡(jiǎn)介
    Android是基于Linux開放性內(nèi)核的操作系統(tǒng),是Google公司在2007年11月5日公布的手機(jī)操作系統(tǒng)[5],。Android應(yīng)用程序使用Java做為開發(fā)語(yǔ)言,。本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為eclipse-SDK-3.5.2+android-sdk_r10+ADT-0.9.7。
2.2 QR碼識(shí)別系統(tǒng)的主要模塊
    系統(tǒng)主要分為圖像采集,、圖像處理,、QR碼的譯碼及數(shù)據(jù)解密4個(gè)模塊。
    圖像采集:點(diǎn)擊按鈕啟動(dòng)程序同時(shí)啟動(dòng)手機(jī)的攝像頭,,開始實(shí)時(shí)捕捉QR碼圖像,,如果檢測(cè)到QR碼,就將這一幀的圖像捕捉并進(jìn)行圖像處理,。
    圖像處理:(1)灰度化,,手機(jī)獲取的彩色圖像變?yōu)楹诎讏D像,減少信息量,,加快處理速度,;(2)中值濾波,使用適當(dāng)?shù)木匦未翱谥兄禐V波處理掉光學(xué)采集系統(tǒng)中產(chǎn)生的椒鹽噪聲,;(3)二值化,,采用直方圖雙峰方式進(jìn)行圖像分割,將整個(gè)圖像呈現(xiàn)出明顯的、只有黑白的視覺效果,。
    QR碼譯碼:按照國(guó)家GB/ T 18284 2000標(biāo)準(zhǔn)[6]進(jìn)行解碼,。
    數(shù)據(jù)解密:按照混沌改進(jìn)RC4算法的步驟對(duì)數(shù)據(jù)碼字進(jìn)行解密。
2.3 多線程處理

 


    在圖像預(yù)處理及QR解碼過程中,往往需要處理大量的數(shù)據(jù)的情況,。為了提高識(shí)別速度,,解碼編程時(shí)采用多線程處理。
  Android系統(tǒng)支持多線程應(yīng)用,,支持利用handler接收子線程的數(shù)據(jù),。多線程處理實(shí)現(xiàn)方法:為每個(gè)處理步驟開啟一個(gè)線程,并在實(shí)現(xiàn)其run方法同時(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)message,,并定義好其屬性,;在完成操作后將數(shù)據(jù)發(fā)送給handler,通過handler發(fā)送message來(lái)達(dá)到多線程的調(diào)度,,避免多線程操作時(shí)遇到資源沖突而發(fā)生異常,。
3 系統(tǒng)性能分析
    由于采用了混沌改進(jìn)的RC4算法對(duì)物料數(shù)據(jù)的QR碼進(jìn)行了加密,在識(shí)別程序設(shè)計(jì)中采用多線程處理等編程技巧,,從而使該物料數(shù)據(jù)QR碼生成及識(shí)別系統(tǒng)的加密效果和識(shí)別速度達(dá)到較高要求,。
   
    頻率測(cè)試和游程測(cè)試出的P-Value值都大于NIST(美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)委員會(huì))規(guī)定的0.01,即符合理想隨機(jī)序列標(biāo)準(zhǔn),。
3.2 系統(tǒng)識(shí)別速度
    QR碼識(shí)別系統(tǒng)在摩托羅拉開發(fā)的里程碑,、里程碑2、ME525及HTC開發(fā)的G7手機(jī)上進(jìn)行測(cè)試,,測(cè)試手機(jī)的像素一般為500萬(wàn),,測(cè)試圖片的大小為200×200。在73張圖片中有4張污損圖片不能譯碼,其余測(cè)試結(jié)果良好,。
    圖3是本系統(tǒng)在ME525手機(jī)上運(yùn)行時(shí),,對(duì)圖1(b)所示加密QR碼進(jìn)行解碼的操作,其中圖3(a)為打開應(yīng)用時(shí)的顯示界面,,由此輸入密碼,。圖3(b)為解碼后結(jié)果,其中第一行為沒有進(jìn)行解密的譯碼結(jié)果,,圖中顯示為一行亂碼,,不能得到QR碼中的準(zhǔn)確信息;第二行解密譯碼結(jié)果可以清楚看到廠家物料信息,。圖3(b)最下面顯示一次識(shí)別的識(shí)別時(shí)間,,識(shí)別時(shí)間是從打開攝像頭捕獲圖像后開始計(jì)算,正常情況下本系統(tǒng)識(shí)別二維碼圖像的時(shí)間為1 400 ms~4 700 ms。

    另外,,識(shí)別速度還與光線,、對(duì)焦時(shí)間有關(guān),。測(cè)試時(shí)光線不充足或過于充足都會(huì)影響識(shí)別時(shí)間。若圖片距離手機(jī)過近則影響對(duì)焦時(shí)間,,從而導(dǎo)致識(shí)別速度過慢,。
    Android手機(jī)系統(tǒng)功能豐富,攜帶方便,,受周邊環(huán)境影響較小,。使用智能手機(jī)識(shí)別二維碼已經(jīng)成為條碼識(shí)別的一個(gè)趨勢(shì),而且可擴(kuò)展性強(qiáng),,可顯著提高工業(yè)管理生產(chǎn)效率,。經(jīng)過測(cè)試及分析,本系統(tǒng)符合QR碼加密性能,、識(shí)別的時(shí)間和準(zhǔn)確度要求,。
參考文獻(xiàn)
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