基于二維碼的身份驗證技術(shù)研究

王宏波　蔣淑玲

摘 要：當(dāng)今社會正經(jīng)歷一個萬事“憑證”的時代，各種各樣的證件成為我國居民生活必不可少的東西。身份證是我國居民的身份標(biāo)識，日常生活中許多事情都需要使用身份證，身份證的丟失或被人偽造會給居民帶來許多不便，許多犯罪分子甚至偽造他人身份證行不法之事，因此身份證防偽十分重要，本文主要基于二維碼的身份證防偽技術(shù)進行簡單的分析。

關(guān)鍵詞：身份驗證；二維碼；PDF417碼編碼技術(shù)；數(shù)字水?。恢讣y加密

二維碼結(jié)合其他數(shù)字技術(shù)可以實現(xiàn)身份證信息的自動采集，同時還能極大的提高證件的防偽能力。PDF417碼的信息儲存量大、可以儲存的文件類型多，偽造起來難度較高，因此數(shù)據(jù)安全性較高，使用RS算法糾錯性能較好，條碼生成比較簡單，費用低，形狀可以根據(jù)實際的應(yīng)用需求進行改變，具有比較廣泛的應(yīng)用性?；诖?，本文主要研究PDF417碼編碼技術(shù)、條碼生成系統(tǒng)的實現(xiàn)、基于PDF417碼的數(shù)字水印技術(shù)及指紋加密技術(shù)在二維碼中的應(yīng)用。

1 PDF417編碼技術(shù)及條碼生成基礎(chǔ)

二維條碼加大了信息的儲量，可以滿足各個領(lǐng)域的自動識別需求，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，根據(jù)編碼原理及信息載體區(qū)別可將二維碼分為堆疊式二維碼及矩陣式二維碼兩種形式。當(dāng)前各個行業(yè)使用較多的矩陣式二維條碼主要有Code one、Maxi code等，常用的堆疊式條碼有Code16K、PDF417等等。其中PDF417碼因其較高的信息儲存量、簡單的生產(chǎn)方法、良好的糾錯能力、強大的數(shù)據(jù)安全性廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

1.1 PDF417條形碼的結(jié)構(gòu)

PDF417條形碼主要組成部分為左側(cè)空白區(qū)、起始符、左行指示符、數(shù)據(jù)符區(qū)、右行指示符、終止符、右側(cè)空白區(qū)、上空白區(qū)及下空白區(qū)。不同的組成部分由不同的數(shù)量的字符組成。字符由寬單元和窄單元組成，相鄰字符間的間距根據(jù)實際的應(yīng)用需求變化。

1.2 PDF417碼的編碼方法

1.2.1 碼字集

PDF417條形碼的碼字集包含929個碼字，對應(yīng)的取值范圍為0～928，其中0～899的碼字用于表示數(shù)據(jù)，900～928用于模式識別，碼字集中的碼字以不同簇的組合來表示，一般來說，碼字集由3個簇組成，碼字集的簇在組合時并不是雜亂無章的有一定的規(guī)律。

1.2.2 模式結(jié)構(gòu)

PDF417條碼包含文本壓縮、字節(jié)壓縮等多種不同類型的數(shù)據(jù)壓縮編碼模式。PDF417碼可以提供模式鎖定碼字、轉(zhuǎn)移碼字等多種類型的碼字，不同類型的碼字作用有所差別，利用這些模式實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)模式的兼容。

1.2.3 漢字編碼

我國的身份信息必然包括漢字信息，使用PDF417條碼進行編碼時，可以將漢字先根據(jù)使用頻率的不同劃分成為罕見字、常用字、高頻字等多種類型，將漢字建成一個漢字庫，漢字庫下可繼續(xù)劃分區(qū)，每一個區(qū)包含固定數(shù)量的漢字，并將漢字在字庫中的位置進行編號，以區(qū)編號及位編號區(qū)分漢字。在計算機系統(tǒng)中常常以一個字節(jié)來表示英文字符，以前八位代表字符，最高位為奇偶校驗位，但漢字字符數(shù)量較多，單個字節(jié)128位字符難以滿足漢字需求，因此以國際碼以兩個字節(jié)表示漢字，實現(xiàn)漢字字符與英文字符的兼容，國際碼分為內(nèi)碼和區(qū)位碼兩部分，二者之間有一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

在PDF417碼中表示漢字時，首先將漢字當(dāng)作兩個字節(jié)來看待，分別為區(qū)位碼和位碼，字節(jié)數(shù)為6的倍數(shù)時，采用924模式指示符，即由左向右、由大到小將數(shù)據(jù)通過基數(shù)256到基數(shù)。字節(jié)數(shù)不是6的倍數(shù)時，采用924模式指示符，3個漢字組成一組，然后按924模式指示符表示，如果還有剩下的漢字則逐字表示的方式。

2 基于PDF417碼的數(shù)字水印技術(shù)的研究

身份證技術(shù)的關(guān)鍵就是防偽，二維碼實際上并不具備防偽功能，想要使二維碼具備防偽功能，可以對二維碼圖進行深加工處理，提高身份證的安全性及可靠性。水印處理是重要的加工處理方法。

水印是現(xiàn)階段使用的重要防偽技術(shù)之一，將數(shù)字水印技術(shù)運用與二維碼中可以有效提高二維碼的防偽功能。但PDF417二維條碼比較特殊，它由黑白條空組合形，它的像素值只有兩種類型，屬于二值圖像，水印信息的嵌入時，必須充分考慮二值圖像與一般灰度圖的區(qū)別，避免將像素值區(qū)域直接進行1—0轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致圖像失真。將水印信息嵌入PDF417二維條碼時，應(yīng)考慮到3個要點，即遷入信息的處理、選擇及表示過程。

水印嵌入之前，需要對其進行一定的處理，以便充分發(fā)揮防偽性能。目前來說，可以采用Arnold置亂、差錯控制編碼等方法處理水印。（1）Arnold置亂。Arnold置亂是一種重要的圖像加密技術(shù)，首先將水印壓縮，然后進行Arnold置亂，最后將編碼嵌入到二維碼中，二維碼在譯碼時的流程則與編碼流程相反，解碼時以Arnold置亂次數(shù)作為秘鑰，Arnold置亂使用過程中必須知道秘鑰才能解碼圖像，采用這種方法加密水印，即使水印圖像出現(xiàn)許多的bit錯誤，也不會影響圖像的質(zhì)量，更有利于二維碼防偽功能的發(fā)揮；（2）差錯控制編碼。二維碼應(yīng)用過程中一旦出現(xiàn)污損，會使水印信息讀取出現(xiàn)偏差，差錯控制編碼可以提高數(shù)字信息的可靠性。

二維碼數(shù)字水印系統(tǒng)包含數(shù)字水印生成、嵌入、提取幾個部分。數(shù)字水印的嵌入過程上文已經(jīng)進行了簡單的介紹，下來則對水印圖像的生成流程進行簡單的介紹。水印圖像生成過程：采集數(shù)字水印圖像—圖像預(yù)處理—壓縮圖像—Arnold置亂—新二維碼生成—含有數(shù)字水印的二維碼生成。

數(shù)字水印圖像生成過程中，水印圖像的預(yù)處理應(yīng)滿足二維碼處理需求，嵌入信息時，水印圖像的大小受嵌入水印信息數(shù)量的限制，因此需要根據(jù)實際需求適當(dāng)縮減水印圖形的大小，Arnold置亂后的圖像注意還原。

3 指紋加密技術(shù)在二維碼中的應(yīng)用

3.1 指紋加密技術(shù)原理

指紋加密技術(shù)，即對身份證所屬人的指紋進行X、Y進行加密，產(chǎn)生相應(yīng)的隨機數(shù)，然后利用此隨機數(shù)進行加密碼字，持證人掌握隨機數(shù)才能恢復(fù)碼字，每一個人的指紋都是有區(qū)別的，會生成不同的不隨機數(shù)，從而形成指紋秘鑰，密鑰空間與知聞孔見形成一一映射關(guān)系，秘鑰成為指紋提供者唯一的標(biāo)志，大大提高了證件的可靠性。

基于指紋的隨機秘鑰可以通過多種方法生成，這里簡單介紹一下偽指紋特征隨機產(chǎn)生器以及產(chǎn)生偽指紋特征信息的方法。

偽指紋特征隨機發(fā)生器主要由指紋特征的采集、指紋特征隨機發(fā)生器以及密鑰生成3部分組成。基于指紋的隨機秘鑰產(chǎn)生的流程：首先由指紋特征數(shù)據(jù)采集器采集指紋數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為指紋特征數(shù)據(jù)，然后由偽指紋特征隨機發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機指紋特征，最后使用偽隨機指紋特征密鑰將隨機指紋特征數(shù)據(jù)進行加/解密密鑰，通過此密鑰看出秘鑰指紋的所屬人。已知的指紋特征信息進行一定的平移、旋轉(zhuǎn)等處理可以得到許多的指紋特征信息，然后將這些信息編碼，就可以得到偽指紋特征數(shù)據(jù)值，由此可以看出，以偽指紋特征隨機數(shù)作為二維碼秘鑰的隨機不定性較強，可靠性較好，同時，指紋信息又可作為個體的標(biāo)識，實現(xiàn)身份證信息“人證同一性”的需求。

3.2 二維碼加密方案

將指紋秘鑰與二維碼技術(shù)有效結(jié)合，可以提高二維碼的偽造難度，從而保證身份證的可靠性。指紋技術(shù)嵌入到二維碼時，可以通過多種方法實現(xiàn)。加密原始身份信息，完成數(shù)據(jù)編碼，在解碼的時候進行身份解密獲取原始身份信息；先將原始信息進行編碼，然后加密形成加密碼字，通過為加密碼字添加糾錯碼字生成二維條碼圖像，實現(xiàn)指紋技術(shù)的嵌入。另外，對生成的二維條碼進行加密也可以實現(xiàn)加密過程，使用這種方案加密時解碼過程必須借助高速解碼芯片協(xié)助才能完成。

3.3 水印嵌入位置加密

利用偽指紋特征隨機秘鑰加密嵌入位置可以在實現(xiàn)身份認(rèn)證的同時，解決秘鑰保存的問題。偽指紋特征隨機秘鑰使用時需要首先產(chǎn)生一個由秘鑰決定的數(shù)列，然后按照嵌入信息的容量將秘鑰分組，然后轉(zhuǎn)換為隨機序列，采用一定的加密算法實現(xiàn)秘鑰的轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)束語

基于當(dāng)前身份證件防偽對人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾?，本文主要介紹了PDF417碼編碼技術(shù)的優(yōu)點，提出了基于PDF417碼的文字圖像二維碼生成過程，簡單介紹了數(shù)字水印技術(shù)及指紋秘鑰加入二維碼的方法，希望能對身份驗證的相關(guān)技術(shù)研究有所啟發(fā)。

參考文獻

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[3]晁玉海，劉連山，薛立勤，等.基于PDF417條碼的信息隱藏算法[J].計算機工程，2010，（9）：131-133.

（作者單位：1.湖南交通工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.衡陽財經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）