一種基于彩色二維碼的移動平臺安全通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種基于彩色二維碼的移動平臺安全通信 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前使用較廣泛的近距離通信技術(shù)有藍(lán)牙（Bluetooth)、無線局域網(wǎng) 802. 11 (Wi-Fi)、ZigBee、RFID、近場通信（NFC)等。相對于其他近距離通信技術(shù)，NFC具有較 高的安全保障，它能很好的抵抗DoS攻擊、信息修改攻擊（Message Modification Attack) 和中間人攻擊（Man-in-the-Middle Attack)等。然而，NFC的實(shí)施需要額外的硬件設(shè)備， 極大的限制了其在移動終端上的廣泛應(yīng)用。另外，實(shí)驗(yàn)研究表明，用專門設(shè)計(jì)的便攜式NFC 嗅探器，它能夠竊聽NFC傳輸距離長達(dá)240厘米的距離，也就是比預(yù)期的NFC通信距離遠(yuǎn)至 少一個數(shù)量級，嚴(yán)重挑戰(zhàn)了公眾普遍認(rèn)為NFC是免疫竊聽的觀點(diǎn)。
[0003] 近幾年來，包括可見光通信（VLC)、聲波通信在內(nèi)的新型短距離通信越來越受到重 視。國內(nèi)有名的支付平臺支付寶和百度支付都相繼推出了利用聲波支付和人臉識別的支付 方式，這些新型的短距離通信方式有取代NFC、RFID、藍(lán)牙等傳統(tǒng)近距離通信方式的趨勢。
[0004] 本發(fā)明致力于研究和探索一種利用可見光的安全可靠的近距離通信方案，稱之為 RainBar(Robust Application driven visual commuNication using color BARcodes)〇 區(qū)別于傳統(tǒng)的近距離通信技術(shù)，由于高方向性的狹窄的光束，VLC能夠足夠安全、免干擾的 進(jìn)行無線通信連接，RainBar不需要額外的網(wǎng)絡(luò)配置過程或射頻芯片，具有極高的靈活性和 廣泛的應(yīng)用場景。這些高速率和近距離無線通信特征使得VLC在室內(nèi)無線局域網(wǎng)和車載網(wǎng) 絡(luò)等應(yīng)用場景成為一個有吸引力的解決方案。
[0005] 有的二維碼雖然受到廣泛的使用，但由于其容量太小，目前僅僅是停留在打開鏈 接或是添加好友等小量數(shù)據(jù)傳輸。然而，以二維碼為代表的可見光通信具有良好的天然安 全性，光線在正常情況下是沿直線傳播的，所以正常情況下很難像截取無線信號那樣截取 光線。利用這一點(diǎn)，可見光通信可以實(shí)現(xiàn)諸如傳輸文件等對數(shù)據(jù)量要求大并且安全性要求 高的功能。另外，傳統(tǒng)的二維碼在抵抗攻擊方面并沒有良好的保障，第三方很容易就可以在 原始二維碼中添加惡意信息來攻擊用戶；于是本發(fā)明結(jié)合兩點(diǎn)，嘗試用提高容量后并帶有 身份驗(yàn)證的彩色二維碼流來實(shí)現(xiàn)近距離數(shù)據(jù)通信的功能。
[0006] RainBar探索的就是在智能手機(jī)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的VLC的一種特殊形式。具體地說， 數(shù)據(jù)信息被加密并編碼成二維碼流在智能手機(jī)/電腦屏幕上顯示，而另一方智能手機(jī)用相 機(jī)拍攝并解碼視頻流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于彩色二維碼的移動平臺安全 通?目方法；
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于彩色二維碼的移動平臺安全通信方法，包括：
[0009] 步驟I :發(fā)送方根據(jù)自身晃動程度自適應(yīng)生成編碼小方格的大小；
[0010] 步驟2 :發(fā)送方生成頭部信息和RS編碼；
[0011] 步驟3 :接收方照相機(jī)每次拍攝到二維碼頁面，首先評測每張二維碼圖片的亮度 和模糊度，再檢測和定位角點(diǎn)追蹤器，利用角點(diǎn)追蹤器定位到二維碼頁面上面兩個角點(diǎn)，進(jìn) 而提取出頭部信息中的信息，根據(jù)提取的發(fā)送方顯示頻率心和接收方拍攝頻率f。確定采用 頁面選擇或是頁面同步算法獲取二維碼頁面；
[0012] 步驟4 :利用步驟3得到的二維碼頁面，采用漸進(jìn)的定位器定位算法，在上一個已 知位置的定位器的基礎(chǔ)上計(jì)算下一個定位器的位置，找到代碼區(qū)的左、中、右三列黑色定位 器；
[0013] 步驟5 :使用左列和中列定位器定位左半部分的編碼小方格，中列和右列定位器 定位右半部分的編碼小方格，從而精確定位出代碼區(qū)；
[0014] 步驟6 :對每個編碼小方格的顏色進(jìn)行均值降噪，并基于HSV模型進(jìn)行顏色識別；
[0015] 步驟7 :對每個二維碼頁面提取出的數(shù)據(jù)進(jìn)行RS碼糾錯，然后對糾錯后的信息 進(jìn)行CRC校驗(yàn)，對于超出糾錯范圍和在傳輸中丟失的頁面，利用光線感應(yīng)器LED-Light Sensor信道反饋該頁面的序列號，然后通過反饋處理對該頁面進(jìn)行重傳。
[0016] 進(jìn)一步的，所述的發(fā)送方根據(jù)自身晃動程度自適應(yīng)生成編碼小方格的大??；具體 的為：利用手機(jī)中的加速度計(jì)accelerometers獲取手機(jī)晃動情況來調(diào)整生成編碼小方格 的大??；如果加速器測定手機(jī)的acceleration^. 2g，則將編碼小方格的大小block size 乘以I. 5,也就是15X15像素 pixel，直到硬盤誤碼率BER小于0.01，否則繼續(xù)乘以1.5 ; 若此時加速度計(jì)acceleration〈l. 2g，則將編碼小方格的大小block size每秒減小1像素 pixel，直到硬盤誤碼率BER接近0. 01，此時的編碼小方格尺寸為最合適尺寸。
[0017] 進(jìn)一步的，所述的步驟2中，發(fā)送方生成頭部信息具體的為：第一張二維碼頭部信 息包括序列號、發(fā)送方二維碼顯示頻率、文件類型、首部校驗(yàn)和，其他二維碼頭部信息包含 序列號和首部校驗(yàn)和；
[0018] 發(fā)送方生成RS編碼具體的為：給定一個256字節(jié)的整數(shù)域，塊長度η個符號，消息 長度k個符號，RS (n, k)碼能夠最多糾正（n-k)/2字節(jié)錯誤，最多檢驗(yàn)出n-k字節(jié)錯誤;在 編碼小方格中每個被編碼的字節(jié)都稱為RS編碼。
[0019] 進(jìn)一步的，所述的步驟3中：
[0020] 評測每張二維碼圖片模糊度的步驟為：
[0021] 1.首先對每個像素點(diǎn)p模糊度DOB的定義為：
[0023] 其中，Y為像素點(diǎn)p的RGB分量；
[0024] 2.然后將拍攝到的二維碼圖片平均分為左上、右上、左下、右下四部分，每部分隨 機(jī)采樣N個像素點(diǎn)，則整張二維碼圖片的DOB定義為：
[0026] 進(jìn)一步的，所述的步驟3中：
[0027] 所述的檢測和定位角點(diǎn)追蹤器的步驟為：角點(diǎn)追蹤器位于二維碼頁面左上、右上 兩個角點(diǎn)，左上角處的角點(diǎn)追蹤器為8個黑色編碼小方格圍繞著1個綠色的編碼小方格，右 上角處的角點(diǎn)追蹤器為8個黑色編碼小方格圍繞著1個紅色的編碼小方格；進(jìn)行角點(diǎn)檢測 時，左上角處從左往右逐行掃描、右上角處從右往左逐行掃描，直到掃描到一個黑色的像素 點(diǎn)P，再分別向其上下左右四個方向逐一像素試探是否發(fā)生顏色變化，如果正好發(fā)生變化， 記四個方向此時像素點(diǎn)為顏色為bp b2, b3, b4，其顏色記為Color1, color2, color3, Colorz^ 果滿足以下條件，即認(rèn)為像素點(diǎn)P位于角點(diǎn)追蹤器中間的黑色編碼小方格之中，否則，繼續(xù) 掃描；
[0028] 所述的滿足條件為：
[0029] Color1, color2, color3, Color4是相同的顏色；
[0030] (b3 - Id1)和（b2 - b4)都大于最小的編碼小方格尺寸，所述的最小的編碼小方格尺 寸設(shè)置為6像素；
[0031] (b3 - bj和（b2 - b4)都小于最大的編碼小方格尺寸，所述的最大的編碼小方格尺 寸設(shè)置為30像素。
[0032] 進(jìn)一步的，所述的步驟3中：
[0033] 所述的根據(jù)提取的發(fā)送方顯示頻率fd和接收方拍攝頻率f。確定采用頁面選擇或 是頁面同步算法獲取二維碼頁面的步驟為：
[0034] A.當(dāng)fd< l/2f。時，在接收方，發(fā)送方每張二維碼頁面最少被拍攝到兩次，因此使 用頁面選擇算法，通過頭部提取的序列號辨別出相同頁面并選出模糊度最小的頁面用于解 碼；
[0035] B.當(dāng)1/2匕〈心〈匕時，在接收方，發(fā)送方每張二維碼頁面只能被拍攝到1次完整 的頁面，在拍攝第2次的過程中，發(fā)送方手機(jī)屏幕已經(jīng)刷新為下一幀二維碼頁面，此時采 用頁面同步算法；其中，默認(rèn)發(fā)送方顯示頻率小于心接收方拍攝頻率f。，否則部分頁面無 法讀取；其中，采用頁面同步算法，從二維碼圖片頭部信息中得到該頁面同步框標(biāo)記符；用 00, 01，10, 11循環(huán)地標(biāo)記連續(xù)的頁面，定義每個頁面標(biāo)記符與它前一個頁面標(biāo)記符的差值 為1，相隔1個頁面的差值為2,相隔2個頁面的差值為3,從上往下識別頁面同步框左右兩 列的顏色，當(dāng)識別到顏色發(fā)生變化時用dt表示顏色差值：
[0036] a. dt = 0 :說明該張二維碼圖片是一張完整的二維碼頁面；
[0037] b. dt = 1 :說明該張二維碼由兩張相鄰二維碼頁面拼合而成，頁面同步框顏色發(fā) 生變化的地方即為接縫處，可以通過重新組合就能恢復(fù)除原始的二維碼頁面；