物料數(shù)據(jù)加密QR碼識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

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

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(guò)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(guò)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(jué)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