大容量二维码及水印技术在证件防伪中的应用研究

摘要

随着互联网技术的飞速发展，一些文件信息的获取变得十分方便，从而导致一系列利用高科技设备而进行的非法活动，严重的威胁了文件信息的安全。近年来二维码技术被广泛的应用在防伪的领域中，但是由于其编码是开放的，所以防伪性能也不高。此外，由于二维码结构之间的制约，导致其包含的信息容量也不大。数字水印技术是实现数字产品版权保护的有效方法，选择合适的水印算法也可以保护文件信息的安全。因此将数字水印技术与二维码技术结合应用在防伪的领域中，可以提高防伪的性能，对容量较大的文件信息和数字产品进行有力的保护。本学位论文基于二维码编解码的具体分析，设计大容量的二维码来保护大容量文件信息的安全，同时结合数字水印技术，进一步保护文件信息的版权。
　　首先，提出了一种基于大容量长条二维码的编解码算法。该算法通过平衡QR码(Quick Response Code)的纠错级别和版本，将容量较大的文件信息编码生成大容量的二维码。此外，为了进一步保护信息的安全，编码生成长条二维码以及对长条二维码解码的特殊扫描器。
　　其次，提出了一种基于长条二维码的LSB(Least Significant Bit)空域水印算法。该算法使用长条二维码图像（RGB图像）作为载体图像，使用MD5(Message-Digest Algorithm5)算法对文件信息进行编码，MD5算法结果作为水印信息，通过处理生成三张水印图像。将载体图像分为R、G、B三层，采用LSB空域水印算法将三张水印图像分别分层嵌入。对嵌入水印的R、G、B载体图像应用Arnold变换置乱图像，最后合并置乱后的R、G、B载体图像，完成水印的嵌入。
　　最后，提出了分步式防伪方案，通过比较分层提取出的水印图像和再次应用MD5算法得到的水印图像，实现防伪验证，即实现第一步的防伪方案。通过比对扫描长条二维码的信息和生成长条二维码的文件信息，实现篡改提示功能，即第二步的防伪方案。
　　实验结果表明，本文提出的基于长条二维码的LSB空域水印算法对常见的攻击如剪切、噪声具有较好的抵抗力，说明该算法具有较强的鲁棒性。另外，对载体图像施加本文中LSB空域水印算法抵抗力薄弱的攻击时，对长条二维码载体图像进行特殊扫描，其包含的信息依然能够被清晰的解析出来。通过水印信息是否发生改变提示文件信息是否被篡改，如果检测出文件信息被篡改，篡改提示功能检测文件信息被更改的具体内容和位置，即实现了第二步防伪方案。从而本文提出的分步式防伪验证方案，极大的发挥了分步式防伪的优势。

目录

声明

摘要

1．1 研究目的和意义

1．2 防伪技术相关应用现状

1．2．1 传统防伪技术应用现状

1．2．2 数字水印技术应用现状

1．2．3 二维码技术应用现状

1．3 研究内容与主要工作

1．4 本文结构

2．1 引言

2．2 二维码技术

2．2．1 二维码分类及其特点

2．2．2 QR码的特点及其容量

2．2．3 QR码的编解码原理

2．3 图像水印技术

2．3．1 图像水印分类及其特点

2．3．2 图像水印的实现过程

2．4 杂凑函数

2．4．1 杂凑函数的应用条件

2．4．2 MD5杂凑算法的应用

2．5 本章小结

第3章 基于大容量QR码数字水印算法的分步式防伪方案

3．1 引言

3．2 长条二维码的大容量信息隐藏

3．2．1 大容量长条二维码的编码

3．2．2 大容量长条二维码的解码

3．3 分步式防伪验证方案

3．3．1 防伪验证

3．3．2 篡改提示

3．4 基于长条二维码的LSB空域水印算法

3．4．1 载体图像的分层

3．4．2 水印信息编码

3．4．3 水印的分层嵌入

3．4．4 分层置乱并合并分层

3．4．5 水印的分层提取

3．5 本章小结

4．1 引言

4．2 实验评价指标

4．2．1 鲁棒性

4．2．2 水印质量评估

4．2．3 防伪验证及篡改提示评价

4．3 仿真实验及分析

4．3．1 水印攻击实验效果

4．3．2 实验效果客观评判

4．3．3 篡改提示验证

4．3．4 实际应用对比

4．4 用户界面设计

4．5 应用案例分析

4．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢