一种基于彩色二维码的移动平台安全通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，具体的涉及一种基于彩色二维码的移动平台安全通信 方法。
【背景技术】
[0002] 目前使用较广泛的近距离通信技术有蓝牙（Bluetooth)、无线局域网 802. 11 (Wi-Fi)、ZigBee、RFID、近场通信（NFC)等。相对于其他近距离通信技术，NFC具有较 高的安全保障，它能很好的抵抗DoS攻击、信息修改攻击（Message Modification Attack) 和中间人攻击（Man-in-the-Middle Attack)等。然而，NFC的实施需要额外的硬件设备， 极大的限制了其在移动终端上的广泛应用。另外，实验研究表明，用专门设计的便携式NFC 嗅探器，它能够窃听NFC传输距离长达240厘米的距离，也就是比预期的NFC通信距离远至 少一个数量级，严重挑战了公众普遍认为NFC是免疫窃听的观点。
[0003] 近几年来，包括可见光通信（VLC)、声波通信在内的新型短距离通信越来越受到重 视。国内有名的支付平台支付宝和百度支付都相继推出了利用声波支付和人脸识别的支付 方式，这些新型的短距离通信方式有取代NFC、RFID、蓝牙等传统近距离通信方式的趋势。
[0004] 本发明致力于研究和探索一种利用可见光的安全可靠的近距离通信方案，称之为 RainBar(Robust Application driven visual commuNication using color BARcodes)〇 区别于传统的近距离通信技术，由于高方向性的狭窄的光束，VLC能够足够安全、免干扰的 进行无线通信连接，RainBar不需要额外的网络配置过程或射频芯片，具有极高的灵活性和 广泛的应用场景。这些高速率和近距离无线通信特征使得VLC在室内无线局域网和车载网 络等应用场景成为一个有吸引力的解决方案。
[0005] 有的二维码虽然受到广泛的使用，但由于其容量太小，目前仅仅是停留在打开链 接或是添加好友等小量数据传输。然而，以二维码为代表的可见光通信具有良好的天然安 全性，光线在正常情况下是沿直线传播的，所以正常情况下很难像截取无线信号那样截取 光线。利用这一点，可见光通信可以实现诸如传输文件等对数据量要求大并且安全性要求 高的功能。另外，传统的二维码在抵抗攻击方面并没有良好的保障，第三方很容易就可以在 原始二维码中添加恶意信息来攻击用户；于是本发明结合两点，尝试用提高容量后并带有 身份验证的彩色二维码流来实现近距离数据通信的功能。
[0006] RainBar探索的就是在智能手机系统上实现的VLC的一种特殊形式。具体地说， 数据信息被加密并编码成二维码流在智能手机/电脑屏幕上显示，而另一方智能手机用相 机拍摄并解码视频流。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于彩色二维码的移动平台安全 通?目方法；
[0008] 本发明的技术方案是：一种基于彩色二维码的移动平台安全通信方法，包括：
[0009] 步骤I :发送方根据自身晃动程度自适应生成编码小方格的大小；
[0010] 步骤2 :发送方生成头部信息和RS编码；
[0011] 步骤3 :接收方照相机每次拍摄到二维码页面，首先评测每张二维码图片的亮度 和模糊度，再检测和定位角点追踪器，利用角点追踪器定位到二维码页面上面两个角点，进 而提取出头部信息中的信息，根据提取的发送方显示频率心和接收方拍摄频率f。确定采用 页面选择或是页面同步算法获取二维码页面；
[0012] 步骤4 :利用步骤3得到的二维码页面，采用渐进的定位器定位算法，在上一个已 知位置的定位器的基础上计算下一个定位器的位置，找到代码区的左、中、右三列黑色定位 器；
[0013] 步骤5 :使用左列和中列定位器定位左半部分的编码小方格，中列和右列定位器 定位右半部分的编码小方格，从而精确定位出代码区；
[0014] 步骤6 :对每个编码小方格的颜色进行均值降噪，并基于HSV模型进行颜色识别；
[0015] 步骤7 :对每个二维码页面提取出的数据进行RS码纠错，然后对纠错后的信息 进行CRC校验，对于超出纠错范围和在传输中丢失的页面，利用光线感应器LED-Light Sensor信道反馈该页面的序列号，然后通过反馈处理对该页面进行重传。
[0016] 进一步的，所述的发送方根据自身晃动程度自适应生成编码小方格的大小；具体 的为：利用手机中的加速度计accelerometers获取手机晃动情况来调整生成编码小方格 的大小；如果加速器测定手机的acceleration^. 2g，则将编码小方格的大小block size 乘以I. 5,也就是15X15像素 pixel，直到硬盘误码率BER小于0.01，否则继续乘以1.5 ; 若此时加速度计acceleration〈l. 2g，则将编码小方格的大小block size每秒减小1像素 pixel，直到硬盘误码率BER接近0. 01，此时的编码小方格尺寸为最合适尺寸。
[0017] 进一步的，所述的步骤2中，发送方生成头部信息具体的为：第一张二维码头部信 息包括序列号、发送方二维码显示频率、文件类型、首部校验和，其他二维码头部信息包含 序列号和首部校验和；
[0018] 发送方生成RS编码具体的为：给定一个256字节的整数域，块长度η个符号，消息 长度k个符号，RS (n, k)码能够最多纠正（n-k)/2字节错误，最多检验出n-k字节错误;在 编码小方格中每个被编码的字节都称为RS编码。
[0019] 进一步的，所述的步骤3中：
[0020] 评测每张二维码图片模糊度的步骤为：
[0021] 1.首先对每个像素点p模糊度DOB的定义为：
[0023] 其中，Y为像素点p的RGB分量；
[0024] 2.然后将拍摄到的二维码图片平均分为左上、右上、左下、右下四部分，每部分随 机采样N个像素点，则整张二维码图片的DOB定义为：
[0026] 进一步的，所述的步骤3中：
[0027] 所述的检测和定位角点追踪器的步骤为：角点追踪器位于二维码页面左上、右上 两个角点，左上角处的角点追踪器为8个黑色编码小方格围绕着1个绿色的编码小方格，右 上角处的角点追踪器为8个黑色编码小方格围绕着1个红色的编码小方格；进行角点检测 时，左上角处从左往右逐行扫描、右上角处从右往左逐行扫描，直到扫描到一个黑色的像素 点P，再分别向其上下左右四个方向逐一像素试探是否发生颜色变化，如果正好发生变化， 记四个方向此时像素点为颜色为bp b2, b3, b4，其颜色记为Color1, color2, color3, Colorz^ 果满足以下条件，即认为像素点P位于角点追踪器中间的黑色编码小方格之中，否则，继续 扫描；
[0028] 所述的满足条件为：
[0029] Color1, color2, color3, Color4是相同的颜色；
[0030] (b3 - Id1)和（b2 - b4)都大于最小的编码小方格尺寸，所述的最小的编码小方格尺 寸设置为6像素；
[0031] (b3 - bj和（b2 - b4)都小于最大的编码小方格尺寸，所述的最大的编码小方格尺 寸设置为30像素。
[0032] 进一步的，所述的步骤3中：
[0033] 所述的根据提取的发送方显示频率fd和接收方拍摄频率f。确定采用页面选择或 是页面同步算法获取二维码页面的步骤为：
[0034] A.当fd< l/2f。时，在接收方，发送方每张二维码页面最少被拍摄到两次，因此使 用页面选择算法，通过头部提取的序列号辨别出相同页面并选出模糊度最小的页面用于解 码；
[0035] B.当1/2匕〈心〈匕时，在接收方，发送方每张二维码页面只能被拍摄到1次完整 的页面，在拍摄第2次的过程中，发送方手机屏幕已经刷新为下一帧二维码页面，此时采 用页面同步算法；其中，默认发送方显示频率小于心接收方拍摄频率f。，否则部分页面无 法读取；其中，采用页面同步算法，从二维码图片头部信息中得到该页面同步框标记符；用 00, 01，10, 11循环地标记连续的页面，定义每个页面标记符与它前一个页面标记符的差值 为1，相隔1个页面的差值为2,相隔2个页面的差值为3,从上往下识别页面同步框左右两 列的颜色，当识别到颜色发生变化时用dt表示颜色差值：
[0036] a. dt = 0 :说明该张二维码图片是一张完整的二维码页面；
[0037] b. dt = 1 :说明该张二维码由两张相邻二维码页面拼合而成，页面同步框颜色发 生变化的地方即为接缝处，可以通过重新组合就能恢复除原始的二维码页面；