CN107424199A - 一种对图形加密数据纠错和检测的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对图形加密数据纠错和检测的方法，依次包括如下步骤：第一步、内层RS编码；第二步、外层LDPC编码；第三步、形成点阵图；第四步、对点阵图量化处理；第五步、外层LDPC解码，对量化数据进行LDPC解码，生成LDPC解码数据；第六步、内层RS解码，对LDPC解码数据进行RS解码，得到RS解码后数据。本发明所述的方法可以实现图形加密，保证图形不能被随意生成；同时，具有数据纠错功能，保证使用过程中的高容错性，具有高可靠性和高安全性的特点。

Description

一种对图形加密数据纠错和检测的方法
技术领域
本发明属于图形加密技术领域，尤其涉及一种对图形加密数据纠错和检测的方法。
背景技术
随着二维码在人们生活中的大量使用，这种图形编码方式给人们的生活带来了很大便利，由于二维码的开源性，它的安全性也越发受到社会的关注。目前，采用奇偶校验码进行图形编码数据校验的方法和装置已经实现，比如：李卫伟在“图形编码数据校验方法及***”，（中国专利，103166647. 2013.06.19）中提出利用数据奇偶性判决解码是否正确的方法。图形编码技术的共同点是克服图形在印刷和保存中受到损伤的影响，通过编码技术对错误的数据进行纠正。这一共同点要求发送的数据需要加入冗余位，而且为了考虑高容错性不能仅仅只纠正一位数据错误。
而在实际的图形编码***应用中，编码方案并不是公开的，特别是通过两层编码后，编码方案则更加难以被破解，这样图形编码方案可以作为密钥应用到实际***中。
发明内容
本发明旨在提供一种使用效果好的对图形加密数据纠错和检测的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种对图形加密数据纠错和检测的方法，依次包括如下步骤：
第一步、内层RS编码，对输入数据进行RS编码生成二进制的RS编码数据；
第二步、外层LDPC编码，对步骤（1）生成的RS编码编码数据进行LDPC编码，生成LDPC编码数据；
第三步、形成点阵图，将步骤（2）的数据按照设定的矩阵M×N进行转换，形成点阵图，其中，转换规则为：比特1映射为黑点，比特0不映射；
第四步、对点阵图量化处理，形成量化数据；其中，量化规则为：对数据位进行亮度提取，所有数据位亮度的平均值作为基准阈值，从而将数据位分为两类，分别对两类数据位亮度再次求均值，从而对应比特1的高亮度均值和比特0的低亮度均值；比特1的高亮度均值作为标量1，比特0的低亮度均值作为标量0，按照分辨率0.01进行等差距离量化；最后对所有的亮度的等差赋值；
第五步、外层LDPC解码，对量化数据进行LDPC解码，生成LDPC解码数据；
第六步、内层RS解码，对LDPC解码数据进行RS解码，得到RS解码后数据。
内层RS编码包括如下步骤：
（1）将输入的数据映射到伽罗华域生成信息元素；
（2）将信息元素与生成多项式相除获得余式，余式作为RS编码校验位，信息元素作为RS（3）编码数据位，RS编码校验位和RS编码数据位组合成RS编码编码数据；
其中，生成多项式的获得方法为：
1）将输入的数据以m个bit为一组转换成十进制数据，根据m值获得本原多项式；
2）计算本原多项式在伽罗华域内对应的元素；
3）根据本原多项式获得生成多项式。
在生成多项式的过程中，需要确定RS编码的纠错位数t，根据公式g（x）=（x-a）（x-a2）......（x-a2t）获得生成多项式，其中g（x）为生成多项式，x为生成多项式的变量；a为生成多项式的跟；t为纠错位数。
外层LDPC编码包括如下步骤：
（1）确保RS编码数据为二进制数据，如果不是则将RS编码数据转化为长度为m的二进制数据组获得输入二进制数据，输入二进制数据为LDPC编码数据位；
（2）将输入二进制数据与生成矩阵相乘获得LDPC编码校验位，LDPC编码数据位和LDPC编码校验位组合形成LDPC编码数据；
其中，生成矩阵的获得包括如下步骤：
1）设定LDPC参数，其中LDPC参数包括行数，列数，行权重，列权重；根据LDPC参数生成稀疏矩阵；
2）根据稀疏矩阵获得奇偶校验矩阵；
3）对奇偶校验矩阵进行因式分解获得生成矩阵。
在形成点阵图的步骤中，LDPC编码数据按照矩形M×N进行转换的过程中，如果最后一行的位数小于N，则将不足的位数补零处理。
外层LDPC解码包括如下步骤：
A、将量化数据与奇偶校验矩阵相乘获得外部似然比矩阵；
B、根据外部似然比矩阵获得总的似然比数据组L；
C、将总的似然比数据组L转换为二进制数据组z，转换规则为：当总的似然比数据组L中的元素大于0，则二进制数据组z中对应元素为0，当总的似然比数据组L中的元素小于0，则二进制数据组z中对应元素为1；
D、将奇偶校验矩阵与二进制数据组z中元素相乘，判断是否为0，如果为0则输出数据，形成LDPC解码数据；如果不为0则进行迭代，重复步骤（A）迭代数据，直至达到迭代次数。
内层RS解码包括如下步骤：
（1）根据LDPC解码数据和生成多项式获得伴随多项式；
（2）根据伴随多项式构建错误多项式；
（3）通过最大迭代次数为2t的迭代进行错误位置求取；
（4）求出错误值。
通过以上技术方案，本发明的有益效果为：本发明所述的方法可以实现图形加密，能够在强噪声条件下实现数据纠错功能，且具有高可靠性和高安全性的特点。
附图说明
图1为内层RS编码方法流程图；
图2为外层LDPC编码方法流程图；
图3为外层LDPC解码方法流程图；
图4为内层RS解码方法流程图。
具体实施方式
一种对图形加密数据纠错和检测的方法，如图1~4所示依次包括如下步骤：
第一步、内层RS编码，对经过块处理的数据进行RS编码，具体为：对输入数据进行RS编码生成二进制的RS编码数据；其中，内层RS编码包括如下步骤：
（1）将输入的数据映射到伽罗华域生成信息元素；
（2）将信息元素与生成多项式相除获得余式，余式作为RS编码校验位，信息元素作为RS（3）编码数据位，RS编码校验位和RS编码数据位组合成RS编码编码数据。
其中，生成多项式的获得方法为：
1）将输入的数据以m个bit为一组转换成十进制数据，根据m值获得本原多项式；其中，m值为选定值。
2）计算本原多项式在伽罗华域内对应的元素；
3）根据本原多项式获得生成多项式。
在生成多项式的过程中，需要确定RS编码的纠错位数t，根据公式g（x）=（x-a）（x-a2）......（x-a2t）获得生成多项式，其中g（x）为生成多项式，x为生成多项式的变量；a为生成多项式的跟；t为纠错位数。
第二步、外层LDPC编码，对步骤（1）生成的RS编码编码数据进行LDPC编码，生成LDPC编码数据；
其中，外层LDPC编码包括如下步骤：
（1）确保RS编码数据为二进制数据，如果不是则将RS编码数据转化为长度为m的二进制数据组获得输入二进制数据，输入二进制数据为LDPC编码数据位；RS编码数据和二级制数据的转换为现有技术。
（2）将输入二进制数据与生成矩阵相乘获得LDPC编码校验位，LDPC编码数据位和LDPC编码校验位组合形成LDPC编码数据。
其中，生成矩阵的获得包括如下步骤：
1）设定LDPC参数，其中LDPC参数包括行数，列数，行权重，列权重；根据LDPC参数生成稀疏矩阵；
2）根据稀疏矩阵获得奇偶校验矩阵；
3）对奇偶校验矩阵进行因式分解获得生成矩阵。
第三步、形成点阵图，将步骤（2）的数据按照设定的矩阵M×N进行转换，形成点阵图，其中，转换规则为：比特1映射为黑点，比特0不映射；点阵图生成方法为现有技术。在形成点阵图的步骤中，LDPC编码数据按照矩形M×N进行转换的过程中，如果最后一行的位数小于N，则将不足的位数补零处理。其中，对数据按照设定的矩阵进行转换的方法为：使用串并转换器进行转换。
第四步、对点阵图量化处理，形成量化数据；其中，量化规则为：对数据位进行亮度提取，所有数据位亮度的平均值作为基准阈值，从而将数据位分为两类，分别对两类数据位亮度再次求均值，从而对应比特1的高亮度均值和比特0的低亮度均值；比特1的高亮度均值作为标量1，比特0的低亮度均值作为标量0，按照分辨率0.01进行等差距离量化；最后对所有的亮度的等差赋值。通过点阵图量化处理可以提高数据处理的准确性，降低误差出现的概率，实现原始元素的高度还原。
第五步、外层LDPC解码，对量化数据进行LDPC解码，生成LDPC解码数据。
其中，外层LDPC解码包括如下步骤：
A、将量化数据与奇偶校验矩阵相乘获得外部似然比矩阵；
B、根据外部似然比矩阵获得总的似然比数据组L；
C、将总的似然比数据组L转换为二进制数据组z，转换规则为：当总的似然比数据组L中的元素大于0，则二进制数据组z中对应元素为0，当总的似然比数据组L中的元素小于0，则二进制数据组z中对应元素为1；
D、将奇偶校验矩阵与二进制数据组z中元素相乘，判断是否为0，如果为0则输出数据，形成LDPC解码数据；如果不为0则进行迭代，重复步骤（A）迭代数据，直至达到迭代次数，其中，迭代次数为设定值。
第六步、内层RS解码，对LDPC解码数据进行RS解码，得到RS解码后数据。
其中，内层RS解码包括如下步骤：
（1）根据LDPC解码数据和生成多项式获得伴随多项式；
（2）根据伴随多项式构建错误多项式；
（3）通过最大迭代次数为2t的迭代进行错误位置求取；其中，t为RS编码的纠错位数。
（4）求出错误值，完成纠错。
本发明所述的方法可以实现图形加密，保证图形不能被随意生成；同时，具有数据纠错功能，保证使用过程中的高容错性，具有高可靠性和高安全性的特点。

Claims (7)

1.一种对图形加密数据纠错和检测的方法，其特征在于：依次包括如下步骤：
第一步、内层RS编码，对输入数据进行RS编码生成二进制的RS编码数据；
第二步、外层LDPC编码，对步骤（1）生成的RS编码编码数据进行LDPC编码，生成LDPC编码数据；
第三步、形成点阵图，将步骤（2）的数据按照设定的矩阵M×N进行转换，形成点阵图，其中，转换规则为：比特1映射为黑点，比特0不映射；
第四步、对点阵图量化处理，形成量化数据；其中，量化规则为：对数据位进行亮度提取，所有数据位亮度的平均值作为基准阈值，从而将数据位分为两类，分别对两类数据位亮度再次求均值，从而对应比特1的高亮度均值和比特0的低亮度均值；比特1的高亮度均值作为标量1，比特0的低亮度均值作为标量0，按照分辨率0.01进行等差距离量化；最后对所有的亮度的等差赋值；
第五步、外层LDPC解码，对量化数据进行LDPC解码，生成LDPC解码数据；
第六步、内层RS解码，对LDPC解码数据进行RS解码，得到RS解码后数据。
2.根据权利要求1所述的对图形加密数据纠错和检测的方法，其特征在于：
内层RS编码包括如下步骤：
（1）将输入的数据映射到伽罗华域生成信息元素；
（2）将信息元素与生成多项式相除获得余式，余式作为RS编码校验位，信息元素作为RS（3）编码数据位，RS编码校验位和RS编码数据位组合成RS编码编码数据；
其中，生成多项式的获得方法为：
1）将输入的数据以m个bit为一组转换成十进制数据，根据m值获得本原多项式；
2）计算本原多项式在伽罗华域内对应的元素；
3）根据本原多项式获得生成多项式。
3.根据权利要求2所述的对图形加密数据纠错和检测的方法，其特征在于：
在生成多项式的过程中，需要确定RS编码的纠错位数t，根据公式g（x）=（x-a）（x-a2）......（x-a2t）获得生成多项式，其中g（x）为生成多项式，x为生成多项式的变量；a为生成多项式的跟；t为纠错位数。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的对图形加密数据纠错和检测的方法，其特征在于：
外层LDPC编码包括如下步骤：
（1）确保RS编码数据为二进制数据，如果不是则将RS编码数据转化为长度为m的二进制数据组获得输入二进制数据，输入二进制数据为LDPC编码数据位；
（2）将输入二进制数据与生成矩阵相乘获得LDPC编码校验位，LDPC编码数据位和LDPC编码校验位组合形成LDPC编码数据；
其中，生成矩阵的获得包括如下步骤：
1）设定LDPC参数，其中LDPC参数包括行数，列数，行权重，列权重；根据LDPC参数生成稀疏矩阵；
2）根据稀疏矩阵获得奇偶校验矩阵；
3）对奇偶校验矩阵进行因式分解获得生成矩阵。
5.根据权利要求1或4所述的对图形加密数据纠错和检测的方法，其特征在于：
在形成点阵图的步骤中，LDPC编码数据按照矩形M×N进行转换的过程中，如果最后一行的位数小于N，则将不足的位数补零处理。
6.根据权利要求5所述的对图形加密数据纠错和检测的方法，其特征在于：
外层LDPC解码包括如下步骤：
A、将量化数据与奇偶校验矩阵相乘获得外部似然比矩阵；
B、根据外部似然比矩阵获得总的似然比数据组L；
C、将总的似然比数据组L转换为二进制数据组z，转换规则为：当总的似然比数据组L中的元素大于0，则二进制数据组z中对应元素为0，当总的似然比数据组L中的元素小于0，则二进制数据组z中对应元素为1；
D、将奇偶校验矩阵与二进制数据组z中元素相乘，判断是否为0，如果为0则输出数据，形成LDPC解码数据；如果不为0则进行迭代，重复步骤（A）迭代数据，直至达到迭代次数。
7.根据权利要求1或6所述的对图形加密数据纠错和检测的方法，其特征在于：
内层RS解码包括如下步骤：
（1）根据LDPC解码数据和生成多项式获得伴随多项式；
（2）根据伴随多项式构建错误多项式；
（3）通过最大迭代次数为2t的迭代进行错误位置求取；
（4）求出错误值。
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