CN111639734B - 一种嵌入qr码的新型二维码编码及防伪应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种嵌入QR码的新型二维码编码及防伪应用方法，包括：在服务器端的验证中心生成存储商品的信息验证数据库，验证信息表示为<商品信息链接地址、验证信息、预留视觉编码>三元组；在服务器端根据三元组信息分别编制，生成一种嵌入QR码的新型防伪二维码，并融合视觉信息；在用户端利用第三方QR码扫码器扫描商品上的防伪二维码，扫码跳转到视觉防伪二维码的识别程序，识别商品信息链接地址和加密的验证信息；在服务器端解密获得验证信息，核验商品信息，核验成功后将预留视觉编码进行提取，显示给消费者进行视觉校验。本发明解决了QR码编码标准开放带来的盗用风险问题，实现的防伪二维码简单易识别、价格低廉、安全度高。

Description

一种嵌入QR码的新型二维码编码及防伪应用方法

技术领域

本发明涉及一种嵌入QR(Quickly Response)码的新型二维码编码及防伪应用方法，属于二维码图像处理与应用技术领域。

背景技术

近年来，随着人们生活品质的提高，人们对商品品牌的关注越来越多。而商家为了提高商品品牌效应，必须防止假货生产及泛滥给商品品牌带来的损害，因此，会采用各种各样的手段在商品的防伪工作上。防伪是为企业产品通过消费者防伪码查询中心验证，是一种用于识别真伪并防止伪造、变造，克隆行为的技术手段。

目前，我国防伪行业市场容量已达到了8000亿元。中国有90％以上的药品、15％以上的食品、95％以上的烟酒产品都使用了防伪技术。由于下游市场需求旺盛，中国防伪行业市场容量将会进一步增大。

当前，常见的防伪技术主要包含有激光标签防伪、查询式防伪、纹理防伪标签、以及安全线防伪纸技术等，而近几年来，随着数字化技术的快速普及，数码防伪技术也得到了广泛应用。在传统的数码防伪中，通过为每个商品设置唯一的一个验证密码，并将该密码储存在中心数据库中。消费者购买到贴有中选数码防伪标识的商品，只需拨打电话，输入商品上的密码，即可知道产品的真伪，从而突破了传统的防伪产品容易被批量防冒及消费者不易识别的局限性。

而二维码防伪作为其中数码防伪方法，由于其便利性，获得了很多厂商的青睐。当前的二维码防伪技术主要是依赖消费者首次扫码行为，来记录和提醒用户校验扫码记录来完成的，其原理简单，用户使用较为方便。

然而，由于常用到的QR码是一种完全开放标准的编码方式，其本身安全性有限，即便防伪QR码经常被印制在易碎纸上或者强力胶上制成，无法从产品上完整揭下再用。但是，非法商家很容易用开放的扫码器直接获取QR码中包含的信息，从而制作假的防伪标签，为真实企业方带来额外风险。

而随着图像编码及图像识别技术的逐步成熟，自主非开放式的编码方式逐步在大规模应用中有所使用，例如微信小程序码、抖音二维码等，其利用独有的编码和识别机制，来隐藏码中包含的真实信息，从而保证码的生成来自权威的单一来源。然而，自主的非开放式编码方式往往要求利用专有扫码器或者APP程序才能扫描解码，对于一些中小型企业以及非互联网企业来讲，很难在消费者终端上普及专有扫码器。这在防伪标签鉴伪过程中，将会导致消费者需要额外下载新的APP，提高了鉴伪的复杂度，间接导致了很多消费者鉴别伪品中途放弃。

发明内容

本发明考虑到QR码本身的开放标准带来的风险问题，以及自主非开放式编码方式必须采用专有扫码器等问题，提出了一种新的嵌入QR码的新型二维码编码及防伪应用方法，通过设计将QR码嵌入到自主编码区域中，不仅能够很好的解决QR码编码标准开放带来的盗用风险问题，同时，设计了一种巧妙的扫码应用方法，解决了鉴别扫码便利性问题。另外，本发明还结合使用了艺术二维码编码方式，增加了视觉校验等过程，很大程度上提高了二维码防伪的安全性。

本发明提供的一种嵌入QR码的新型二维码编码及防伪应用方法，主要包括待编码信息的生成、二维码编码及生成、二维码的扫码及解析以及信息的核验，其中：

(1)待编码信息的生成。在服务器端建立二维码的验证中心，为每个待编码的商品根据商品信息，自动生成一条商品信息条目，自动生成由<商品信息链接地址、验证信息、预留视觉编码>组成的三元组的商品验证信息，建立商品信息验证数据库。其中，商品信息链接地址与验证信息两部分，能够定位且唯一定位到一条商品信息条目；预留视觉编码为可人眼识别的图案或文字，可以利用随机方法生成或者从建立的大容量素材库中随机选择。商品信息验证数据库中的每个商品验证信息设置有属性项目，包括验证申请次数、验证状态和验证IP地址；

(2)二维码编码及生成。服务器端的编码器向验证中心申请并获得一条三元组的商品验证信息，将验证信息利用公钥进行加密，获得加密信息，生成商品的视觉防伪二维码。二维码划分为QR码区域和自主编码区域；将商品信息链接地址直接按照QR码编码标准进行编码，填充QR码区域。将验证信息进行加密获得的加密信息，填充到自主编码区域。将QR码区域和自主编码区域进行镶嵌对齐，获得新型的防伪二维码。在QR码区域中预留视觉编码区域，将预留视觉编码渲染生成图像，依据预留的视觉编码区域位置进行排布，与预先设定的图像进行融合，形成视觉背景图像。利用艺术化二维码生成技术，将防伪二维码与视觉背景图像进行融合，生成商品最终的新型的视觉防伪二维码。

(3)二维码的扫码及解析。在用户端利用第三方QR码扫码器扫描贴在商品上的视觉防伪二维码，解析QR码区域，获得商品信息链接地址。根据解码获得的商品信息链接地址以及在第三方平台中的配置，跳转到视觉防伪二维码的识别程序。视觉防伪二维码识别程序启动自定义的扫码器，检测QR码区域的定位符标志，计算获得自主编码区域。利用采样算法，采集自主编码区域的编码排布，发送给服务器端。服务器端的解码器根据约定的自主编码区域的编码排序顺序还原出加密信息，将商品信息链接地址以及加密信息发送给验证中心。

(4)信息的核验。服务器的验证中心在接收到商品信息链接地址以及加密信息后，进行核验，利用私钥对加密信息进行解密，获得验证信息。验证中心结合商品信息链接地址和验证信息，查找对应的商品信息条目。如果没有找到对应的商品信息，直接提醒用户伪品风险，反馈用户该商品为伪造品。如果能查找到对应的商品信息，则记录用户查验行为，并将查验的历史信息反馈给用户。在商品信息查验通过后，验证中心查找数据库将预留视觉编码反馈给用户，用于与商品上的视觉防伪二维码上预留的视觉编码进行视觉校验。

相对于现有技术，本发明的优点和积极效果在于：

(1)相对于传统的二维码防伪只采用唯一的商品ID并记录商品验真次数的方法，本发明方法充分利用了加密算法、以及二维码自定义编码、解码等技术，具有更高的安全性，可以防止因为QR码码制开放导致的编码内容容易泄露的问题，保证了防伪二维码制作源头的唯一性。

(2)本发明方法生成的新型防伪二维码，可以很容易兼容传统的基于QR码相关的管理***，针对现有的物流管理、仓储管理等涉及二维码管理的方案，不用采用任何硬件或者软件升级，可以直接兼容并替换为新型二维码。

(3)本发明方法生成一种融合了视觉信息在内的嵌入QR码，实现了一种简单易识别、价格低廉、安全度高的商品防伪方法，在伪品校验过程中便于用户操作，能够保护商品品牌安全性；在真品鉴别过程中，对于消费者来讲，操作简单，成本较低，鉴伪容易，不用额外下载专有扫码器，也不需要手动输入信息。

(4)本发明方法实现的视觉防伪二维码，制作成本较低，在保证基础的防伪功能之外，还可以充分采集用户扫码行为及数据信息，为分析商品流通情况等，提供数据支撑。

附图说明

图1是本发明的嵌入QR码的新型二维码编码及防伪应用方法的总体实现框图；

图2是本发明的二维码的编码区域划分示意图；

图3是本发明的嵌入QR码的新型视觉二维码生成过程示意图；

图4是本发明的嵌入QR码的新型视觉二维码样例；

图5是本发明的嵌入QR码的新型视觉二维码解码过程及防伪原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出的一种嵌入QR码的新型二维码编码及防伪应用方法，主要包括待编码信息的生成、二维码编码及生成、二维码的扫码及解析、信息的核验，整体流程如图1所示，下面对这四个部分，分别详细叙述具体实施过程。

步骤1，验证中心位于服务器端，在服务器端的验证中心生成存储待编码的商品的信息数据库。本步骤根据商品信息，自动生成<商品信息链接地址、验证信息、预留视觉编码>三元组，建立商品信息验证数据库，分下面4个子步骤来说明。

步骤1.1，建立商品基本信息数据库；其中，根据商品信息建立合理的数据库的表结构，数据库表中对每个商品，建立有一条商品信息条目，商品信息条目包含的数据项有生产厂家、商品名称、商品型号、生产日期、商品批次、经销商等。

步骤1.2，针对每个商品信息条目，自动生成<商品信息链接地址、验证信息、预留视觉编码>组成的三元组，建立商品信息验证数据库。其中，“商品信息链接地址”由“链接地址前缀”和“链接地址参数”两部分构成，且同一类商品的“链接地址前缀”相同。在整个信息验证数据库中，“商品信息链接地址”可以存在重复的情况，但需要保证“商品信息链接地址”与“验证信息”两部分，能够定位且唯一定位到商品基本信息数据库中的某一条商品信息条目。“链接地址参数”和“验证信息”可以利用随机方法自动生成。

例如，对于某一种产品，设计其链接地址前缀为“http://domain.com/v/”，并随机生成一个“链接地址参数”，例如“xxxx”，则构成“商品信息链接地址”为“http://domain.com/v/xxxx”。同时，随机生成一条“验证信息”，例如“aiTeixeit-xltslo”。在整个商品信息验证数据库中，“商品信息链接地址”与“验证信息”两部分的组合“xxxxaiTeixeit-xltslo”是唯一的，可以帮助用户快速定位到某一个商品，在一定意义上，相当于为商品的唯一编号。

在实际应用中，可以根据不同的情况适当调整这两部分的编码长度，甚至可以并不设置“链接地址参数”，而仅仅由“验证信息”一部分来保证编号的唯一性。

步骤1.3，生成预留视觉编码。“预留视觉编码”为人眼可以识别的文字或图案或二者的结合。利用随机或者固定的方法设计并自动生成预留视觉编码，例如“00023X7”。预留视觉编码可以具有一定的实际意义，例如商品批号信息等，这样可以便于商品销售人员管理供货等。预留视觉编码也可以是完全随机生成的，仅仅预留给消费者进行视觉验证。另外，关于预留视觉编码，还可以配合后续的视觉图像渲染环节，从建立的大容量素材库中随机选择，并设计渲染规则与预留的视觉核验内容相互对应。

步骤1.4，将建立的三元组信息<商品信息链接地址、验证信息、预留视觉编码>的每一项进行关联，并维护验证记录申请、验证状态等信息。商品信息验证数据库中对每个商品的三元组信息都设置有属性项目，包括验证申请次数、验证状态、验证IP地址等。

步骤2，在服务器端对各商品进行二维码编码及生成。本步骤是将步骤1所获得的三元组信息，按照编码机制分别编入不同部分，生成一种嵌入QR码的新型防伪二维码，并融合视觉信息。下面分为5个子步骤来说明。

步骤2.1，先将整个二维码从编码区域上划分为两个部分，一部分为“QR码区域”，另一部分为“自主编码区域”。其中，“QR码区域”为正方形区域，位于二维码的中心位置；“自主编码区域”位于“QR码区域”的周边，根据企业用户需求及所需的编码容量大小进行确定，可以是任何的形状，例如常用的圆弧形，或者根据商品类型标志等设计的专有形状。另外，如图2所示，本发明指定了预留的“视觉编码区域”，需要注意的是，该区域直接叠加在QR码区域之上，其位置及形状也可以相对灵活。预留的“视觉编码区域”并不会影响QR码的识别。

步骤2.2，编码器向验证中心申请并获得一条三元组信息。对其中的“商品信息链接地址”直接按照QR码编码标准进行编码，填充QR码区域。而“验证信息”利用公钥进行加密，获得的加密信息，按照预设的编码方法及填充顺序，填充自主编码区域。

QR码区域通常在二维码的中心位置，编码完全符合国际QR码标准，由编码区、定位符等多部分构成。自主编码区域则分布在QR码周围，是由自定义的编码排布方法排列，其主要包含数据和纠错两部分，而不包含定位符等。

需要注意：1)在三元组信息申请过程中，编码器以用户角色自动向验证中心提出申请，根据不同的编码器设置有单独标识的账号和密码，在用户认证保护下，进行三元组信息的申请。该三元组只有可以信赖的编码器才可以获得，并在网络传输过程中采用严格的加密通信方式，防止被窃取。2)对“验证信息”进行加密的公钥是由验证中心生成，并分发给各个编码器的。其中“公钥”的生成由企业用户直接设定，每种商品的公钥可以不同，但是需要和验证中心所维护的“私钥”保持对应关系。公钥是分发给防伪二维码生产厂商或者二维码的贴标流水线直接使用，而私钥保留在验证中心中，公钥和私钥是根据非对称加密算法生成的一对密钥。3)自主编码区域在编码过程中，可以采用自定义的码制，例如常采用里德所罗门编码，并用二进制编码来对信息进行构造，用黑色模块标识1，用白色模块标识0。在编码排布上，一般先利用网格的方式，将自定义编码区域内的模块进行标记，从左到右，从上往下依次进行排布。

步骤2.3，将编码后的“QR码区域”与“自主编码区域”进行镶嵌对齐，获得新型防伪二维码。两个区域之间按照指定的尺寸及位置排布，相互并不重叠。注意，自主编码区域中不再包含有二维码定位符等内容，在解码过程中，将直接借用“QR码区域”的定位符标志。

步骤2.4，将预留视觉编码，例如数字、文字、符号或特殊图案等渲染生成图像，按照指定的“预留的视觉编码区域”位置进行排布，与指定图像进行融合，形成视觉背景图像。预留视觉编码在渲染过程中，可以做适当的形态变化以及颜色变化，例如，用艺术字字体进行渲染，这样可以避免编码图案被机器自动识别或者增大被机器识读的难度，使其只能被人进行识读，从而提高安全性。而在渲染中的“指定图像”则往往是指定的商标LOGO等，此处并不做任何限制，也可以是纯色背景图案。另外，预留的视觉编码不一定是英文字符或者数字，也可以为其他可视信息，甚至纹理、条纹等。

步骤2.5，利用艺术化二维码生成技术，将新型防伪二维码与视觉背景图像进行融合，生成新型视觉防伪二维码。此过程中，主要在保证二维码包含的编码信息不变以及可以正常被扫码器解析的前提下，对二维码图案进行适当的变形，提高了美观程度，同时增加了视觉信息。

如图3所示，为对某个商品信息进行二维码编码，生成本发明的信息视觉防伪二维码的示意图，其中预留视觉编码渲染为红底白色字体和图案的圆形图，所生成的防伪二维码也是红色基调的二维码，图3是灰度图示意。图4是利用本发明方法生成的两个嵌入QR码的新型视觉二维码的灰度示意图。

如图5所示，是对商品的防伪二维码进行扫码及解析、进行防伪信息核验的流程。

步骤3，在用户端进行二维码的扫码及解析。本步骤利用第三方QR码扫码器，如微信、支付宝的扫码功能，扫描商品上的QR码区域，扫码并直接跳转到验证中心官方认证的视觉防伪二维码的识别程序，如在微信开发视觉防伪二维码识别小程序，利用小程序对自主编码区域完成进一步的扫码解析。下面分4个子步骤来说明。

步骤3.1，利用第三方的QR码扫码器，解析QR码区域，获得商品信息链接地址。根据解码获得的商品信息链接地址以及在第三方平台中的配置等，使用户操作界面直接跳转到指定小程序中。例如，通过微信扫描二维码，可以获得链接地址“http://domain.com/v/xxxx”，根据在微信平台中的配置，所有解码得到“http://domain.com/v/”前缀的域名，均直接跳转到视觉防伪二维码识别小程序中，同时把指定的链接地址参数“xxxx”附带过去，以方便后续处理。

步骤3.2，视觉防伪二维码识别小程序启动自定义的扫码器，检测二维码定位符标志，从而计算获得自主编码区域，然后利用采样算法，采集自主编码区域的编码排布，发送给服务器端。在识别自主编码区域时，定位符的检测过程按照“回”字形定位符检测算法进行，例如先对图像进行二值化操作，然后按照“黑：白：黑：白：黑”的比例为“1:1:3:1:1”按照横向、纵向分别进行检测，确定定位符中心点位置；在确定定位符之后，根据QR码的版本号，可以间接确定这个QR二维码图像的每个模块的大小及网格分布，从而根据编码时指定的网格区域位置，确定自主编码区域。利用采样的方法，可以获得自主编码区域每个模块所代表的0或者1。

步骤3.3，服务器端的解码器根据约定的编码排布方式，可以还原出0、1字节流。需要注意的是，还原出来的字节流可能存在一些错误，这些错误可能是扫码器受到光照等外部因素干扰而造成的。为了修复这些错误，本发明可以根据校验算法原理，例如里德所罗门纠错算法等，在原始二维码模块错误不是很严重的情况下，还原出原始的加密信息。

步骤3.4，服务器端的解码器将扫码解析过程中获得的“商品信息链接地址”以及“加密信息”发送给验证中心。

需要注意的是，识别视觉防伪二维码时调用的扫码器对服务器端的解码器和验证中心的访问，也是在安全权限控制之下进行，只有被验证中心信赖的扫码器，才能访问验证中心。

步骤4，在服务器端进行验证信息的核验。本步骤根据扫码结果，将获得的商品链接地址、加密信息提交验证中心核验，核验成功后将预留视觉编码进行提取，显示给消费者进行视觉校验。下面分三个子步骤来说明。

步骤4.1，验证中心利用私钥处理获得的“加密信息”，可以解密获得“验证信息”。此处所采用的私钥为验证中心生成，与编码过程中所采用的公钥相互匹配。

步骤4.2，结合商品信息链接地址和验证信息，在商品信息验证数据库中进行查验核对。根据编码生成时的约定，一个<商品信息链接地址、验证信息>可以有且唯一确定到一条商品信息条目。如果没有找到对应商品信息，可以直接提醒用户该商品为伪造品。如果能查找到对应商品信息，则记录用户查验行为，包括查验的时间、地点、账号等信息，更新验证申请次数，并将查验的历史信息反馈给用户。如若消费者发现不合理的查验历史，则存在伪品风险，可以进行举报。如果某条信息查验存在大量不同的查验时间和查验地点，则可以触发验证中心的风控***，对该条记录置于异常名单，并提示进行人工核验。

步骤4.3，在商品信息查验通过后，则查找商品信息验证数据库中对应的预留视觉编码，反馈给用户，让用户根据反馈的预留视觉编码信息，和二维码视觉背景图像上预留的视觉编码进行对照，进行视觉校验。如果视觉核验一致，则满足真品要求。否则，则认为存在伪品风险。

反馈给用户的预留视觉编码可以是步骤1.3中生成的图像或文字，也可以是经过步骤2.4渲染生成的图像，用户是可以通过人眼视觉识读的。对于预留视觉编码是字母或数字序列时，可以直接反馈预留视觉编码给用户。当预留视觉编码是纹理图案等视觉内容时，当前技术仍很难准确识读图像内容，因此，本发明可对商品验证信息额外添加视觉核验内容。视觉核验内容主要是对预留视觉编码渲染的图像，在用户进行视觉校验时，可将视觉校验内容与二维码上的图像比对。例如，添加到背景图像中视觉编码为“XTX349”，而保存到视觉核验内容为“编码区域印制成T、4、9为黄色字体的XTX349的图像”。

Claims (8)

1.一种嵌入QR码的新型二维码编码及防伪应用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在服务器端的验证中心，为每个待编码的商品自动生成一条商品信息条目和商品验证信息；商品验证信息表示为三元组<商品信息链接地址、验证信息、预留视觉编码>，存储在验证中心的商品信息验证数据库中；其中，商品信息链接地址与验证信息两部分唯一定位到一条商品信息条目，预留视觉编码为可人眼识别的图案或文字；商品信息验证数据库中的每个商品验证信息设置有属性项目，包括验证申请次数、验证状态和验证IP地址；

步骤2，在服务器端的编码器，依据商品验证信息编码生成商品的二维码；其中，二维码划分为QR码区域和自主编码区域；将商品信息链接地址按照QR码编码标准进行编码，填充到QR码区域；将验证信息利用公钥加密，将加密信息填充到自主编码区域；将QR码区域和自主编码区域进行镶嵌对齐，获得防伪二维码；在QR码区域中预留视觉编码区域，将预留视觉编码渲染生成图像依据预留的视觉编码区域位置进行排布，并与指定图像进行融合，形成视觉背景图像，再将防伪二维码与视觉背景图像进行融合，生成商品最终的视觉防伪二维码；

步骤3，在用户端加载视觉防伪二维码的识别程序，扫描和识别视觉防伪二维码；当用户通过QR码扫码器扫描贴在商品上的视觉防伪二维码时，获得商品信息链接地址，并跳转到视觉防伪二维码识别程序，视觉防伪二维码识别程序识别并采集视觉防伪二维码的自主编码区域的信息，并发送给服务器端；服务器端的解码器根据自主编码区域的信息还原出加密信息，将商品信息链接地址以及加密信息发送给验证中心；

步骤4，服务器的验证中心在接收到商品信息链接地址以及加密信息后，用私钥对加密信息解密获得验证信息；验证中心根据商品信息链接地址和验证信息查找对应的商品信息条目，若没有查找到，则反馈用户该商品为伪造品，若查找到，则将商品信息条目的查验记录反馈给用户；验证中心还在核验通过后，将预留视觉编码反馈给用户，用于与商品上的视觉防伪二维码上预留的视觉编码进行比对。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤1中，“商品信息链接地址”由“链接地址前缀”和“链接地址参数”两部分构成，且同一种商品的“链接地址前缀”相同；“链接地址参数”和“验证信息”随机自动生成；“预留视觉编码”随机生成或者从预先建立的素材库中随机选择。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的步骤1中，“验证信息”作为商品的唯一编号；或者，“验证信息”与“商品信息链接地址”中的“链接地址参数”组合一起，作为商品的唯一编号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2中，编码器以用户角色自动向验证中心申请商品验证信息，不同的编码器都设置有单独的账号和密码，只有在通过用户认证后，获得商品验证信息，并在网络传输过程中进行加密通信；对“验证信息”加密的公钥由验证中心生成，并分发给各个编码器。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2中，将预留视觉编码渲染生成图像，包括对图像或文字进行形态变化和颜色变化；在得到视觉背景图像后，利用艺术化二维码生成技术，将防伪二维码与视觉背景图像进行融合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤2中，QR码区域位于防伪二维码的中心位置，自主编码区域分布在QR码区域的周围，QR码区域和自主编码区域按照设定的尺寸及位置排布，相互并不重叠。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤3中，视觉防伪二维码识别程序中自定义扫码器，当该程序被触发时，启动自定义扫码器，检测视觉防伪二维码的定位符，在确定定位符后，根据QR码的版本号，确定QR二维码的模块的大小及网格分布，进而确定视觉防伪二维码的自主编码区域，通过对自主编码区域采样，获取自主编码区域每个模块所代表的0或者1，在服务器端根据自主编码区域的编码排布方式，还原出0和1的字节流。

8.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述的公钥和私钥是根据非对称加密算法生成的一对密钥，私钥保留在验证中心中，通过公钥加密的验证信息只能通过私钥进行解密。

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