基于二维码的身份验证技术研究

王宏波　蒋淑玲

摘 要：当今社会正经历一个万事“凭证”的时代，各种各样的证件成为我国居民生活必不可少的东西。身份证是我国居民的身份标识，日常生活中许多事情都需要使用身份证，身份证的丢失或被人伪造会给居民带来许多不便，许多犯罪分子甚至伪造他人身份证行不法之事，因此身份证防伪十分重要，本文主要基于二维码的身份证防伪技术进行简单的分析。

关键词：身份验证；二维码；PDF417码编码技术；数字水印；指纹加密

二维码结合其他数字技术可以实现身份证信息的自动采集，同时还能极大的提高证件的防伪能力。PDF417码的信息储存量大、可以储存的文件类型多，伪造起来难度较高，因此数据安全性较高，使用RS算法纠错性能较好，条码生成比较简单，费用低，形状可以根据实际的应用需求进行改变，具有比较广泛的应用性。基于此，本文主要研究PDF417码编码技术、条码生成系统的实现、基于PDF417码的数字水印技术及指纹加密技术在二维码中的应用。

1 PDF417编码技术及条码生成基础

二维条码加大了信息的储量，可以满足各个领域的自动识别需求，目前已经广泛应用于各个行业，根据编码原理及信息载体区别可将二维码分为堆叠式二维码及矩阵式二维码两种形式。当前各个行业使用较多的矩阵式二维条码主要有Code one、Maxi code等，常用的堆叠式条码有Code16K、PDF417等等。其中PDF417码因其较高的信息储存量、简单的生产方法、良好的纠错能力、强大的数据安全性广泛的应用于各个领域。

1.1 PDF417条形码的结构

PDF417条形码主要组成部分为左侧空白区、起始符、左行指示符、数据符区、右行指示符、终止符、右侧空白区、上空白区及下空白区。不同的组成部分由不同的数量的字符组成。字符由宽单元和窄单元组成，相邻字符间的间距根据实际的应用需求变化。

1.2 PDF417码的编码方法

1.2.1 码字集

PDF417条形码的码字集包含929个码字，对应的取值范围为0～928，其中0～899的码字用于表示数据，900～928用于模式识别，码字集中的码字以不同簇的组合来表示，一般来说，码字集由3个簇组成，码字集的簇在组合时并不是杂乱无章的有一定的规律。

1.2.2 模式结构

PDF417条码包含文本压缩、字节压缩等多种不同类型的数据压缩编码模式。PDF417码可以提供模式锁定码字、转移码字等多种类型的码字，不同类型的码字作用有所差别，利用这些模式实现不同数据模式的兼容。

1.2.3 汉字编码

我国的身份信息必然包括汉字信息，使用PDF417条码进行编码时，可以将汉字先根据使用频率的不同划分成为罕见字、常用字、高频字等多种类型，将汉字建成一个汉字库，汉字库下可继续划分区，每一个区包含固定数量的汉字，并将汉字在字库中的位置进行编号，以区编号及位编号区分汉字。在计算机系统中常常以一个字节来表示英文字符，以前八位代表字符，最高位为奇偶校验位，但汉字字符数量较多，单个字节128位字符难以满足汉字需求，因此以国际码以两个字节表示汉字，实现汉字字符与英文字符的兼容，国际码分为内码和区位码两部分，二者之间有一定的转换关系。

在PDF417码中表示汉字时，首先将汉字当作两个字节来看待，分别为区位码和位码，字节数为6的倍数时，采用924模式指示符，即由左向右、由大到小将数据通过基数256到基数。字节数不是6的倍数时，采用924模式指示符，3个汉字组成一组，然后按924模式指示符表示，如果还有剩下的汉字则逐字表示的方式。

2 基于PDF417码的数字水印技术的研究

身份证技术的关键就是防伪，二维码实际上并不具备防伪功能，想要使二维码具备防伪功能，可以对二维码图进行深加工处理，提高身份证的安全性及可靠性。水印处理是重要的加工处理方法。

水印是现阶段使用的重要防伪技术之一，将数字水印技术运用与二维码中可以有效提高二维码的防伪功能。但PDF417二维条码比较特殊，它由黑白条空组合形，它的像素值只有两种类型，属于二值图像，水印信息的嵌入时，必须充分考虑二值图像与一般灰度图的区别，避免将像素值区域直接进行1—0转换，导致图像失真。将水印信息嵌入PDF417二维条码时，应考虑到3个要点，即迁入信息的处理、选择及表示过程。

水印嵌入之前，需要对其进行一定的处理，以便充分发挥防伪性能。目前来说，可以采用Arnold置乱、差错控制编码等方法处理水印。（1）Arnold置乱。Arnold置乱是一种重要的图像加密技术，首先将水印压缩，然后进行Arnold置乱，最后将编码嵌入到二维码中，二维码在译码时的流程则与编码流程相反，解码时以Arnold置乱次数作为秘钥，Arnold置乱使用过程中必须知道秘钥才能解码图像，采用这种方法加密水印，即使水印图像出现许多的bit错误，也不会影响图像的质量，更有利于二维码防伪功能的发挥；（2）差错控制编码。二维码应用过程中一旦出现污损，会使水印信息读取出现偏差，差错控制编码可以提高数字信息的可靠性。

二维码数字水印系统包含数字水印生成、嵌入、提取几个部分。数字水印的嵌入过程上文已经进行了简单的介绍，下来则对水印图像的生成流程进行简单的介绍。水印图像生成过程：采集数字水印图像—图像预处理—压缩图像—Arnold置乱—新二维码生成—含有数字水印的二维码生成。

数字水印图像生成过程中，水印图像的预处理应满足二维码处理需求，嵌入信息时，水印图像的大小受嵌入水印信息数量的限制，因此需要根据实际需求适当缩减水印图形的大小，Arnold置乱后的图像注意还原。

3 指纹加密技术在二维码中的应用

3.1 指纹加密技术原理

指纹加密技术，即对身份证所属人的指纹进行X、Y进行加密，产生相应的随机数，然后利用此随机数进行加密码字，持证人掌握随机数才能恢复码字，每一个人的指纹都是有区别的，会生成不同的不随机数，从而形成指纹秘钥，密钥空间与知闻孔见形成一一映射关系，秘钥成为指纹提供者唯一的标志，大大提高了证件的可靠性。

基于指纹的随机秘钥可以通过多种方法生成，这里简单介绍一下伪指纹特征随机产生器以及产生伪指纹特征信息的方法。

伪指纹特征随机发生器主要由指纹特征的采集、指纹特征随机发生器以及密钥生成3部分组成。基于指纹的随机秘钥产生的流程：首先由指纹特征数据采集器采集指纹数据，并将采集到的数据转化为指纹特征数据，然后由伪指纹特征随机发生器产生伪随机指纹特征，最后使用伪随机指纹特征密钥将随机指纹特征数据进行加/解密密钥，通过此密钥看出秘钥指纹的所属人。已知的指纹特征信息进行一定的平移、旋转等处理可以得到许多的指纹特征信息，然后将这些信息编码，就可以得到伪指纹特征数据值，由此可以看出，以伪指纹特征随机数作为二维码秘钥的随机不定性较强，可靠性较好，同时，指纹信息又可作为个体的标识，实现身份证信息“人证同一性”的需求。

3.2 二维码加密方案

将指纹秘钥与二维码技术有效结合，可以提高二维码的伪造难度，从而保证身份证的可靠性。指纹技术嵌入到二维码时，可以通过多种方法实现。加密原始身份信息，完成数据编码，在解码的时候进行身份解密获取原始身份信息；先将原始信息进行编码，然后加密形成加密码字，通过为加密码字添加纠错码字生成二维条码图像，实现指纹技术的嵌入。另外，对生成的二维条码进行加密也可以实现加密过程，使用这种方案加密时解码过程必须借助高速解码芯片协助才能完成。

3.3 水印嵌入位置加密

利用伪指纹特征随机秘钥加密嵌入位置可以在实现身份认证的同时，解决秘钥保存的问题。伪指纹特征随机秘钥使用时需要首先产生一个由秘钥决定的数列，然后按照嵌入信息的容量将秘钥分组，然后转换为随机序列，采用一定的加密算法实现秘钥的转换。

4 结束语

基于当前身份证件防伪对人们日常生活的重要性，本文主要介绍了PDF417码编码技术的优点，提出了基于PDF417码的文字图像二维码生成过程，简单介绍了数字水印技术及指纹秘钥加入二维码的方法，希望能对身份验证的相关技术研究有所启发。

参考文献

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[2]潘璐.基于二维码的证件认证技术研究与实现[D].北京邮电大学，2014.

[3]晁玉海，刘连山，薛立勤，等.基于PDF417条码的信息隐藏算法[J].计算机工程，2010，（9）：131-133.

（作者单位：1.湖南交通工程职业技术学院；2.衡阳财经工业职业技术学院）