[发明专利]DNA数据隐藏技术在QR二维码中的应用方法

摘要

本发明公开了DNA数据隐藏技术在QR二维码中的应用方法，属于图像处理技术领域。本发明包括采用DNA编码技术将明文信息进行编码，然后使用切比雪夫映射将编码后的信息进行加密，信息的嵌入，信息的提取。使用QR二维码扫描器只能扫描出公开的信息，而授权的用户能从公开信息中提取出秘密信息。此用途可用在商业、军事领域中。

主权项

DNA数据隐藏技术在QR二维码中的应用方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步：采用DNA编码技术将明文信息进行编码，编码方法如下：一个DNA序列包含四个核苷酸，它们分别是A﹑C﹑G及T，所述A﹑C﹑T及G称之为互补对；正如我们所熟知的二进制一样，0和1就是互补对，那么0(00)和3(11)，1(01)和2(10)也是互补对；对于任何核苷酸x，C(x)代表x的互补核苷酸，则x，C(x)，C(C(x))，C(C(C(x)))不能相等；互补规则可以定义为：(AT)，(GC)，(CA)，(TG)，表示C(A)＝T，C(G)＝C，C(C)＝A，C(T)＝G，利用上述互补规则将明文信息进行编码；第二步：然后使用切比雪夫映射将编码后的信息进行加密，编码方法如下：由xn+1＝cos(acos‑1xn)，‑1≤xn≤1，2≤a≤6，公式多次迭代产生迭代序列，式中，xn+1表示xn迭代一次后产生的值，xn表示初始值迭代第n次后产生的值，a表示控制参数，为固定值，取值范围为[2，6]，将产生的迭代值xn进行量化处理：yn=00,xn>-1,xn≤-0.5,01,xn>-0.5,xn≤0,10,xn>0,xn≤0.5,11,xn>0.5,xn≤1,]]>式中，yn表示量化处理后产生的混沌序列，将DNA编码后转换成二进制的信息与产生的混沌序列进行异或处理，得到异或后的结果即为加密后的消息；第三步：信息的嵌入，其方法如下：将加密后的信息嵌入到矩阵式二维码中，即QR二维码，也就是说，QR二维码只是一个掩饰载体，加密后的信息得依靠掩饰载体而传输；进一步，设加密后的信息为S，具体的嵌入步骤如下：步骤1.计算S的总容量tc；式中：tc表示S的总容量，ecc表示QR码中纠错码的数量，其中tc的值由QR码的版本及纠错等级决定；步骤2.统计QR码中数据模块的个数，将其进行分组，一组为黑色数据模块，另一组为白色模块，其中黑色模块的值为1，白色模块的值为0；步骤3.设置一个秘钥K，用它来随机选择2个不同颜色的数据模块，设为dx和dy，x和y表示任意两个模块的编号，这里的x和y是不相等的；步骤4.假设需要将n位秘密数据(s1s2s3……sn)嵌入数据模块中，其中n≤tc，嵌入公式如下：di＝s1，dj＝s2，dm＝sn‑1，dn＝sn，其中i，j，m，n为数据模块的编号，模块的数量由QR码储存信息量决定，储存信息量越大，模块的数量越多；步骤5.嵌入秘密数据后，根据di，dj，dm的值相应的改变QR码中数据模块的颜色；如果值为1，数据模块的颜色为黑色，反之，数据模块颜色为白色；步骤6.累加颜色改变的数据模块的个数，如果，没有数据模块颜色改变，则tc的值不变，如果有模块的颜色从白色变为黑色或者从黑色变为白色，则tc＝tc‑1，数据模块改变的数量即为tc值减少的量；步骤7.重复步骤3‑6，直到tc的值等于0，此时已完成秘密数据的嵌入；第四步：信息的提取：合法的接收者能够使用秘钥K将秘密信息从载有秘密信息的QR码中提取出来，具体的提取步骤如下：步骤1.再一次操作信息嵌入步骤1‑2；步骤2.输入一个秘钥K，用它来选择dx和dy，x和y表示任意两个模块的编号，这里的x和y是不相等的；步骤3.秘密信息提取公式如下：s1＝di，s2＝dj，sn‑1＝dm，sn＝dn，其中i，j，m，n为数据模块的编号，模块的数量由QR码储存信息量决定，储存信息量越大，模块的数量越多；步骤4.找到di，dj，……dn所对应的数据模块，使用纠错码复原相应的QR码，纠错编码后，如果一个模块由黑色变为白色或者由白色变为黑色，则tc＝tc‑1；步骤5.重复操作步骤2‑4，直到tc等于0；到此为止，秘密信息的提取已经完成；第五步：秘密信息解密：信息加密与解密互为逆过程，具体的解密过程如下：步骤1.使用切比雪夫映射将提取出的信息进行解密；由xn+1＝cos(acos‑1xn)，‑1≤x≤1，2≤a≤6，公式多次迭代产生迭代序列，式中，xn+1表示xn迭代一次后产生的值，xn表示初始值迭代第n次后产生的值，a表示控制参数，为固定值，取值范围为[2,6]，将产生的迭代值xn进行量化处理：yn=00,xn>-1,xn≤-0.5,01,xn>-0.5,xn≤0,10,xn>0,xn≤0.5,11,xn>0.5,xn≤1,]]>式中，yn表示量化处理后产生的混沌序列，将提取出来的秘密信息与产生的混沌序列进行异或处理，得到异或后的结果即为解密后的消息；步骤2.将解密后的消息进行DNA解码，得到最终的秘密消息，解码与编码互为逆过程。