隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息量越來越大，常用的一維條碼技術已經(jīng)不能滿足人們要求，二維條碼技術得到了快速發(fā)展，獲得了社會的普遍認同。智能手機作為便攜設備應用廣泛，尤其它具有內(nèi)置攝像頭可以直接獲取圖像數(shù)據(jù)，使得二維條碼的識別變得更加快捷高效。

    QR碼是目前應用較為廣泛的一種矩陣式二維碼，考慮到工業(yè)物料管理系統(tǒng)對加密性的特殊要求，本文采用RC4算法對QR碼進行加密處理，并在android系統(tǒng)下設計實現(xiàn)。
1 加密QR碼生成
    RC4加密算法是Ron Rivest在1987年設計的密鑰長度可變的流加密算法簇[1]。 該算法的速度可以達到DES加密的10倍左右，且具有很高級別的非線性，適合手機硬件系統(tǒng)的要求；RC4算法屬于流加密，被廣泛應用于SSL/TLS等網(wǎng)絡安全協(xié)議[2-3]。隨著手機互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,使用RC4算法便于手機二維碼識別系統(tǒng)后續(xù)網(wǎng)絡化發(fā)展。
1.1 RC4算法
    RC4算法包括密鑰調(diào)度算法（KSA）和偽隨機子密碼生成算法（PRGA)兩大部分。具體步驟如下：
　 (1)密鑰調(diào)度算法（KSA）。定義一個長度為256 B的S盒，同時建立一個臨時矢量K。如果密鑰Key的長度≥256 B,則將Key賦給K,多余字節(jié)丟棄；否則,計算Key的長度len,將Key的值賦給K的前l(fā)en個元素,并循環(huán)重復用Key的值賦給K剩下的元素,直到K的所有元素都被置換賦值。
　 (2)偽隨機子密碼生成算法（PRGA)。將S盒中的每個字節(jié)與另一個字節(jié)置換，直到最后S[255]置換完成，操作繼續(xù)重復。加密時，將子序列密鑰與要加密的明文進行“異或”得到密文。解密時過程相同。
1.2 RC4算法的混沌改進
1.2.1 RC4算法混沌改進
　為了提高流密碼的遍歷性與隨機性，在RC4算法的密鑰生成與偽隨機子密碼生成過程中采用混沌算法進行改進。Logistic一維映射是一種比較簡單的數(shù)學形式混沌映射，但是具有非常好的混沌性質(zhì)，適合手機對算法處理速度快的要求。
　Logistic映射數(shù)學表達式為：


2 加密QR碼識別
    QR碼識別系統(tǒng)在Android手機系統(tǒng)下實現(xiàn)。
2.1 Android系統(tǒng)簡介
    Android是基于Linux開放性內(nèi)核的操作系統(tǒng)，是Google公司在2007年11月5日公布的手機操作系統(tǒng)[5]。Android應用程序使用Java做為開發(fā)語言。本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為eclipse-SDK-3.5.2+android-sdk_r10+ADT-0.9.7。
2.2 QR碼識別系統(tǒng)的主要模塊
    系統(tǒng)主要分為圖像采集、圖像處理、QR碼的譯碼及數(shù)據(jù)解密4個模塊。
    圖像采集：點擊按鈕啟動程序同時啟動手機的攝像頭，開始實時捕捉QR碼圖像，如果檢測到QR碼，就將這一幀的圖像捕捉并進行圖像處理。
    圖像處理：(1)灰度化，手機獲取的彩色圖像變?yōu)楹诎讏D像，減少信息量，加快處理速度；(2)中值濾波，使用適當?shù)木匦未翱谥兄禐V波處理掉光學采集系統(tǒng)中產(chǎn)生的椒鹽噪聲；(3)二值化，采用直方圖雙峰方式進行圖像分割,將整個圖像呈現(xiàn)出明顯的、只有黑白的視覺效果。
    QR碼譯碼：按照國家GB/ T 18284 2000標準[6]進行解碼。
    數(shù)據(jù)解密：按照混沌改進RC4算法的步驟對數(shù)據(jù)碼字進行解密。
2.3 多線程處理

    在圖像預處理及QR解碼過程中,往往需要處理大量的數(shù)據(jù)的情況。為了提高識別速度，解碼編程時采用多線程處理。
　 Android系統(tǒng)支持多線程應用，支持利用handler接收子線程的數(shù)據(jù)。多線程處理實現(xiàn)方法：為每個處理步驟開啟一個線程，并在實現(xiàn)其run方法同時需要創(chuàng)建一個message，并定義好其屬性；在完成操作后將數(shù)據(jù)發(fā)送給handler，通過handler發(fā)送message來達到多線程的調(diào)度，避免多線程操作時遇到資源沖突而發(fā)生異常。
3 系統(tǒng)性能分析
    由于采用了混沌改進的RC4算法對物料數(shù)據(jù)的QR碼進行了加密，在識別程序設計中采用多線程處理等編程技巧，從而使該物料數(shù)據(jù)QR碼生成及識別系統(tǒng)的加密效果和識別速度達到較高要求。
   
    頻率測試和游程測試出的P-Value值都大于NIST（美國國家標準與技術委員會）規(guī)定的0.01，即符合理想隨機序列標準。
3.2 系統(tǒng)識別速度
    QR碼識別系統(tǒng)在摩托羅拉開發(fā)的里程碑、里程碑2、ME525及HTC開發(fā)的G7手機上進行測試，測試手機的像素一般為500萬，測試圖片的大小為200×200。在73張圖片中有4張污損圖片不能譯碼,其余測試結(jié)果良好。
    圖3是本系統(tǒng)在ME525手機上運行時，對圖1(b)所示加密QR碼進行解碼的操作，其中圖3(a)為打開應用時的顯示界面，由此輸入密碼。圖3(b)為解碼后結(jié)果，其中第一行為沒有進行解密的譯碼結(jié)果，圖中顯示為一行亂碼，不能得到QR碼中的準確信息；第二行解密譯碼結(jié)果可以清楚看到廠家物料信息。圖3(b)最下面顯示一次識別的識別時間，識別時間是從打開攝像頭捕獲圖像后開始計算,正常情況下本系統(tǒng)識別二維碼圖像的時間為1 400 ms~4 700 ms。

    另外，識別速度還與光線、對焦時間有關。測試時光線不充足或過于充足都會影響識別時間。若圖片距離手機過近則影響對焦時間，從而導致識別速度過慢。
    Android手機系統(tǒng)功能豐富，攜帶方便，受周邊環(huán)境影響較小。使用智能手機識別二維碼已經(jīng)成為條碼識別的一個趨勢，而且可擴展性強，可顯著提高工業(yè)管理生產(chǎn)效率。經(jīng)過測試及分析，本系統(tǒng)符合QR碼加密性能、識別的時間和準確度要求。
參考文獻
[1] 宋維平.流密碼與RC4算法[J].吉林師范大學學報(自然科學版),2005(5)：71-72.
[2] PETER K, MANUEL L, MARTIN M. QR code security[C]. MoMM2010-8th International Conference on Advances in Mobile Computing and Multimedia, 2010.
[3] HONGGEUN K, JUNGKYU H,SEONGJE C. An efficient  implementation of RC4 cipher for encrypting multimedia files on mobile devices[C]. Proceedings of the ACM Symposium on Applied Computing, 2007.
[4] 金海榮. 混沌序列密碼分析及其應用研究[D],哈爾濱:黑龍江大學, 2009.
[5] 谷歌公司. Android開發(fā)手冊[EB/OL](2010-09-23).http://developer.android.com.
[6] 國家質(zhì)量技術監(jiān)督局.中華人民共和國國家標準——快速響應矩陣碼[S].北京：標準出版社,2001.
[7] ANDREW R, JUAN S, JAMES N. A statistical test suite for random and pseudorandom number generators for cryptographic applications[S].NIST Special Publication, 2001.