隨著現(xiàn)代社會(huì)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(lái)越大，常用的一維條碼技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們要求，二維條碼技術(shù)得到了快速發(fā)展，獲得了社會(huì)的普遍認(rèn)同。智能手機(jī)作為便攜設(shè)備應(yīng)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(shí)別變得更加快捷高效。

    QR碼是目前應(yīng)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(duì)加密性的特殊要求，本文采用RC4算法對(duì)QR碼進(jìn)行加密處理，并在android系統(tǒng)下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
1 加密QR碼生成
    RC4加密算法是Ron Rivest在1987年設(shè)計(jì)的密鑰長(zhǎng)度可變的流加密算法簇[1]。 該算法的速度可以達(dá)到DES加密的10倍左右，且具有很高級(jí)別的非線(xiàn)性，適合手機(jī)硬件系統(tǒng)的要求；RC4算法屬于流加密，被廣泛應(yīng)用于SSL/TLS等網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議[2-3]。隨著手機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,使用RC4算法便于手機(jī)二維碼識(shí)別系統(tǒng)后續(xù)網(wǎng)絡(luò)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(jī)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(gè)長(zhǎng)度為256 B的S盒，同時(shí)建立一個(gè)臨時(shí)矢量K。如果密鑰Key的長(zhǎng)度≥256 B,則將Key賦給K,多余字節(jié)丟棄；否則,計(jì)算Key的長(zhǎng)度len,將Key的值賦給K的前l(fā)en個(gè)元素,并循環(huán)重復(fù)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(jī)子密碼生成算法（PRGA)。將S盒中的每個(gè)字節(jié)與另一個(gè)字節(jié)置換，直到最后S[255]置換完成，操作繼續(xù)重復(fù)。加密時(shí)，將子序列密鑰與要加密的明文進(jìn)行“異或”得到密文。解密時(shí)過(guò)程相同。
1.2 RC4算法的混沌改進(jìn)
1.2.1 RC4算法混沌改進(jìn)
　為了提高流密碼的遍歷性與隨機(jī)性，在RC4算法的密鑰生成與偽隨機(jī)子密碼生成過(guò)程中采用混沌算法進(jìn)行改進(jìn)。Logistic一維映射是一種比較簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)形式混沌映射，但是具有非常好的混沌性質(zhì)，適合手機(jī)對(duì)算法處理速度快的要求。
　Logistic映射數(shù)學(xué)表達(dá)式為：


2 加密QR碼識(shí)別
    QR碼識(shí)別系統(tǒng)在Android手機(jī)系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)。
2.1 Android系統(tǒng)簡(jiǎn)介
    Android是基于Linux開(kāi)放性?xún)?nèi)核的操作系統(tǒng)，是Google公司在2007年11月5日公布的手機(jī)操作系統(tǒng)[5]。Android應(yīng)用程序使用Java做為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境為eclipse-SDK-3.5.2+android-sdk_r10+ADT-0.9.7。
2.2 QR碼識(shí)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(gè)模塊。
    圖像采集：點(diǎn)擊按鈕啟動(dòng)程序同時(shí)啟動(dòng)手機(jī)的攝像頭，開(kāi)始實(shí)時(shí)捕捉QR碼圖像，如果檢測(cè)到QR碼，就將這一幀的圖像捕捉并進(jìn)行圖像處理。
    圖像處理：(1)灰度化，手機(jī)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(dāng)?shù)木匦未翱谥兄禐V波處理掉光學(xué)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(jìn)行圖像分割,將整個(gè)圖像呈現(xiàn)出明顯的、只有黑白的視覺(jué)效果。
    QR碼譯碼：按照國(guó)家GB/ T 18284 2000標(biāo)準(zhǔn)[6]進(jìn)行解碼。
    數(shù)據(jù)解密：按照混沌改進(jìn)RC4算法的步驟對(duì)數(shù)據(jù)碼字進(jìn)行解密。
2.3 多線(xiàn)程處理

    在圖像預(yù)處理及QR解碼過(guò)程中,往往需要處理大量的數(shù)據(jù)的情況。為了提高識(shí)別速度，解碼編程時(shí)采用多線(xiàn)程處理。
　 Android系統(tǒng)支持多線(xiàn)程應(yīng)用，支持利用handler接收子線(xiàn)程的數(shù)據(jù)。多線(xiàn)程處理實(shí)現(xiàn)方法：為每個(gè)處理步驟開(kāi)啟一個(gè)線(xiàn)程，并在實(shí)現(xiàn)其run方法同時(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)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(guò)handler發(fā)送message來(lái)達(dá)到多線(xiàn)程的調(diào)度，避免多線(xiàn)程操作時(shí)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(jìn)的RC4算法對(duì)物料數(shù)據(jù)的QR碼進(jìn)行了加密，在識(shí)別程序設(shè)計(jì)中采用多線(xiàn)程處理等編程技巧，從而使該物料數(shù)據(jù)QR碼生成及識(shí)別系統(tǒng)的加密效果和識(shí)別速度達(dá)到較高要求。
   
    頻率測(cè)試和游程測(cè)試出的P-Value值都大于NIST（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)委員會(huì)）規(guī)定的0.01，即符合理想隨機(jī)序列標(biāo)準(zhǔn)。
3.2 系統(tǒng)識(shí)別速度
    QR碼識(shí)別系統(tǒng)在摩托羅拉開(kāi)發(fā)的里程碑、里程碑2、ME525及HTC開(kāi)發(fā)的G7手機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試手機(jī)的像素一般為500萬(wàn)，測(cè)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(cè)試結(jié)果良好。
    圖3是本系統(tǒng)在ME525手機(jī)上運(yùn)行時(shí)，對(duì)圖1(b)所示加密QR碼進(jìn)行解碼的操作，其中圖3(a)為打開(kāi)應(yīng)用時(shí)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(méi)有進(jìn)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(zhǔn)確信息；第二行解密譯碼結(jié)果可以清楚看到廠(chǎng)家物料信息。圖3(b)最下面顯示一次識(shí)別的識(shí)別時(shí)間，識(shí)別時(shí)間是從打開(kāi)攝像頭捕獲圖像后開(kāi)始計(jì)算,正常情況下本系統(tǒng)識(shí)別二維碼圖像的時(shí)間為1 400 ms~4 700 ms。

    另外，識(shí)別速度還與光線(xiàn)、對(duì)焦時(shí)間有關(guān)。測(cè)試時(shí)光線(xiàn)不充足或過(guò)于充足都會(huì)影響識(shí)別時(shí)間。若圖片距離手機(jī)過(guò)近則影響對(duì)焦時(shí)間，從而導(dǎo)致識(shí)別速度過(guò)慢。
    Android手機(jī)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(jī)識(shí)別二維碼已經(jīng)成為條碼識(shí)別的一個(gè)趨勢(shì)，而且可擴(kuò)展性強(qiáng)，可顯著提高工業(yè)管理生產(chǎn)效率。經(jīng)過(guò)測(cè)試及分析，本系統(tǒng)符合QR碼加密性能、識(shí)別的時(shí)間和準(zhǔn)確度要求。
參考文獻(xiàn)
[1] 宋維平.流密碼與RC4算法[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(yīng)用研究[D],哈爾濱:黑龍江大學(xué), 2009.
[5] 谷歌公司. Android開(kāi)發(fā)手冊(cè)[EB/OL](2010-09-23).http://developer.android.com.
[6] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)——快速響應(yīng)矩陣碼[S].北京：標(biāo)準(zhǔn)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.