二維碼技術(shù)在移動(dòng)地鐵購(gòu)票系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

1、    二維碼技術(shù)在移動(dòng)地鐵購(gòu)票系統(tǒng)中的應(yīng)用研究    王雨+張智+商錦+林亮摘要：二維碼具有存儲(chǔ)量大，保密性高，抗損性強(qiáng)，成本低廉，制作要求低等特性。隨著二維碼技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，二維碼正在我們的生活中扮演重要的角色，并且二維碼已應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，但是二維碼技術(shù)在地鐵方面應(yīng)用匱乏。該文章總結(jié)了各類二維碼的優(yōu)劣勢(shì)并主要研究了二維碼的關(guān)鍵技術(shù)，加密與解密技術(shù)，并結(jié)合當(dāng)前主流技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)移動(dòng)地鐵購(gòu)票應(yīng)用的案例。關(guān)鍵詞：二維碼；關(guān)鍵技術(shù)；二維碼應(yīng)用；移動(dòng)地鐵購(gòu)票應(yīng)用；加密解密技術(shù)：tp399 ：a ：1009-3044（2016）33-0187-03abst

2、ract： two-dimensional code has many characteristics ， such as a large storage capacity， high security， strong anti loss， low cost， low production requirements. with the continuous development and improvement of two-dimensional code technology ， it is playing an important role in our life， and two-di

3、mensional code has been widely used in many fields. but the two-dimensional code technology is rarely used in the subway， there is no real subway class app to provide services to passengers. this article summarizes the advantages and disadvantages of various types of two-dimensional code and mainly

4、studies the key technology of the two-dimensional code，encryption and decryption technology and combines with the current mainstream technology to design a mobile metro ticketing application.key words： two-dimensional code；key technology； two-dimensional code application； mobile metro ticketing appl

5、ications；encryption and decryption technology1 引言21世紀(jì)以來(lái)一維碼占據(jù)全國(guó)主要市場(chǎng)。條碼在我們的日常生活中隨處可見，如在快遞、超市零售、部門管理、醫(yī)療衛(wèi)生以及制造等行業(yè)中，一維條碼仍處于主導(dǎo)地位，其中在大眾消費(fèi)領(lǐng)域最廣泛，占了條碼市場(chǎng)的80%左右。由于其具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)逐漸形成了一定規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)。然而，隨著條碼技術(shù)飛速發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ畹男枨蟛粩嘣黾樱S碼逐漸替代一維碼終將是一個(gè)大趨勢(shì)。二維碼具有存儲(chǔ)量大，抗損性強(qiáng)，成本低，不依賴于數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，保密防偽性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使數(shù)據(jù)采集和信息處理的速度加快，極大地提高了工作效率。隨

6、著硬件技術(shù)的發(fā)展，也將推動(dòng)二維碼市場(chǎng)的升溫。如今，二維碼已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，它的發(fā)展呈現(xiàn)一片繁榮景象。本文對(duì)二維碼的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究分析，并基于研究的技術(shù)設(shè)計(jì)構(gòu)建了一套移動(dòng)地鐵系統(tǒng)的實(shí)例。2 二維碼概念及特點(diǎn)2.1 二維碼技術(shù)概念二維碼（2-dimensional bar code）是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形，用于記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息等。在代碼編制上巧妙地利用構(gòu)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”、“1”比特流的概念，使用若干個(gè)與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的幾何形體來(lái)表示相關(guān)信息，通過(guò)圖像輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動(dòng)識(shí)讀從而實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)處理。它具有條碼技術(shù)的一些共性：每種碼

7、制有其特定的字符集；每個(gè)字符占有一定的寬度；處理圖形旋轉(zhuǎn)變化點(diǎn)；有一定的校驗(yàn)功能，對(duì)不同行的信息自動(dòng)識(shí)別功能等。2.2 特點(diǎn)1）二維碼信息承載量更大一維碼的信息部分只能是數(shù)字或字母，空間利用率較低，數(shù)據(jù)容量較小一般只可容納30個(gè)字符左右。二維碼信息承載量大，最大數(shù)據(jù)含量可達(dá)1850個(gè)字符，不僅能顯示數(shù)字、字母，還可以顯示的信息內(nèi)容可包含，字母，數(shù)字，漢字，字符等更詳細(xì)的內(nèi)容。2）糾錯(cuò)能力強(qiáng)一維碼有一點(diǎn)損壞則無(wú)法正常識(shí)別，而二維碼則很好解決了這個(gè)問(wèn)題，二維碼把部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)冗余編碼，簡(jiǎn)單說(shuō)就是一個(gè)數(shù)據(jù)在碼上不同的地方同時(shí)存儲(chǔ)，這樣當(dāng)其中一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的區(qū)域被遮擋或損壞時(shí)，只要與其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)相同的區(qū)

8、域沒(méi)有被遮擋或損壞，就可以正常識(shí)讀。在最高糾錯(cuò)級(jí)別下，損壞30%的情況，仍可以識(shí)讀，糾錯(cuò)能力與一維碼相比大大增強(qiáng)。3）速度更快二維碼由于自身存儲(chǔ)信息量較少，所以不需要調(diào)用電腦的數(shù)據(jù)庫(kù)資源進(jìn)行配合，識(shí)別速度由自身因素決定，識(shí)別速度大大提高。4）安全性高與一維條碼相比，二維碼的保密性更好。通過(guò)在二維碼生成中，利用加密算法進(jìn)行加密，保護(hù)了二維碼內(nèi)容不被他人獲得。3 二維碼關(guān)鍵技術(shù)3.1 qr code碼制（1）qr code碼簡(jiǎn)介二維碼中常用的碼制有：data matrix， maxi code， aztec， qr code， vericode， pdf417， ultracode， code 4

9、9， code 16k等，目前最為流行的為qr code碼，這種二維碼能夠快速讀取，與之前的條形碼相比，qr 碼能存儲(chǔ)更豐富的信息，包括對(duì)文字、url 地址和其他類型的數(shù)據(jù)加密，因此本文主要討論qr code碼制的關(guān)鍵技術(shù)。 （2）qr code編碼技術(shù)流程1）首先進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用以確定編碼的字符類型，按相應(yīng)的字符集轉(zhuǎn)換成符號(hào)字符，再選擇糾錯(cuò)等級(jí)，規(guī)格一定的條件下，糾錯(cuò)等級(jí)越低表示真實(shí)數(shù)據(jù)的容量越大。2）其次對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，以8位一個(gè)碼字的方式將數(shù)據(jù)字符轉(zhuǎn)換為位流，整體構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)的碼字序列。3）糾錯(cuò)編碼。按需要將上面的序列分塊，根據(jù)糾錯(cuò)等級(jí)和分好塊的碼字，產(chǎn)生糾錯(cuò)碼字序列，再加入到數(shù)據(jù)碼字序

10、列后面，生成一個(gè)新的序列。4）構(gòu)造最終數(shù)據(jù)信息。在確定完規(guī)格后，將上面產(chǎn)生的序列按次序放入分塊中。5）構(gòu)造矩陣。將探測(cè)圖形、定位圖形、校正圖形、分隔符和碼字模塊放入矩陣中。6）掩摸。將掩摸圖形用于符號(hào)的編碼區(qū)域，使得二維碼圖形中的深色和淺色（黑色和白色）區(qū)域能夠按最優(yōu)比率分布，提高閱讀的可靠性。7）最后將生成格式和版本信息放入相應(yīng)區(qū)域內(nèi)。3.2移動(dòng)地鐵應(yīng)用中車票加密技術(shù)在移動(dòng)地鐵應(yīng)用中，車票的安全性問(wèn)題是人們較為關(guān)注的，本文討論一種對(duì)二維碼的加密技術(shù)，以保障車票的安全性。（1）混合加密算法用算法對(duì)明文文件進(jìn)行加密，同時(shí)用rsa加密算法對(duì)des密鑰進(jìn)行加密，混合算法進(jìn)一步保證了二維碼的安全性。首

11、先，生成des加密密鑰，為了提高數(shù)據(jù)的安全性，每一個(gè)密鑰k只能使用一次。其次，生成用于加密明文的密鑰，利用rsa加密算法的公開加密密鑰對(duì)des的密鑰k進(jìn)行加密，形成des加密的密鑰ck，并保存。最后，利用生成的密鑰ck對(duì)明文p進(jìn)行des加密，生成密文。（2）基于des與rsa的混合加密算法的解密算法用des算法對(duì)密文解密，同時(shí)用rsa算法對(duì)des密鑰進(jìn)行解密。首先，生成用于des解密的密鑰k。其次，利用rsa的解密密鑰對(duì)des的密鑰ck進(jìn)行解密，形成des解密的密鑰k。最后，利用生成的密鑰k對(duì)密文c進(jìn)行des解密，生成明文文件。4 二維碼應(yīng)用實(shí)現(xiàn)4.1二維碼車票生成在乘客明確乘車路線后，對(duì)于沒(méi)

12、有城市交通卡的乘客，可以選擇手機(jī)購(gòu)票功能。手機(jī)購(gòu)票頁(yè)面提供武漢地鐵線路圖，點(diǎn)擊站點(diǎn)，即可設(shè)置起點(diǎn)終點(diǎn)或查看站點(diǎn)信息，也可手動(dòng)輸入始終點(diǎn)。設(shè)置完成后，會(huì)出現(xiàn)票價(jià)的詳細(xì)信息（包括路程和地鐵班次時(shí)間），乘客選擇購(gòu)票并完成在線支付后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)臨時(shí)二維碼并保存在“我的二維碼”中。乘客出入站可直接掃二維碼，在出站后，服務(wù)器端會(huì)抹掉該條記錄，而乘客手機(jī)里的臨時(shí)二維碼也會(huì)隨之消失。該功能解決了乘客排隊(duì)購(gòu)票的不便，并為乘客提供在線查看站點(diǎn)出口詳情的方便，而地鐵公司也可省去制作臨時(shí)地鐵票的成本。4.2個(gè)人二維碼對(duì)于持有城市一卡通的乘客，應(yīng)用提供交通卡綁定，余額查詢，充值，掛失等功能，用戶可以通過(guò)手機(jī)號(hào)注

13、冊(cè)賬號(hào)，登錄后即可使用以上四個(gè)功能，在完成交通卡綁定后，系統(tǒng)會(huì)生成一個(gè)個(gè)人專屬的二維碼，并保存在“我的二維碼”中。此版塊為交通卡持有人群也提供了極大的便利，可以在忘帶交通卡時(shí)，通過(guò)手機(jī)應(yīng)用里的個(gè)人二維碼在閘機(jī)上直接掃碼進(jìn)出站，出站時(shí)如果卡上余額不足，及時(shí)彈出補(bǔ)差價(jià)的提醒，在線支付補(bǔ)完差價(jià)后，乘客才可出站。個(gè)人二維碼區(qū)別于臨時(shí)二維碼的是，不會(huì)在使用一次后消失，除非乘客解除綁定。之所以把我的二維碼單獨(dú)列出來(lái)作為一個(gè)功能版塊，一是由于生成的二維碼分為兩種，二是為了方便乘客快速進(jìn)出站。如何用戶購(gòu)買了臨時(shí)票，臨時(shí)二維碼則會(huì)覆蓋個(gè)人二維碼，理論上應(yīng)當(dāng)優(yōu)先使用臨時(shí)票。4.3 二維碼讀取技術(shù)1） 線性ccd和

14、線性圖像式閱讀器可閱讀一維條碼和線性堆疊式二維碼（如pdf417），在閱讀二維碼時(shí)需要沿條碼的垂直方向掃過(guò)整個(gè)條碼，我們稱為“掃動(dòng)式閱讀”。這類產(chǎn)品比較便宜。2）帶光柵的激光閱讀器可閱讀一維條碼和線性堆疊式二維碼。閱讀二維碼時(shí)將光線對(duì)準(zhǔn)條碼，由光柵元件完成垂直掃描，不需要手工掃動(dòng)。3）圖像式閱讀器采用面陣ccd攝像方式將條碼圖像攝取后進(jìn)行分析和解碼，可閱讀一維條碼和所有類型的二維條碼。5 結(jié)束語(yǔ)隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們對(duì)二維碼的需求不斷的上升，二維碼也在我們的日常生活中扮演重要角色?；诙S碼的移動(dòng)地鐵應(yīng)用會(huì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我們需要把握有利和不利因素，二維碼在地鐵中的應(yīng)用還未成型，這有利

15、于我們抓住機(jī)遇。當(dāng)然，我們的作品尚且存在諸多的不足，也需要不斷地完善，下一步我們將在識(shí)別二維碼的地鐵閘機(jī)上進(jìn)行研究，努力提高識(shí)別二維碼的速度與穩(wěn)定性，使我們的系統(tǒng)得到更好的應(yīng)用。我們相信，我們構(gòu)想的服務(wù)模式會(huì)得到乘客們的認(rèn)可。參考文獻(xiàn)：1 楊軍， 劉艷， 杜彥蕊. 關(guān)于二維碼的研究和應(yīng)用j. 應(yīng)用科技， 2002， 29（11）：11-13.2 黃吉蘭. 二維條碼qr code編碼原理及實(shí)現(xiàn)j. 電腦知識(shí)與技術(shù)：學(xué)術(shù)交流， 2013（12）：2904-2908.3 肖建國(guó). 二維碼在計(jì)量工作中的應(yīng)用j. 山東工業(yè)技術(shù)， 2015（7）：275-275.4 楊麗娟， 孫紅艷， 李瑛. rsa算法在qr碼防偽技術(shù)中的應(yīng)用j. 北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2014， 24（2）：24-27.5