一種基于視覺密碼的隱私保護(hù)顯示器實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于視覺密碼的隱私保護(hù)顯示器實(shí)現(xiàn)方法，在加密模塊1和加密模塊2之間預(yù)置一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)生成算法PRNG，通過可視區(qū)域配置模塊將兩個(gè)液晶層之間的距離參數(shù)設(shè)定為d，從而控制可視區(qū)域的大小，將兩個(gè)顯示接口卡中屏幕的刷新頻率配置為60Hz。通過安全配置模塊選擇普通瀏覽模式或者隱私瀏覽模式，通過上述部署完成后，基于視覺密碼的隱私保護(hù)顯示器即可正常工作。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)防止偷拍和防止電磁泄漏的雙重目的，而且其不會(huì)降低屏幕的亮度，也不會(huì)大量地增加輻射，其成本也比建屏蔽室要低得多。
【專利說明】-種基于視覺密碼的隱私保護(hù)顯示器實(shí)現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于視覺密碼的隱私保護(hù)顯示器實(shí)現(xiàn)方法，屬于安全顯示技術(shù)領(lǐng) 域，尤其涉及基于視覺密碼的兩個(gè)液晶層的疊加與可視區(qū)域分析，該技術(shù)適用于涉密場(chǎng) 合，防止顯示器上的內(nèi)容不被他人從側(cè)旁偷窺到，也具有防電磁泄漏的優(yōu)勢(shì)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，顯示設(shè)備是用戶獲取信息的重要通道。而普通顯示設(shè)備上面的 內(nèi)容很容易被他人從旁邊偷窺到，從而造成敏感信息的泄露。因此，設(shè)計(jì)顯示區(qū)域可控的隱 私保護(hù)顯示器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示設(shè)備上內(nèi)容的安全保護(hù)是一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容。
[0003] 隨著工藝制造水平不斷的提高，微型攝像頭的體積越來越小，且不宜察覺，使用微 型攝像頭竊取秘密信息的現(xiàn)象也日趨普遍?？紤]到目前微型攝像頭種類繁多，成本低廉，在 很多場(chǎng)合都有廣泛的應(yīng)用，排除隱蔽攝像頭的威脅需要耗費(fèi)涉密人員大量精力。現(xiàn)有的防 止微型攝像頭竊密的方法包括，在顯示器上附一層防偷窺膜，這種方法簡(jiǎn)單，但是缺點(diǎn)是會(huì) 導(dǎo)致屏幕變暗，從而影響觀看的視覺效果。
[0004] 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)視頻信號(hào)含有豐富的有用信息，在傳輸過程中，驅(qū)動(dòng)電流 大，暴漏空間多，輻射能量大，很容易被截獲并復(fù)原，主要的紅信號(hào)其電磁泄漏是信息安全 的嚴(yán)重威脅。國外專用的竊收設(shè)備能從幾米到十幾米外，竊收還原配備液晶顯示器的臺(tái)式 機(jī)和筆記本電腦的視頻信息。現(xiàn)有的防電磁輻射的措施包括加裝視頻信息干擾器和建屏蔽 室來處理涉密信息。其中加裝針對(duì)液晶顯示器和筆記本電腦設(shè)計(jì)的視頻信息干擾器，一般 有部署困難，健康損害大，防護(hù)效果低的缺點(diǎn)。而建屏蔽室則造價(jià)昂貴，每平米造價(jià)幾萬到 幾十萬不等，進(jìn)而降低了保密資料閱讀的便利性。
[0005] 目前，我國保密信息的處理通常采用簡(jiǎn)單的物理隔絕的方法和信息單向流動(dòng)的方 法，雖然降低了秘密信息泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，但是也給現(xiàn)實(shí)的工作生活帶來了不便。涉密人員查閱 保密訊息時(shí)，常常由于擔(dān)心泄密而不敢通過非信任的計(jì)算機(jī)（電磁泄漏及隱蔽攝像頭的威 脅之下的計(jì)算機(jī)）獲取保密信息。而保密文件查看的防竊密手段繁雜而脆弱，沒有時(shí)效性 (尤其是接收緊急命令的情況下）。這些都會(huì)影響在國外及其它非信任環(huán)境下處理保密信 息的效率，甚至在關(guān)鍵時(shí)刻，由于手續(xù)繁雜而遺失戰(zhàn)機(jī)，造成嚴(yán)重后果。而隱私保護(hù)顯示器 可以降低隱蔽攝像頭的威脅和電磁泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，也為保密文件的查閱提供便利。
[0006] 視覺密碼學(xué)是由文獻(xiàn)[1]提出的（[1]M. Naor, A. Shamir, Visual Cryptography, E UROCRYPT' 94, Springer-Verlag Berlin, LNCS 950, pp. 1-12, 1995.)，其可以將一個(gè)秘密圖 像分解為兩個(gè)部分，隨機(jī)加密圖像和隨機(jī)因子圖像。由于圖像被隨機(jī)因子所加密，任何一個(gè) 部分都不包含秘密圖像中的信息。然而，當(dāng)兩個(gè)部分物理對(duì)齊覆蓋時(shí)，秘密圖片就能夠被重 構(gòu)。
[0007] 專利文獻(xiàn)[2]中提出了一種利用視覺密碼技術(shù)來重構(gòu)圖像信息的方法（[2] G. J. Schrijen, P. T. Tuyls, Τ. A. Μ. Kevenaar,Μ.Τ.Johnson,Secure Visual Message Communication Method And Device.Patent with International Application No. :PCT/ IB2003/000261，2003.)，其采用了文獻(xiàn)[1]中提出的視覺重構(gòu)技術(shù)。該方法首先通過視覺 密碼技術(shù)將黑白秘密圖片分解為兩個(gè)部分，其中一個(gè)部分在第一液晶層上顯示，另一部分 在第二液晶層上顯示。第一液晶層通過普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行填充，而第二液晶層則通過一個(gè)可 信設(shè)備進(jìn)行填充。因此，即便該計(jì)算機(jī)被潛在攻擊者所控制，可信設(shè)備控制的第二液晶層仍 然保證了屏幕上顯示信息的私密性。需要指出的是，該專利方法僅適用于黑白圖片，并且重 構(gòu)圖像比原始秘密圖像大四倍。
[0008] 本發(fā)明采用了文獻(xiàn)[3]中提出的視覺重構(gòu)技術(shù)（[3]P.Tuyls，H.D.L.Hollmann, J. H. Van Lint, L. Tolhuizen, XOR-based Visual Cryptography Schemes, Designs, Codes and Cryptography, Vol. 37, pp. 169 - 186, 2005.)，其中重構(gòu)圖像和原始秘密圖像一樣大。與專 利文獻(xiàn)[2]不同，本發(fā)明專注于可視區(qū)域的刻畫，使得秘密圖像只有在可視區(qū)域中可以被 人清晰的看到，在不可視的區(qū)域中將無法看到秘密信息。通過調(diào)節(jié)可視區(qū)域的大小，可以降 低被他人偷窺或隱蔽攝像頭拍攝秘密信息的風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于兩個(gè)液晶層之間的電磁輻射 信號(hào)會(huì)互相干擾，這也大大降低了涉密信息電磁泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明技術(shù)解決問題；針對(duì)現(xiàn)有安全顯示技術(shù)中防止偷拍技術(shù)和防止電磁泄漏技 術(shù)降低屏幕亮度、輻射大、健康損害大和造價(jià)昂貴的問題，提供一種基于視覺密碼的隱私保 護(hù)顯示器實(shí)現(xiàn)方法，可以實(shí)現(xiàn)防止偷拍和防止電磁泄漏的雙重目的，而且其不會(huì)降低屏幕 的亮度，也不會(huì)大量地增加輻射，其成本也比建屏蔽室要低得多。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于視覺密碼的隱私保護(hù)顯示器實(shí)現(xiàn)方法，所述隱私 保護(hù)顯示器包括：第一加密模塊、第二加密模塊、同步時(shí)鐘模塊、安全配置模塊、可視區(qū)域配 置模塊、第一顯示接口卡、第二顯示接口卡、第一液晶層和第二液晶層；其中安全配置模塊 接受用戶的配置信息，并向第一顯示接口卡發(fā)出關(guān)閉或者打開的控制信號(hào)，同時(shí)向第二加 密模塊發(fā)出加密或者不加密的控制信號(hào)；可視區(qū)域配置模塊接受用戶的配置信息，并依據(jù) 此控制第一液晶層與第二液晶層之間的物理距離；同步時(shí)鐘模塊沒有輸入，其發(fā)出的時(shí)鐘 信號(hào)同步地輸出到第一加密模塊和第二加密模塊；第一加密模塊的輸出做為第一顯示接口 卡的輸入，第一顯不接口卡的輸出做為第一液晶層輸入；第二加密模塊的輸出做為第二顯 示接口卡的輸入，第二顯示接口卡的輸出做為第二液晶層輸入；第一液晶層安裝在屏幕靠 里的位置，第二液晶層與之完全平行，并安裝在屏幕靠外的位置；所述隱私保護(hù)顯示器有兩 種工作模式：普通瀏覽模式和隱私瀏覽模式，安全配置模塊用于控制選擇普通瀏覽模式或 者隱私瀏覽模式；其中普通瀏覽模式和一般顯示器的工作原理是相同的，而隱私瀏覽模式 則可以通過配置第一液晶層和第二液晶層之間的距離參數(shù)d來控制可視區(qū)域的大小，d越 大，則可視區(qū)域越??；在第一加密模塊和第二加密模塊里面分別各預(yù)置一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)生成 算法PRNG，同步時(shí)鐘模塊作為一個(gè)獨(dú)立模塊，向第一加密模塊和第二加密模塊發(fā)送時(shí)鐘信 號(hào)；其中隱私保護(hù)顯示器在隱私瀏覽模式下的工作步驟包括：
[0011] (1)同步時(shí)鐘模塊發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)CLK至第一加密模塊和第二加密模塊；
[0012] (2)在第一加密模塊上以時(shí)鐘信號(hào)CLK作為偽隨機(jī)數(shù)生成算法PRNG的輸入，將偽 隨機(jī)數(shù)生成算法PRNG的輸出記為Si，其中，第一顯示接口卡最終將Si顯示到第一液晶層 上，偽隨機(jī)數(shù)生成算法PRNG將一個(gè)固定長度的輸入拉長為一個(gè)指數(shù)長的近似隨機(jī)的輸出 序列；目前已有很多技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)PRNG :流密碼算法Rabbit，Salsa20/12，Grain vl和線性 移位寄存器等。
[0013] (3)第一加密模塊將圖像Si發(fā)送至第一顯示接口卡；
[0014] (4)在第二加密模塊上以時(shí)鐘信號(hào)CLK作為偽隨機(jī)數(shù)生成算法PRNG的輸入，將偽 隨機(jī)數(shù)生成算法PRNG的輸出記為R，然后在第二加密模塊上對(duì)于每個(gè)子像素計(jì)算S2[i]= 255m[i]/R[i]，255m[i]表示255乘以數(shù)值m[i]，而/表示除法，其中，第二顯示接口卡最終 將S2顯示到第二液晶層上，i表示圖像S 2，圖像m和隨機(jī)圖像R上像素的位置；S2[i]表示 圖像S2上第i個(gè)像素的像素值，其是一個(gè)8比特長的隨機(jī)數(shù)，介于0至255之間；m[i]表示 圖像m上第i個(gè)像素的像素值，其是一個(gè)8比特的數(shù)值，介于0至255之間；R[i]表示隨機(jī) 圖像R上第i個(gè)像素的像素值，其是一個(gè)8比特的數(shù)值，介于0至255之間；
[0015] (5)所述第二加密模塊將圖像S2發(fā)送至第二顯示接口卡；
[0016] (6)所述第一顯示接口卡依據(jù)圖像Si控制第一液晶層上的內(nèi)容；
[0017] (7)所述第二顯示接口卡依據(jù)圖像&控制第二液晶層上的內(nèi)容；
[0018] (8)用戶在可視區(qū)域即可觀察到需要顯示的圖像m，而在不可視區(qū)域則不能觀察 到任何有意義的信息。
[0019] 在普通瀏覽模式下的工作步驟包括：
[0020] (1)關(guān)閉第一顯示接口卡，從而使第一液晶層處于完全透光狀態(tài)；
[0021] (2)關(guān)閉同步時(shí)鐘模塊和第一加密模塊；
[0022] (3)第二加密模塊直接將圖像m發(fā)送至第二顯示接口卡；
[0023] (4)第二顯示接口卡依據(jù)發(fā)送來的圖像信息控制第二液晶層上的內(nèi)容；
[0024] (5)用戶與使用普通屏幕一樣觀察到圖像m。
[0025] 所述時(shí)鐘信號(hào)CLK為精度高于毫秒的時(shí)鐘信息。
[0026] 所述第一顯示接口卡和第二顯示接口卡的顯存帶寬達(dá)到2. 2GB/s及以上，從而兩 個(gè)顯示接口卡能夠及時(shí)地處理送來的數(shù)據(jù)。
[0027] 所述第一顯示接口卡和第二顯示接口卡中屏幕的刷新頻率配置為60Hz及以上， 從而用戶感覺不到屏幕上的刷新閃爍。
[0028] 依據(jù)第一顯示接口卡和第二顯示接口卡中實(shí)際屏幕的分辨率，所選取的偽隨機(jī)數(shù) 生成算法PRNG的輸出比特長度是不同的。
[0029] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0030] (1)不影響屏幕的亮度，而現(xiàn)有防偷窺膜技術(shù)，會(huì)導(dǎo)致屏幕變暗，從而影響觀看的 視覺效果。
[0031] (2)可視區(qū)域的大小可以通過配置距離參數(shù)d來進(jìn)行調(diào)節(jié)，而在現(xiàn)有防偷窺膜技 術(shù)中，可視區(qū)域的大小是固定的。
[0032] (3)通過兩個(gè)液晶層之間的電磁干擾，實(shí)現(xiàn)了防電磁泄露的功能，其成本比現(xiàn)有建 屏蔽室技術(shù)要低得多。
[0033] (4)由于只增加了一個(gè)液晶層，本發(fā)明中輻射量增加不大，比現(xiàn)有強(qiáng)電磁源干擾技 術(shù)要更加健康環(huán)保。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034] 圖1為安全顯示器的工作流程框圖。
[0035] 圖2為安全顯示器的可視區(qū)域原理示意圖。
[0036] 圖3為安全顯示器的一個(gè)簡(jiǎn)化實(shí)例。
[0037] 圖4為安全顯示器中單個(gè)像素的顯示原理示意圖。
[0038] 圖5為標(biāo)準(zhǔn)RGB屏中子像素的排列方式，例如：LG P880,蘋果iphone4/4s等。
[0039] 表1為在不同液晶屏間距d下，水平偏移角度α為多少時(shí)，子像素正對(duì)疊加面積 恰好為〇 ;堅(jiān)直偏移角度β為多少時(shí)，子像素正對(duì)疊加面積恰好為〇。

【具體實(shí)施方式】
[0040] 本發(fā)明在具體實(shí)施過程中，因?yàn)閳D1中PRNG的輸出是一副充滿屏幕的 圖像，故而要求該P(yáng)RNG的計(jì)算效率很高，通?？梢赃x取流密碼算法來實(shí)現(xiàn)，例如 ： Rabbit，Salsa20/12，Grain vl等。其次，需要參照可視區(qū)域配置表，即表1，來配置圖1中 兩個(gè)液晶層之間的距離參數(shù)d，從而控制圖2中可視區(qū)域的大小，即可視偏移角度（α，β ) 的大小。
[0041] 表 1
[0042]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于視覺密碼的隱私保護(hù)顯示器實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：所述隱私保護(hù)顯示器 包括：第一加密模塊、第二加密模塊、同步時(shí)鐘模塊、安全配置模塊、可視區(qū)域配置模塊、第 一顯示接口卡、第二顯示接口卡、第一液晶層和第二液晶層；其中安全配置模塊接受用戶的 配置信息，并向第一顯示接口卡發(fā)出關(guān)閉或者打開的控制信號(hào)，同時(shí)向第二加密模塊發(fā)出 加密或者不加密的控制信號(hào)；可視區(qū)域配置模塊接受用戶的配置信息，并依據(jù)此控制第一 液晶層與第二液晶層之間的物理距離；同步時(shí)鐘模塊沒有輸入，其發(fā)出的時(shí)鐘信號(hào)同步地 輸出到第一加密模塊和第二加密模塊；第一加密模塊的輸出作為第一顯示接口卡的輸入， 第一顯不接口卡的輸出作為第一液晶層輸入；第二加密模塊的輸出做為第二顯不接口卡的 輸入，第二顯示接口卡的輸出作為第二液晶層輸入；第一液晶層安裝在屏幕靠里的位置，第 二液晶層與之完全平行，并安裝在屏幕靠外的位置；所述隱私保護(hù)顯示器有兩種工作模式： 普通瀏覽模式和隱私瀏覽模式，安全配置模塊用于控制選擇普通瀏覽模式或者隱私瀏覽模 式；其中普通瀏覽模式和一般顯示器的工作原理是相同的，而隱私瀏覽模式則可以通過配 置第一液晶層和第二液晶層之間的距離參數(shù)d來控制可視區(qū)域的大小，d越大，則可視區(qū)域 越??；在第一加密模塊和第二加密模塊里面分別各預(yù)置一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)生成算法PRNG，同步 時(shí)鐘模塊作為一個(gè)獨(dú)立模塊，向第一加密模塊和第二加密模塊發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)；其中隱私保 護(hù)顯示器在隱私瀏覽模式下的工作步驟包括： (1) 同步時(shí)鐘模塊發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)CLK至第一加密模塊和第二加密模塊； (2) 在第一加密模塊上以時(shí)鐘信號(hào)CLK作為偽隨機(jī)數(shù)生成算法PRNG的輸入，將偽隨機(jī) 數(shù)生成算法PRNG的輸出記為Si，其中，第一顯示接口卡最終將Si顯示到第一液晶層上，偽 隨機(jī)數(shù)生成算法PRNG將一個(gè)固定長度的輸入拉長為一個(gè)指數(shù)長的近似隨機(jī)的輸出序列； (3) 第一加密模塊將圖像Si發(fā)送至第一顯示接口卡； (4) 在第二加密模塊上以時(shí)鐘信號(hào)CLK作為偽隨機(jī)數(shù)生成算法PRNG的輸入，將偽隨 機(jī)數(shù)生成算法PRNG的輸出記為R，然后在第二加密模塊上對(duì)于每個(gè)子像素計(jì)算S 2[i]= 255m[i]/R[i]，255m[i]表示255乘以數(shù)值m[i]，而/表示除法，其中，第二顯示接口卡最終 將S 2顯示到第二液晶層上，i表示圖像S2，圖像m和隨機(jī)圖像R上像素的位置；S2[i]表示 圖像S 2上第i個(gè)像素的像素值，其是一個(gè)8比特長的隨機(jī)數(shù)，介于0至255之間；m[i]表示 圖像m上第i個(gè)像素的像素值，其是一個(gè)8比特的數(shù)值，介于0至255之間；R[i]表示隨機(jī) 圖像R上第i個(gè)像素的像素值，其是一個(gè)8比特的數(shù)值，介于0至255之間； (5) 所述第二加密模塊將圖像S2發(fā)送至第二顯示接口卡； (6) 所述第一顯示接口卡依據(jù)圖像Si控制第一液晶層上的內(nèi)容； (7) 所述第二顯示接口卡依據(jù)圖像S2控制第二液晶層上的內(nèi)容； (8) 用戶在可視區(qū)域即可觀察到需要顯示的圖像m，而在不可視區(qū)域則不能觀察到任 何有意義的信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于視覺密碼的隱私保護(hù)顯示器實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：在普 通瀏覽模式下的工作步驟包括： (1) 關(guān)閉第一顯示接口卡，從而使第一液晶層處于完全透光狀態(tài)； (2) 關(guān)閉同步時(shí)鐘模塊和第一加密模塊； (3) 第二加密模塊直接將圖像m發(fā)送至第二顯示接口卡； (4) 第二顯示接口卡依據(jù)發(fā)送來的圖像信息控制第二液晶層上的內(nèi)容； (5)用戶與使用普通屏幕一樣觀察到圖像m。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的基于視覺密碼的隱私保護(hù)顯示器實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于： 所述時(shí)鐘信號(hào)CLK為精度高于毫秒的時(shí)鐘信息。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的基于視覺密碼的隱私保護(hù)顯示器實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于： 所述第一顯示接口卡和第二顯示接口卡的顯存帶寬達(dá)到2. 2GB/s及以上，從而兩個(gè)顯示接 口卡能夠及時(shí)地處理送來的數(shù)據(jù)。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的基于視覺密碼的隱私保護(hù)顯示器實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于： 所述第一顯示接口卡和第二顯示接口卡中屏幕的刷新頻率配置為60Hz及以上，從而用戶 感覺不到屏幕上的刷新閃爍。
6. 如權(quán)利要求1所述的基于視覺密碼的隱私保護(hù)顯示器實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于：依據(jù) 第一顯示接口卡和第二顯示接口卡中實(shí)際屏幕的分辨率，所選取的偽隨機(jī)數(shù)生成算法PRNG 的輸出比特長度是不同的。
【文檔編號(hào)】G09G3/36GK104269150SQ201410542752
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】劉峰, 郭騰 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院信息工程研究所