DE102010031960A1 - Method for transmitting secret image information to receiver, involves magnifying viewing angle corresponding to respective portions of image with respect to eye of viewer is magnified by refraction effect of transparent medium - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur sicheren Verschlüsselung für bildlich darstellbare Informationen, insbesondere für geschriebene Texte.The present invention relates to a method for secure encryption for image-representable information, in particular for written texts.
Das neue Verfahren ist inspiriert von der sogenannten Visuellen Kryptographie, die 1994 von den Wissenschaftlern Naor und Shamir auf einer Kryptographie-Konferenz vorgestellt wurde. Visuellen Kryptographie ist ein Verfahren zur Verschlüsselung von bildlich darstellbaren Informationen.The new method is inspired by the so-called visual cryptography, which was presented in 1994 by the scientists Naor and Shamir at a cryptography conference. Visual Cryptography is a method of encrypting visual information.
Das Grundprinzip der Visuellen Kryptographie ist es, dem Empfänger einer Nachricht mit einer Folie auszustatten, die so mit durchsichtigen und nicht-durchsichtigen Stellen beschriftet ist, dass Teile eines Bildes, auf das die Folie gelegt wird, zum Auge des Empfängers durchgelassen werden und andere Teile verdeckt werden. Unter Kenntnis der Folie kann also der Sender dem Empfänger ein Bild so erstellen, dass dem Empfänger nach Auflegen der Folie als bildliche Gesamt-Information diejenige erscheint, die der Sender zu schicken beabsichtigt hat. Durch geschicktes (pseudo-)zufälliges Auffüllen der restlichen Teile des Bildes kann es erreicht werden, dass auf dem vom Sender erstellten Bild keine Hinweise auf die Information zu finden sind, die der Empfänger nach Auflegen der Folie sieht.The basic principle of visual cryptography is to provide the recipient of a message with a foil that is labeled with transparent and non-translucent areas so that parts of an image on which the foil is placed are transmitted to the recipient's eye and other parts to be covered. Under the knowledge of the film, the sender can thus create an image for the recipient such that after the film has been placed on the film, the image appears as the overall image information that the sender intended to send. Skillful (pseudorandom) random filling of the remaining parts of the image ensures that no information can be found on the image created by the sender that the recipient sees after placing the film.
Seit der Einführung der Visuellen Kryptographie sind einige Dutzend wissenschaftliche Papiere darüber geschrieben worden. Die Patentschrift
Die Visuelle Kryptographie ist eine Variante der im 16. Jahrhundert von G. Cardano erfundenen Cardano-Kryptographie, auch Richelieu- oder Cardangitter-Kryptographie genannt. Die Patentschriften
Die Visuelle Kryptographie hat den Nachteil, dass der Kontrast des vom Empfänger gelesenen Bildes um mindestens die Hälfte nachlässt. Dieser Nachteil der Visuellen Kryptographie ist prinzipiell, d. h. er lässt sich nicht beheben. Ein weiterer Nachteil ist, dass es schwer ist, die Verschlüsselung so vorzunehmen, dass eine Folie für mehrere Verschlüsselungen verwendet werden kann, ohne dass ein Lauscher aus den vom Sender erstellten Bildern soviel Information gewinnen kann, dass er die Beschriftung der Folie erschließen kann und somit bei weiteren Verwendungen der gleichen Folie abhören kann. Ein weiterer Nachteil ist der, dass die Adjustierung der Folie auf dem vom Sender erstellten Bild sehr mühsam sein kann. Insbesondere bei der Version, bei der das vom Sender erstellte Bild auf einem Bildschirm angezeigt wird, ist die genaue Adjustierbarkeit der Folie auf dieses Bild so problematisch, dass die Variante Folie-auf-Bildschirm in der Praxis bislang nicht angewandt werden kann – und dabei wäre das die erfolgversprechendste Anwendung der Visuellen Kryptographie, siehe die oben genannten Patentschriften.Visual cryptography has the disadvantage that the contrast of the image read by the recipient decreases by at least half. This disadvantage of visual cryptography is in principle, d. H. he can not fix it. Another disadvantage is that it is difficult to encrypt so that a slide can be used for multiple encryptions without an eavesdropper being able to gather enough information from the images created by the transmitter to be able to tap into the label of the slide and thus listen in on further uses of the same slide. Another disadvantage is that the adjustment of the film on the image created by the transmitter can be very tedious. In particular, in the version in which the image created by the sender is displayed on a screen, the exact adjustability of the film on this image is so problematic that the variant slide-on-screen in practice can not be applied - and would be the most promising application of visual cryptography, see the above mentioned patents.
Die vorliegende Erfindung ist von der Visuellen Kryptographie inspiriert, ist aber neu und will die oben genannten Nachteile ausgleichen, zumindest jeweils einzelne Nachteile.The present invention is inspired by visual cryptography, but is novel and seeks to overcome the above-mentioned disadvantages, at least in each case individual disadvantages.
Im Folgende wird von Folien gesprochen, auch wenn im Allgemeinen ein durchsichtiges Medium gemeint ist, wie zum Beispiel eine Glas- oder Plexiglasscheibe.The following refers to foils, although generally meant a clear medium, such as a glass or plexiglass sheet.
Bei der Lichtbrechungs-Kryptographie wird – wie bei der Visuellen Kryptographie – ein von Sender erstelltes Bild vom Empfänger durch eine durchsichtige Folie betrachtet. Das Grundprinzip besteht darin, dass die Lichtstrahlen, die an das Auge des Betrachters gelangen, durch Lichtbrechung an der Folienoberfläche abgelenkt werden. D. h., für eine Stelle des Bildes, das dem Betrachter erscheint, bestimmt der Winkel der Folienoberfläche den Ursprung des Lichtstrahls, der an sein Auge gelangt. Insgesamt ergibt also die Betrachtung des Bildes durch die Folie hindurch eine neue bildliche Information für den Betrachter. Der Betrachter „sieht” dabei diese Information auf der Folie. So wird beispielsweise in der
Bei der Visuellen Kryptographie gibt es für ein Pixel auf der vorderen Folie nur die Möglichkeiten, durchsichtig oder nicht durchsichtig zu sein. Bei der Lichtbrechungs-Kryptographie kann die Oberfläche des Mediums (Folie) für ein Pixel, wie in
Der Kontrast wird bei der Lichtbrechungs-Kryptographie nicht eingeschränkt, denn die Original-Farben des Bildes werden ohne Kontrastverlust durch die Folie hindurch an das Auge des Betrachters weitergegeben. Aus dem gleichen Grund ist die Übermittlung von farbigen bildlichen Darstellungen direkt und einfach möglich.The contrast is not limited in the refraction-cryptography, because the original colors of the image are transmitted without loss of contrast through the film to the eye of the beholder. For the same reason, the transmission of colored pictorial representations is directly and easily possible.
Wird für ein Pixel anstelle eines Prismas ein entsprechendes Fragment einer Linse verwendet, so wird der Blick sogar auf einen einzigen Punkt im Bereich des Bildes fokussiert. Dies hat den Vorteil, dass die Positionierung der Folie auf dem Bildschirm zusammen mit der Paralaxe, die durch die Änderung der Position des Betrachters entstehen kann, nur innerhalb der Größe eines Bereiches im Bild bleiben muss.If a corresponding fragment of a lens is used for a pixel instead of a prism, the view is even focused on a single point in the area of the image. This has the advantage that the positioning of the film on the screen together with the parallax, which may arise from the change in the position of the viewer, only within the size of an area in the image must remain.
Abbildungenpictures
Ausführungsbeispiel 1
Auf einer durchsichtigen, etwas dickeren Kunstofffolie in Scheckkartengröße werden durch Stempel Teile der Oberfläche abgeschrägt. Beispielsweise gibt es nur einen Stempel mit einer quadratischen Stempelfläche, der eine Schräge in einem gewissen Winkel erzeugt, und zwar entlang der Quadrat-Diagonalen, siehe
Eine solche, entsprechende (pseudo-)zufällig erzeugte Folie wird dem Benutzer eines Realwelt-Zugangs zugesandt, um ihm zukünftig in regelmäßigen Abständen neue Passwörter für den Zugang online, aber geheim, mitteilen zu können.Such a corresponding (pseudo-) randomly generated slide is sent to the user of a real-world access, in order to be able to communicate new passwords for access online at regular intervals in the future, but secretly.
Für die Übermittlung eines neuen Passworts wird dem Benutzer am Computer-Bildschirm ein Bild gezeigt, das aus ebenso vielen Quadraten besteht wie seine Folie. Jedes Quadrat wird in 4 Unterquadrate eingeteilt, die jeweils ein Zeichen anzeigen. Jedes der 4 Unterquadrate entspricht einer der Möglichkeiten der Stempelung. Jetzt hält der Benutzer die Folie in einem gewissen Abstand von Auge zu Folie und Folie zu Bildschirm auf das Bild, wobei er die Größe des Bildes am Bildschirm durch intuitives Ziehen mit der Computermaus noch entsprechend adjustieren kann. Der Winkel der Schräge des Stempels war so gewählt, dass der Benutzer durch die Lichtbrechung an der Schräge bei jedem der Quadrate genau ein Zeichen sieht, nämlich dasjenige, wohin die Lichtbrechung an der Schräge seinen Blick hinführt – die anderen 3 Zeichen sieht der Benutzer nicht.For the transmission of a new password, the user is shown on the computer screen a picture that consists of as many squares as his slide. Each square is divided into 4 sub-squares, each displaying one character. Each of the 4 sub-squares corresponds to one of the possibilities of stamping. Now the user keeps the film at a certain distance from eye to slide and slide to screen on the image, whereby he can still adjust the size of the image on the screen by intuitively pulling with the computer mouse. The angle of the slope of the punch was chosen so that the user sees exactly one sign at each of the squares by the refraction of light, namely, where the refraction of light at the slope guides his gaze - the other 3 characters the user does not see.
Der Server kann also folgendermaßen ein neues Passwort übermitteln. Der Server kennt von jedem der Quadrate den Drehwinkel des Stempels, und weiss somit, auf welche der 4 möglichen Unterquadrate eines Quadrats der Blick des Benutzers gelenkt werden wird. Also beschriftet er diese Unterquadrate nacheinander mit den Buchstaben des Passworts. Die restlichen Unterquadrate füllt er zufällig aus.The server can thus transmit a new password as follows. The server knows from each of the squares the rotation angle of the stamp, and thus knows which of the 4 possible sub squares of a square the user's gaze will be directed to. So he labels these sub squares successively with the letters of the password. The remaining sub squares he fills out at random.
Das Verfahren eignet sich für die sichere, d. h. unabhörbare Online-Übertragung von Passwörtern.The method is suitable for safe, d. H. inaudible online transmission of passwords.
Ausführungsbeispiel 2
Es sollen Texte mit Schriftzeichen verschlüsselt werden. Die Bilder werden auf einem Bildschirm dargestellt und vom Empfänger mit einer Lichtbrechungs-Folie betrachtet.It should be encrypted texts with characters. The images are displayed on a screen and viewed by the receiver with a refraction film.
Dazu wird eine Folie mit vielen kleinen aufgebrachten Linsen erstellt. Ideal wäre eine gezielte Platzierung von Linsenfragmenten, die den Blick auf den jeweiligen Bereich der Folie auf einen bestimmten Punkt auf dem Bildschirm konzentrieren. Dies lässt sich aber möglicherweise technisch nur schwer realisieren.For this purpose, a film is created with many small applied lenses. Ideally, a targeted placement of lens fragments that focus on the respective area of the film on a specific point on the screen would be ideal. However, this may be difficult to achieve technically.
Leichter ist das Aufbringen von zunächst flüssigen und dann erhärtenden Tropfen, die der Form einer Linse ähnlich sind. Dies könnte entweder gezielt mit einem Tintenstrahldrucker oder ähnlichem erfolgen oder durch Versprühen der Tropfen, wobei also die Positionierung der Tropfen durch physikalischen Zufall bestimmt wird. Easier is the application of initially liquid and then hardening drops, which are similar to the shape of a lens. This could either be done selectively with an inkjet printer or the like or by spraying the drops, so that the positioning of the drops is determined by physical coincidence.
In letzterem Fall kann die Position der Tropfen mit einem Scanner oder besser durch den kombinierten Einsatz eines Bildschirms, auf den die Folie gelegt wird und einer an den Computer angeschlossenen Kamera, die die spätere Position des Auges einnimmt, bestimmt werden. Dabei werden einzelne Pixel zeitweise angeschaltet und mittels der Kamera festgestellt, ob sich diese im Fokus eines Tropfens befinden oder von der restlichen Fläche des Tropfens verdeckt werden. So stehen z. B. d und j auf dem Bildschirm
Soll nun ein geheimes Schwarz-Weiß-Bild (z. B. die Darstellung eines Y in
Bei Betrachtung des so erstellten Bildes sieht der Empfänger die Textnachricht des Senders. Ein Angreifer kann ohne die Folie aus dem Bild am Bildschirm nichts erkennen.Looking at the picture thus created, the receiver sees the sender's text message. An attacker can not see anything without the slide from the picture on the screen.
Bei entsprechender Gestaltung der Folie und den passenden Bildern kann das Verfahren mit der gleichen Folie mehrmals, wenn nicht sogar beliebig oft, wiederholt werden, ohne dass ein Angreifer den Text abhören kann. Dies ist möglich, weil die Fläche, die zur Verschleierung zur Verfügung steht, groß ist im Vergleich zur der Fläche, deren Pixel zum Auge des Betrachters gelangen.With appropriate design of the slide and the matching images, the process with the same slide can be repeated several times, if not as often as desired, without an attacker being able to hear the text. This is possible because the area available for concealment is large compared to the area whose pixels reach the viewer's eye.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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