Design of Two-Dimensional Code for Urban Domestic Waste Classification
吴新华 WU Xin-hua
（江苏工程职业技术学院图文信息中心，南通 226007）
（Library and Information Center，Jiangsu College of Engineering and Technology，Nantong 226007，China）
摘要：本文通过分析当前垃圾分类二维码的研究现状，设计并实现了一种城市生活垃圾分类二维码的生成方法。提出了一种新型的垃圾分类二维码生成算法，生成彩色垃圾分类二维码，并从性能测试上保证所生成的垃圾分类二维码具有“唯一性”、“安全性”和“可识别性”，极大地方便了垃圾分类与处理。
Abstract: A new generation method of garbage classification codes is designed and implemented based on the analysis of the current research status of garbage classification codes. A new generation algorithm of garbage classification codes is proposed, which generates color garbage classification codes, and guarantees that the generated garbage classification codes have "uniqueness", "security" and "recognizability" from the performance test. The proposed design method greatly facilitates the classification and disposal of garbage.
关键词：垃圾分类；二维码；混沌密码；彩色
Key words: garbage classification；two-dimensional code；chaotic cryptography；color
中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）22-0247-03
1 垃圾分类二维码的研究现状
近年来，随着城市规模的不断扩张，导致城市生活垃圾数量急剧上升，城市生活垃圾问题正日益恶化为一场全球性危机。根据统计数据，我国668座城市（不含县城）中，有三分之二的城市被垃圾包围，有四分之一的城市周边却无垃圾的“葬身”之地。垃圾是城市发展的一部分，要破除“垃圾围城”这种现象，对城市垃圾进行分类是解决它的有效方法[1]。在此情况下，设计城市垃圾分类二维码，引导广大民众自觉进行城市生活垃圾分类，已经是迫在眉睫。
相较于国外，中国的垃圾分类起步较迟，自2000年初，建设部选择了八个经济发展较好的城市，如北上广等作为垃圾分类试点城市[2]。此后每个城市都在寻找符合城市特色的垃圾处理方法，但收效“捉襟见肘”，究其原因主要在于：首先，垃圾分类过于繁琐、过于专业，普通居民难以分辨、难以操作[3]；第二，垃圾分类信息缺乏个人隐私信息的保护，普通民众难免会担心个人信息的泄露[4]；第三，缺乏相关法律政策来约束并规范居民的垃圾分类行为，也缺乏相关奖励措施来引导并激励居民的垃圾分类行为[5]。曾有人提出在垃圾袋上标记用户相关信息，虽便于管理，但透露了用户的隐私，存在诸多安全隐患。2014年蔡彤旻等人将二维码应用于垃圾分类中，实现用户信息的存储、垃圾袋的识别以及垃圾袋的溯源[6]；2018年陆云丽等人也提出了一种垃圾分类二维码生成方式[7]，用户能申请得到独特的二维码标签，以保证垃圾分类码的“唯一性”。随着混沌密码技术的发展与兴起，将其应用于垃圾分类二维码，定能保证垃圾分类二维码的“安全性”。
在此情况下，基于信息编码技术和混沌密码技术，笔者所在课题组设计并实现了一种城市生活垃圾分类二维码的生成方法，提出了一种新型的垃圾分类二维码生成算法，生成四种颜色的垃圾分类二维码，并从性能测试上保证所提算法生成垃圾分类二维码的“唯一性”、“安全性”和“可识别性”。
2 垃圾分类二维码的设计
我国的城市生活垃圾主要可以分为可回收垃圾、厨余垃圾、其他收垃圾和有害垃圾这四种，分别对应的颜色为绿色、蓝色、橙色和红色。生成的彩色垃圾分类二维码便于引导垃圾分类，通过颜色让人一眼辨别垃圾的分类，不会出现投放错误的情况，可以极大地方便垃圾分类更好的实施。
2.1 垃圾分类码编码规则
根据分类垃圾袋的身份信息制定了编码规则，垃圾袋身份信息共分为三层：
第一层代表地区（省-市-区），由英文字母表示，如：JSS-NTS-CCQ，表示江苏省南通市崇川区；
第二层代表制码日期（年-月-日），由罗马数字表示，如：2019-06-16，表示2019年6月16日；
第三层代表垃圾分类用户的具体信息（具体住址-姓名-电话），由英文字母和罗马数字表示，如：ZNSJC-12-1201-Liming-13912345678，表示住址为中南世纪城12幢1201室，联系人为Liming，联系电话为13912345678。
其中，第一层和第二层代表的为显性信息（垃圾袋身份显示码），而第三层代表的信息涉及用户的隐私（垃圾袋身份隐藏码），必须进行加密保护，即采用混沌密码技术对用户的隐私信息进行加密，生成垃圾袋身份隐藏加密码。
2.2 垃圾分类码生成算法
将垃圾袋身份码中的隐私信息进行ASCII码转换，得到数值序列后，再利用Logistic混沌系统所产生的混沌信号，进行双向扩散加密，得到垃圾袋身份隐藏加密码，然后将垃圾袋身份显示码和隐藏加密码进行组合，得到垃圾分类码，如图1所示。
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相关垃圾分类码生成算法描述如下：
①垃圾袋身份码分解而成的垃圾分类显示码、垃圾分类隐藏码，各自对应的ASCII码数值型序列表示为B1和B2，再将数值型序列B2进行运算得到数值型序列P1，即P1=B2-32；
②利用垃圾分类显示码（数值型序列B1），以及外部密钥α、β，按照如下所示公式分别计算得到Logistic混沌系统的初值x1、参数μ、初始迭代步数m1、m2和抽取间隔n1、n2：
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其中，L1为垃圾分类显示码的长度、L2为垃圾分类隐藏码的长度；双方约定的外部密钥α∈（0，1），β∈（3.75,4），从而保证x1∈（0，1），μ∈[3.75，4）；
③由初值x1和参数μ（外部密钥），对Logistic混沌映射（■）进行迭代，得到混沌序列■，从第m1个元素开始每隔ｎ1个元素取1个，从而形成混沌序列■，同时从第m2个元素开始每隔ｎ2个元素取1个，从而形成混沌序列■；
④将数值型序列P1中各元素依次进行如下公式所示的双向扩散加密，
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其中，外部密钥Z0和Ｃ10为正向扩散加密密钥，外部密钥V0和C20为逆向扩散加密密钥，其中■
■、■，从而得到双向扩散加密后的数值型序列C2，再将数值序列C2转化成字符序列，即为垃圾分类隐藏加密码。
⑤将垃圾分类显示码与垃圾分类隐藏加密码进行组合，得到垃圾分类码，进而根据垃圾分类的颜色信息得到彩色垃圾分类二维码。
2.3 垃圾分类码算法测试
令垃圾袋身份码为“JSS-NTS-CCQ ZNSJC-12-1201 Liming-13912345678 2019-06-16”，外部密钥x1=0.12345、μ=3.75、Z0=11、C10=22、V0=33和C20=44，生成的垃圾分类隐藏加密码为“?p(rQf~K.#yGs#7#TX<@s)Uu gYW|K\>”。当外部密钥发生微变时，该垃圾袋身份码生成的垃圾分类隐藏加密码，以及垃圾分类码如表1所示。
3 垃圾分类二维码的实现
利用Matlab的GUI图形用户界面设计，界面如图2所示，当垃圾分类二维码信息分别设置如下：省市区为“JSS-NTS-CCQ”，日期为“2019-06-16”，具体住址为“ZNSJC-12-1201”，联系人为“Liming”，联系电话为“13912345678”，初值密钥为x1=0.12345，参数密钥为μ=3.75，正向扩散密钥为Z0=11、C10=22，逆向扩散密钥为V0=33和C20=44，点击“混沌加密”按钮，即可生成垃圾分类隐藏加密码为“?p(rQf~K.#yGs#7#TX<@s)Uu gYW|K\>”，以及垃圾分类码为“JSS-NTS-CCQ ?p(rQf~K.#yGs#7#TX<@s)Uu gYW|K\> 2019-06-16”；假设该垃圾为厨余垃圾，下拉按钮选择“蓝色（厨余垃圾）”，再点击“生成二维码”按钮，即可显示出垃圾分类蓝色二维码。
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4 结语
本文基于信息编码技术和混沌密码技术，设计并实现了一种城市生活垃圾分类二维码的生成方法，提出了一种新型的垃圾分类二维码生成算法，生成彩色垃圾分类二维码，并保证所提算法生成垃圾分类二维码的“唯一性”和“安全性”，极大地方便了垃圾分类与处理，在生活中有着较为重要的应用价值。
参考文献：
[1]焦玉稳，孙绍荣.中国垃圾围城问题与发展策略探析[J].生态经济，2015，31（10）：103-106.
[2]吕维霞，杜娟.日本垃圾分类管理经验及其对中国的启示[J].华中师范大学学报（人文社会科学版），2016，1（55）：39-53.
[3]徐文立.杭州市区高校生活垃圾分类与网络回收服务平台设计[J].科技通报，2014，30（7）：170-176.
[4]杨帆，邵超峰，鞠美庭.城市垃圾分类的国外经验[J].生态经济，2016，32（11）：2-5.
[5]周安.我国城市生活垃圾分类回收政府补贴政策激励模式研究[D].哈尔滨工程大学硕士学位论文，2018.
[6]蔡彤旻，夏世勇，等.二维码应用于垃圾分类中的方法[P].中国专利：CN103824237A，2014-5-28.
[7]陆云丽.一种垃圾分类智慧处理方法及系统[P].中国专利:CN107913892A，2018-4-17. |
