CN102521679A - 农产品电子追溯监管码生成方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种农产品电子追溯监管码生成方法，包括步骤：S1、对农产品进行可追溯监管编码，得到可追溯监管中间码；S2、对所述可追溯监管中间码进行压缩，得到压缩码；S3、对所述压缩码进行加密，生成一次一密的唯一性农产品电子追溯监管码。本发明利用加密算法，对压缩后的农产品可追溯监管中间码进行加密，产生“一品一码”的电子追溯监管码，实现对农产品唯一性标识及其安全快速监管追溯。

Description

农产品电子追溯监管码生成方法和装置

技术领域

本发明涉及一种农产品电子追溯监管码生成方法和装置，属于农产品监管与追溯领域。

背景技术

中国是重要的农产品生产和出口国家，农产品质量安全是近年来政府和消费者一直关注的热点问题，农产品的安全追溯也日益得到重视。建立农产品质量追溯系统，促进中国农产品安全体系搭建是保障消费者食用农产品安全和提升农产品竞争力的重要手段。统一编码是实现农产品追溯系统的基础，而追溯码的安全性则是农产品追溯系统全面实施的重要保障。

目前相关的技术只局限在对农产品追溯码的编码研究。比如采用产品编码与过程编码相结合编码方法，以及基于地理坐标的作为农产品追溯码方案，存在着长度较长、加密较弱甚至就没有任何加密，很容易私自被篡改、伪造以及无法做到追溯码唯一性问题，以及目前国内各省市自治区开发自己的农产品质量追溯系统时，对农产品的编码方法各有一套方法，不统一，而且都是通过一台电脑连接一台打印机的方式来打印标识，对一般的农村的小企业来说，在成本和网络环境方面都是一个很大的考验，而且这种方式可移动性差。

因此，为了简单快速、低成本的生成农产品电子追溯监管码，实现统一的农产品追溯监管，需要一种农产品电子追溯监管码的生成方法和装置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提出一种农产品电子追溯监管码生成方法和装置，利用加密算法通过多轮的矩阵数字位置换、行循环移位、列混合和轮密钥取模运算，实现农产品追溯监管码的唯一性和安全性，产生“一品一码”的电子追溯监管码，实现对农产品唯一性标识及其安全快速监管追溯。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种农产品电子追溯监管码生成方法，包括步骤：

S1、对农产品进行可追溯监管编码，得到可追溯监管中间码；

S2、对所述可追溯监管中间码进行压缩，得到压缩码；

S3、对所述压缩码进行加密，生成唯一性农产品电子追溯监管码。

优选地，所述步骤S1中的可追溯监管编码以批次作为追溯单元，同一批次是指同一责任主体在同一时间内生产的同一品种的产品。

优选地，所述可追溯监管码包括行政区域码、企业代码、产品分类码、源实体参考码、生产日期码和校验码。

优选地，所述步骤S2中压缩的方法是：采用分组的方法对可追溯监管中间码的每一码段进行重新编码压缩，所述编码压缩是采用穷举法对每一码段按照最大取值范围进行重新编码。

优选地，所述步骤S3中加密的方法包括步骤：

S31、获取初始密钥；

S32、产生动态密钥；

S33、以所述动态密钥作为种子密钥进行轮密钥扩展产生轮变换密钥表；

S34、将步骤S2中的压缩码转换为状态矩阵；

S35、根据所述状态矩阵和轮变换密钥表，进行轮变换；

S36、将由所述轮变换得到的状态位矩阵转换为数字串，即为农产品电子追溯监管码。

优选地，所述步骤S35中的轮变换总共有Nr+1轮，Nr为大于等于2的整数，其中第一轮和最后一轮与中间的Nr-1轮稍有区别；中间的Nr-1轮是完整的轮变换，包括四个步骤：S351、对所述状态矩阵进行状态位替换；S352、矩阵行移位；S353、矩阵列混合；S354、根据所述轮变换密钥表，进行矩阵状态位与轮密钥取模运算；第一轮变换只进行S354步骤，而最后一轮变换少了步骤S353。

本发明还提供一种农产品电子追溯监管码生成装置，包括：外壳，外壳上安装有键盘和显示屏；微控制器，所述键盘和显示屏均与微控制器连接，微控制器能够对农产品进行可追溯监管编码、压缩并加密，生成唯一性农产品电子追溯监管码；外壳的一侧设置一用以识读RFID卡的卡槽，靠近卡槽装置外壳内部安装有天线，天线通过RFID射频电路与微控制器连接；外壳相对的另一侧设置一用于打印机拆卸、换纸的翻盖，靠近翻盖内部装有打印头，打印头通过嵌入式打印驱动电路与微控制器连接；所述外壳内还安装有通信模块，通信模块通过USB控制电路与微控制器进行连接。

优选地，所述外壳的底部设置一用以安放本装置工作电池的电池槽，以及在底部的四个角上设有四个用于调节平衡度的脚柱。

优选地，所述微控制器加密的方法为：获取初始密钥；产生动态密钥；以所述动态密钥作为种子密钥进行轮密钥扩展产生轮变换密钥表；将压缩码转换为状态矩阵；根据所述状态矩阵和轮变换密钥表，进行轮变换；将由所述轮变换得到的状态位矩阵转换为数字串，即为农产品电子追溯监管码。

优选地，所述轮变换总共有Nr+1轮，Nr为大于等于2的整数，其中第一轮和最后一轮与中间的Nr-1轮稍有区别；中间的Nr-1轮是完整的轮变换，包括四个步骤：对所述状态矩阵进行状态位替换；矩阵行移位；矩阵列混合；以及根据所述轮变换密钥表，进行矩阵状态位与轮密钥取模运算；第一轮变换只进行第四个步骤，而最后一轮变换少了第三个步骤。

(三)有益效果

本发明采用十进制等长加密算法，通过多轮的矩阵数字位置换、行循环移位、列混合和轮密钥取模运算，实现农产品追溯监管码的唯一性和安全性。其中轮密钥由动态密钥扩展算法得来，动态密钥产生算法由标识生成次数Time控制，Time在二进制数值上1bit的差别，其生成的动态密钥完全不同。

本发明实现农产品电子追溯监管码生成的小型装置，便携轻巧、双模式供电和3G网络通信，进行简单初始化设置后即可快速打印出具有农产品电子追溯监管码的标签，低成本高效地实现企业产品的唯一性标识。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明方法一实施例中农产品电子追溯监管编码分组压缩示意图；

图3是本发明方法农产品电子追溯监管码加密步骤流程图；

图4是本发明方法一实施例农产品电子追溯监管码生成数据流图；

图5是本发明装置一实施例的外部结构图；

图6是本发明装置一实施例的结构框图；

图7是本发明装置的具体工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不是限制本发明的范围。

如图1所述，本发明所述的农产品电子追溯监管码的生成方法，具体农产品电子追溯监管码生成方法如下：

(1)农产品可追溯监管编码

本编码中以批次作为追溯单元，同一批次是指同一责任主体在同一时间内生产的同一品种的产品，编码由行政区域码、企业代码、产品分类码、源实体参考码、生产日期码和校验码等27位数组成，如表1。

表1农产品可追溯监管编码27位结构

厂商识别代码：10位数字，由6位行政区划代码和4位企业顺序号组成。行政区划代码可具体到县级，具体可参考GB/T2260-1999的编码；企业顺序号由1位企业类型识别代码和3位企业顺序流水号组成，企业类型识别码主要包括企业、合作社、协会、其它，分别编码为1、2、3、0。3位顺序流水号按备案时间由当地行政主管部门生成。

产品批号代码：16位数字，由6位产品分类代码、4位源实体参考代码和6位生产日期代码组成。产品分类代码按照层次码的设计，其中类别2位(P₁P₂)含义见表2；品种2位(P₃P₄)，从01～49，包括每个大类下的50种类，采用流水自动增加的方式编号；名称2位(P₅P₆)，从01～99共99个名称分类。4位源实体参考代码标识企业内部地块编号，并由企业主体自行按流水号分配；6位日期代码采用农产品的生产日期，格式为YYMMDD。校验码的计算方法按奇偶校验算法执行。

表2农产品类别编码

(2)农产品可追溯监管编码压缩

编码除遵循商品条目编码的基本原则之外，还要考虑追溯监管信息的全面性，也要尽量缩短追溯码的长度，这样既是为了条码打印的方便，也是为了在使用短信方式追溯查询时尽量占用较少的字符空间，方便用户输入。根据上述编码规则，采用分组的方法对每一码段进行重新编码压缩。编码压缩的基本思想是采用穷举法对每一码段按照最大取值范围进行重新编码设计。其中，校验码由厂商识别代码、产品批号代码计算得到，在压缩时可忽略；县级行政区划数量有3000个左右，因此，采用4个十进制位表示，企业顺序号保持不变，农产品分类代码采用3个十进制位表示1000个主流品种完全可满足农产品应用需求。源实体代码保持不变，生产日期代码按照100年计算，采用5个十进制位即可表示。具体编码转换如图2所示。

(3)农产品电子追溯监管码生成

经过上面两个步骤后，对同一责任主体在同一时间内生产的同一品种，即同一批次，进行了编码，得到了一个20位长的数字串，记为S₁S₂S₃S₄S₅S₆S₇S₈S₉S₁₀S₁₁S₁₂S₁₃S₁₄S₁₅S₁₆S₁₇S₁₈S₁₉S₂₀。为了实现电子监管码的唯一性以及增强其安全性，按如下加密步骤生成“一品一码”农产品电子追溯监管码。加密步骤流程见图3，其中Nr表示轮变换的次数。

加密算法步骤：

Step1：获取初始密钥：

本发明中的装置有一个唯一的32位十进制数设备号DevicelD。在管理中心给企业配备装置时，由管理中心根据装置设备号DevicelD、企业用户RFID卡号和两个随机数，用初始密钥分发算法对每个不同的装置分发一个不同的初始密钥Key，并将该初始密钥通过RFID管理卡传递到装置中。该步骤是指微控制器10读取由RFID管理卡传递到装置中的初始密钥。

Step2：动态密钥产生：

根据装置初始密钥Key、装置设备号DeviceID、标识生成次数Time三个参数，动态产生每次加密的32位十进制数动态密钥Dkey。动态密钥的引入使得加密强度更高，每次标识生成用不同的动态密钥进行加密。动态密钥随机算法由Time控制，Time在二进制数值上1bit的差别，其生成的动态密钥完全不同。

Step3：轮密钥扩展：

以上述的动态密钥作为种子密钥，根据轮密钥扩展算法产生轮变换密钥表，记为轮密钥扩展矩阵W[5*(Nr+1)，4]，它用于下面Step5的每轮轮变换的密钥。

Step4：将压缩后的20位数字串转换为状态矩阵，记为State矩阵：

Step5：轮变换：

轮变换，总共有Nr+1轮，其中第一轮和最后一轮与中间的Nr-1轮稍有区别。中间的Nr-1轮是完整的轮变换，包括四个步骤：i)矩阵状态位替换；ii)矩阵行移位；iii)矩阵列混合；iv)矩阵状态位与轮密钥取模运算，第一轮变换只进行iv)步骤，而最后一轮变换少了步骤iii)。

i)矩阵状态位替换：利用替换表，见表3。每一轮的替换都能保证达到有一半的十进制位发生变化，将矩阵中的状态位按查表的方式，替换为表中的数字。

表3状态位替换表

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

6

8

4

9

7

2

1

0

5

3

ii)矩阵行移位：第一行不变，第二行循环左移1位，第三行循环左移2位，第四行循环左移3位。

iii)矩阵列混合：是用一个可逆正整数矩阵左乘状态位矩阵，然后对10进行取模运算，将得到的结果放回原来的矩阵中。用矩阵相乘表示如下：

$\left[\begin{array}{c}{s}_{1c}^{\text{'}}\\ s_{2c}^{\text{'}}\\ s_{3c}^{\text{'}}\\ s_{4c}^{\text{'}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}5& 3& 2& 1\\ 1& 5& 3& 2\\ 2& 1& 5& 3\\ 3& 2& 1& 5\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{s}_{1c}\\ s_{2c}\\ s_{3c}\\ s_{4c}\end{array}\right]\left(\mathrm{mod}10\right)$

iv)矩阵状态位与轮密钥取模运算：目的是让明文矩阵状态位与密钥进行混合加密，为了增强安全性以及保证算法的可逆性，利用了一种轮密钥运算控制。

Step6：将得到的状态位矩阵转换为数字串，即为“一品一码”农产品电子追溯监管码。

本发明提供了用于实现上述方法的装置：如图5、6所示，包括外壳1，外壳1上安装有键盘3和LCD液晶显示屏2；外壳1的底部设置一用以安放本装置工作电池的电池槽6，以及在底部的四个角上设计有四个用于调节平衡度的脚柱8；外壳1的一侧设置一用以识读RFID卡的卡槽5；相对的另一侧设置一用于打印机拆卸、换纸的翻盖4；外壳1内安装有系统主控制板7和3G通信模块9。

具体地，上述装置中：微控制器10采用基于ARM Cortex-M3内核的LPC1768处理器，它为整个装置的中央处理器，完成农产品电子追溯监管码生成算法的实现和系统逻辑的控制等主要任务。

3G模块9采用的是华为公司的EM660型号CDMA2000模块，它是一款低功耗、体积小、重量轻和高性能的3G通讯模块，用它来完成装置电子监管追溯码信息上传到管理中心服务器。

RFID射频电路12，采用NXP公司13.56MHz高集成度的MFRC522非接触式读写芯片来设计，它是一款低电压、低功耗、低成本和体积小的射频芯片，支持ISO/IEC 14443A和MIFARE协议，用它来获取企业RFID卡中的信息。

嵌入式打印驱动电路13，采用BT-UC056II嵌入式打印模块，微控制器将生成的追溯监管码数字信息，结合其他业务信息发送给打印模块，打印出“一品一码”标识。

具体工作流程如图7所示：在装置由管理中心派发时，需要管理中心对该装置进行初始化，主要是将初始密钥、企业RFID卡卡号、企业行政区划码和企业顺序号等参数传递到装置中。具体方法是：管理中心工作人员将RFID管理卡(其中携带有初始密钥、企业RFID卡卡号、企业行政区划码和企业顺序号信息)插入卡槽5中，微控制器10识别到RFID卡后，将其中的信息读取并永久地存入微控制器的存储器中。初始化后，在用户使用之前，企业用户首先通过键盘3和显示屏2，进行当前时间、标识打印张数等参数的设置，然后按下键盘上的“打印”键，微控制器将会读取存储器中的参数，进行农产品追溯监管码编码、压缩与加密，最后生成电子追溯监管码并驱动嵌入式打印模块13，实现农产品追溯监管码标识的打印。

利用上面装置，以广东省东莞市广东绿卡实业有限公司2010年11月20日生产的某一批次绿卡牌中华鳖为例，说明农产品电子追溯监管码的生成步骤。按照农产品类别编码，水产大类编码为61；中华鳖属于淡水鱼，品种编码为01；中华鳖名称编码为22(详见GB11782-89水产品名称分类)。信息如下：

企业的行政区划代码为：441900

企业类型：养殖企业(1)

企业顺序流水号：001

水产品大类：鲜、活品类(61)

水产品种类：淡水鱼(01)

水产品名称：绿卡牌中华鳖(22)

出池日期：2010年11月20日

(1)广东省东莞市广东绿卡实业有限公司到相关的管理中心申请配备本发明中的装置一套和RFID卡一张，管理中心根据该装置的32位长DeviceID、RFID卡号和两个随机数产生一个32位长的初始密钥。管理中心将初始密钥、行政区划代码和企业顺序号写入RFID管理卡中，并利用RFID管理卡把以上信息传递到装置中，完成装置的初始化工作。

(2)企业利用该装置，打开电源，首先看时间日期是否正确，若否，进行时间日期的设置，然后通过按键读取存储器中的产品分类代码和源实体参考代码，以及配置需要打印标识的张数。

(3)用户按下“打印”键后，位于装置中的微控制器会进行农产品编码，根据技术方案中的编码方法和以上产品信息，得出该企业该批次产品的追溯监管码编码为：441900100161012200011011206。根据国家统计局最新县及县以上行政区划代码(截止2010年12月31日)得知县级行政区划数量为3520个，东莞市排在2288位，用“2288”标识东莞的行政区划；企业顺序号不变为“1001”；用3个十进制位来表示1000个主流农产品品种，需要行政部门来拟定，这里假定中华鳖的编号为：“632”；源实体参考码不变为：“0001”；生成日期以2010年1月1日为基准，用5个十进制位表示生产日期与基准日的差值天数，该批中华鳖的出池日期为2010年11月20日，与基准日期的差值天数是323天，所以用5位十进制表示生产日期代码为“00323”；校验码不计；经过穷举压缩算法后的20位数字串为：22881001632000100323。然后经过六个步骤加密生成农产品电子追溯监管码为：65222821143257970376，详细的数据流图见附图4，最后驱动打印头打印出具备“一品一码”的追溯监管码标签。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种农产品电子追溯监管码生成方法，其特征在于，包括步骤：

S1、对农产品进行可追溯监管编码，得到可追溯监管中间码；

S2、对所述可追溯监管中间码进行压缩，得到压缩码；

S3、对所述压缩码进行加密，生成唯一性农产品电子追溯监管码。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中的可追溯监管编码以批次作为追溯单元，同一批次是指同一责任主体在同一时间内生产的同一品种的产品。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可追溯监管编码包括行政区域码、企业代码、产品分类码、源实体参考码、生产日期码和校验码。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中压缩的方法是：采用分组的方法对可追溯监管中间码的每一码段进行重新编码压缩，所述编码压缩是采用穷举法对每一码段按照最大取值范围进行重新编码。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中加密的方法包括步骤：

S31、获取初始密钥；

S32、产生动态密钥；

S33、以所述动态密钥作为种子密钥进行轮密钥扩展产生轮变换密钥表；

S34、将步骤S2中的压缩码转换为状态矩阵；

S35、根据所述状态矩阵和轮变换密钥表，进行轮变换；

S36、将由所述轮变换得到的状态位矩阵转换为数字串，即为农产品电子追溯监管码。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S35中的轮变换总共有Nr+1轮，Nr为大于等于2的整数，其中第一轮和最后一轮与中间的Nr-1轮稍有区别；中间的Nr-1轮是完整的轮变换，包括四个步骤：S351、对所述状态矩阵进行状态位替换；S352、矩阵行移位；S353、矩阵列混合；S354、根据所述轮变换密钥表，进行矩阵状态位与轮密钥取模运算；第一轮变换只进行S354步骤，而最后一轮变换少了步骤S353。

7.一种农产品电子追溯监管码生成装置，其特征在于，包括：外壳(1)，外壳(1)上安装有键盘(3)和显示屏(2)；微控制器(10)，所述键盘(3)和显示屏(2)均与微控制器(10)连接，微控制器(10)能够对农产品进行可追溯监管编码、压缩并加密，生成唯一性农产品电子追溯监管码；外壳(1)的一侧设置一用以识读RFID卡的卡槽(5)，靠近卡槽(5)装置外壳(1)内部安装有天线(11)，天线(11)通过RFID射频电路(12)与微控制器(10)连接；外壳(1)相对的另一侧设置一用于打印机拆卸、换纸的翻盖(4)，靠近翻盖(4)内部装有打印头(14)，打印头(14)通过嵌入式打印驱动电路(13)与微控制器(10)连接；所述外壳(1)内还安装有通信模块(9)，通信模块(9)通过USB控制电路(15)与微控制器(10)进行连接。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述外壳(1)的底部设置一用以安放本装置工作电池的电池槽(6)，以及在底部的四个角上设有四个用于调节平衡度的脚柱(8)。

9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述微控制器(10)加密的方法为：获取初始密钥；产生动态密钥；以所述动态密钥作为种子密钥进行轮密钥扩展产生轮变换密钥表；将压缩码转换为状态矩阵；根据所述状态矩阵和轮变换密钥表，进行轮变换；将由所述轮变换得到的状态位矩阵转换为数字串，即为农产品电子追溯监管码。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述轮变换总共有Nr+1轮，Nr为大于等于2的整数，其中第一轮和最后一轮与中间的Nr-1轮稍有区别；中间的Nr-1轮是完整的轮变换，包括四个步骤：对所述状态矩阵进行状态位替换；矩阵行移位；矩阵列混合；以及根据所述轮变换密钥表，进行矩阵状态位与轮密钥取模运算；第一轮变换只进行第四个步骤，而最后一轮变换少了第三个步骤。

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