CN102779284B

CN102779284B - 一种集商品防伪、物流管控等综合功能于一体的rfid标签

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Publication number: CN102779284B
Application number: CN201210020703.1A
Authority: CN
Inventors: 张楠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: CN102779284A

Abstract

一种集商品防伪、物流管控等综合功能于一体的RFID标签。提供了一种不基于口令访问控制的RFID标签，即不依赖于RFID标签本身所具有的口令访问控制做为防伪核心，厂商利用本防伪标签数据结构中公钥密码系统的密钥A，制造防伪信息，同时将商品的防伪信息、厂商对应的公钥序号、物流管控信息、商品的网址浏览信息，写入到这个商品所附加的RFID防伪标签中，用户购买商品前，可利用本防伪标签数据结构中厂商对应的公钥序号、公钥密码系统的密钥B对商品的真伪进行实时检验，并可快速浏览商品详细信息。同时，商家可利用其做物流管理。

Description

一种集商品防伪、物流管控等综合功能于一体的RFID标签

技术领域

本发明涉及一种RFID技术，尤其是一种集商品防伪、物流管控等综合功能于一体的RFID标签。

背景技术

当前广泛采用的防伪技术主要有：短信、电话认证平台防伪方案、条形码/二维码防伪方案、普通RFID防伪方案。他们的缺陷和问题如下：

短信、电话认证平台传递防伪代码进行验证，缺陷如下：

1)验证程序繁琐。用户需要输入20位以上数字或字母代码，看似步骤简单，实则非常繁琐。据统计，基于此种方法的用户查询率很低，用户平均查询率低于6％，主要原因即因为验证步骤繁琐。

2)防伪逻辑有问题：用户购买后才能验证，购买前不能确定是否正品，且只能验证一次，如要验证商品真伪，则必须购买。

3)防伪验证需要用户付费。发送验证短信需要一角钱，打语音电话需要3角钱以上，不适合中国国情。

4)短信平台可以被伪造。即造假者完全模拟这套系统，使用私自建立的短信、电话服务平台和号码，并打印商品防伪标志。用户无法识别真伪。目前这种情况已较为普遍。

利用二维码技术对信息进行编码，缺陷如下：

1)二维码是一种信息编码格式，由多个黑白小块模拟计算机体系中的”0，1”，而多个黑白小块代表一个字节。其本身并不是为防伪而设计，并不具有防伪逻辑的严密性；

2)二维码标签基于印刷术，伪造者可以轻易复制(使用正品为蓝本)；

3)商品的真伪、唯一性需要上网进行认证，且需要维护庞大的实时数据库；用户不能上网则不能验证。

普通RFID技术

RFID技术最早是在上世纪60年代在军用雷达领域发展而来的。它拥有识别快速、信息容量大等特点。也可将RFID技术应用到防伪识别领域中来。目前RFID防伪标签都是基于密钥访问控制的、采用Crypto1加密算法的标签，这种标签的防伪安全性基于对标签内数据访问的密钥(口令)，一旦密钥(口令)被破解则整个防伪体系即崩溃。现有的攻击手段，完全可以在短时间内对这种RFID防伪标签进行破解。此外，代表这种防伪标签唯一性的UID(序列号)并没有特殊的设计和保护，即UID(序列号)可以被任意复制、克隆，从而导致伪造者通过一张合法的防伪标签，可以伪造出任意个完全相同的防伪标签。故此种RFID防伪标签存在重大设计缺陷。具体如下：

1)用户没有专用识别设备，无法验证真伪，只适合商家验证。这导致普通RFID技术无法大面积推广，大众认可度较低；

2)防伪安全性基于对标签内数据访问的密钥(口令)。但防伪标签的读取口令可被破解后，整个防伪体系崩溃，且标签内容可随意克隆；

3)防伪标签的读写口令被破解后，标签内容可随意伪造；

4)需要连接互联网、通讯网才能验证；

5)验证过程需要一定的等待时间；

6)验证需要用户付出一定的费用；

7)已出现众多携带RFID标签的假冒商品。如带RFID标签的假冒阳澄湖大闸蟹等。

发明内容

针对上述缺点，本发明可解决现有基于RFID电子标签的防伪方案的众多缺陷和逻辑问题，同时在一个标签内包含商品物流管控功能和商品信息即时浏览功能，并且普通用户即可快速识别。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

设计一种不基于口令访问控制的RFID标签的防伪标签识别方法和数据结构，即不依赖于RFID标签本身所具有的口令访问控制做为防伪核心。基于本发明所描述的标签验证方法和数据结构，可使面向NFC等技术的RFID标签具有严密的防伪特性和严谨的防伪逻辑性。

1)防伪标签识别方法为：采用公钥密码系统作为防伪验证的基础。当前RFID标签中的存储芯片都支持口令访问控制和信息加密算法，即：对防伪标签的读取、写入都分别需要特定口令才行，并且存储在标签中的数据是采用某种加密算法(Crypto-1)进行加密。但是这种自带的口令认证机制和加密算法其强度不足与胜任防伪标签的应用，且已经可以被破解。故舍弃RFID芯片自带的口令认证机制和加密算法，而在不依赖于其芯片本身加密算法的基础上，应用本发明中的加密算法。

具体方为识别技术和验证方案如下：

防伪标签制造商(即商品制造厂商，下同)首先对标签所携带的商品明文信息做一次SHA1消息摘要操作(消息摘要算法可选，可以但不限定于SHA1算法)，得到散列值H₁，然后利用防伪标签制造商本身所拥有的私钥A对散列值H₁进行签名运算，得到签名值SIG₁，并将此签名值SIG₁保存到防伪标签中。

用户在验证标签真伪时，首先利用手持终端(可以是手机、平板电脑等任何可以读取RFID标签的终端设备)及终端中安装的防伪验证程序，对防伪标签中的明文信息进行SHA1消息摘要操作(消息摘要算法可选，可以为但不限定于SHA1算法，但约定算法同于防伪标签制造商采用的消息摘要算法)，得到散列值H₂；并利用防伪验证程序中包含的公钥B，对签名值SIG₁进行验证(解密)运算，得到散列值H₃；最后，比较散列值H₃和H₂是否相等。如果相等，则证明防伪标签为真实的，如不相等，则防伪标签为假冒标签。

其中，防伪标签制造商所拥有的密钥A和普通用户手持终端中程序所包含的密钥B，存在一种数学关系。这种数学关系可以为但不限于以下数学关系：

1).基于有限域上椭圆曲线离散对数问题的公钥密码系统中实体A的公钥Q，及私钥d。其中实体A的椭圆曲线的域参数为(q，FR，a，b，G，n，h)。(代表性的算法有ECC)；

2)基于大整数因数分解问题的公钥密码系统的公钥E，和私钥D(代表性的算法有RSA)；

此外，本发明还利用NFC RFID类型电子标签的硬件特点和电气性能，解决商品防伪中所涉及的其他问题：

1)利用NFC RFID标签上具有Anti-Clone特性的“UID”字段，作为公钥加密/认证系统的防伪唯一标识符。这种类型标签中的UID不同于普通的RFID标签，其UID具有不可复制，不可克隆的特点。可以避免伪造者通过一个合法标签进行多次复制的问题；

2)利用RFID标签上具有的OTP(One Time Program)字段的“一次性写入”功能，将此字段作为商品的销售状态数据，解决了商品销售后，防伪标识被重复利用的重大防伪逻辑问题；

所采用的数据结构。

下表为一种不基于访问密钥控制类型(简称NFC RFID类型)的RFID电子标签数据结构：

本发明基于上面的RFID电子标签，拟定的信息存储格式，即数据结构：

本RFID电子标签集成物流管控和高价值商品生命周期跟踪功能。一个标签集成了商品防伪、物流管控功能。其中物流管控的数据、信息、代码，由商家自行编写，管理。本发明所涉及的数据结构中预留了存放商家物流信息的数据空间。

本RFID电子标签还集成商品属性即时浏览功能。当用户的终端设备可以访问互联网的情况下，用户在进行防伪验证、商品供应链查询的同时，还可以最便捷的方式，通过互联网进一步浏览商品的丰富信息。本标签中包含了一种经过压缩的商品互联网URL格式，使得无论什么厂商、无论什么商品，都在可以在有限的标签存储空间内，存储其商品的网站地址。

本项技术完全避免了现有防伪技术的众多缺陷和不利之处，具有逻辑严密、使用简单快捷、功能强大，符合中国国情等众多优点。为商品的防伪提供了积极有效的解决方案，并可为各行各业生产厂商的各类商品提供防伪、物流管控等功能，同时用户在快速鉴别商品真伪的同时，还可快速浏览商品的附加属性，提供了丰富的用户体验。具体优点如下：

(1)防伪信息不可伪造性。RFID防伪标识中含有基于数论的定制密码算法，密码强度经历了密码分析界几十年的论证，被证明安全有效。利用它，商家可以随意生产符合逻辑的防伪标签，同时用户可准确识别商品的真伪(每一个防伪标签的内容都不同)；同时造假者由于不知道商家的一系列密钥，使得不可能伪造防伪标签(被伪造的可能性低于1/(1.56x10⁵⁷)，即造假者不能自行产生防伪标签的正确内容。理论上，随着技术的进步，RFID防伪标识的物理实物(空白标签)将来会有多家厂商可以生产(当前全世界只有2家，国内没有生产此芯片的研发能力)，但其内部信息以及密码学相关数据的安全性基于数论难题，不可仿制，不可伪造。

(2)防伪信息不可复制(克隆)。数字信息复制是电子信息学中特有的属性。这里是指造假者以正品商品的数字信息为蓝本，对其进行复制。本方案从数学和物理学层面上杜绝了信息被复制的可能性。假设这样一种情况：造假者可以获取某个正品防伪标签的内容，并将其数据完整的复制到假冒的空白同类标签中，进行伪造。但由于我方防伪标签中都包含一个全球唯一的，具有Anti-clone功能的代码，即防伪标签的“物理指纹”，且此“物理指纹”具有不可更改、不可复制、不可克隆的特性，所以造假者即使知道此UID，其伪造的标签也不能通过验证。

(3)防伪标签不可重复利用。此技术使得RFID防伪标识不能被二次利用。RFID防伪标识在用户打开商品包装、用户使用物品后(诸如酒类)，防伪标识的信息被改写，且不能再被修改；或者在某些情况下，防伪标签的物理状态被永久改变(损坏)，不可重复使用，可以避免制假者收集标签，贴于假冒商品上，重复使用真实防伪标识的情况。例如可以杜绝目前造假者收集真茅台、真Laffie酒瓶后灌装假酒的情况。

(4)防伪信息不可篡改。激活此特性后，将从物理上锁死标签内容，任何工具都无法修改其内容(即使芯片厂家也不能修改)，避免误操作、恶意破坏等事件的发生。

(5)普通用户即可精确识别。解决了当前基于RFID进行防伪识别的重大问题。基于本技术方案，持有手机、iPad等终端的用户可以精确、快捷、方便的识别商品(防伪标识)的真伪，且识别成本极低，不需昂贵的专业设备。避免了当前RFID方案的重大缺陷：商家可以识别，但普通用户反而不可识别的问题。

(6)可验证真实性。通过用户的手机客户端软件，可立即显示商品防伪标签的真实制作商家，具有强大的公信力。

(7)采购、使用成本低廉。RFID防伪标识成本较低。批量采购情况下，一个防伪标识仅需RMB 0.8-3.14元，甚至更低。并且随着应用范围扩大和生产工艺的提高，成本会更加低廉。

(8)无需互联网、通讯网，普适性极高。只要客户手机中安装了此款客户端软件，用户在不用接入互联网、甚至通讯网络的情况下，即可使用本软件进行完全免费的商品防伪验证。极大的提高了防伪方案的普适性，特别符合中国现阶段各区域经济发展不平衡的国情。若干年后，若手机互联网在全国范围内(主要是广大的3线城市)大幅普及，则本技术方案可借助互联网提供更加强大的功能。

(9)用户验证完全免费。由于采用基于椭圆曲线离散对数和大整数因式分解密码系统为理论基础的验证方式，使得用户无需发送短信、打电话，甚至无需连接互联网、通讯网，即可完成验证真伪过程，无需任何费用，符合中国国情；

(10)无后端数据库系统。商家无需创建、维护复杂的在线数据库系统，节约了大量购置、维护成本，且提极大的提高了本防伪方案的可用性，并从根本上避免了正在逐步兴起的针对RFID后端数据库的黑客攻击行为。

(11)可重复验证真伪。摒弃了其他防伪技术“如验证必须购买的逻辑陷阱”，在用户购买商品之前即可验证真伪，且可重复验证；防伪验证软件具备防破解能力。用户使用的手机、iPad等终端上的防伪验证软件可从根本上防止软件被破解。普通的防伪方案，手机端上的验证程序采用的密钥和商家采用的相同，造假者只要破解终端验证软件，即可获取关键的密钥，从而可以随意的进行防伪标签的仿制。而本方案从数学层面解决了这一问题：手机等终端上的防伪验证软件即使被破解，造假者也不可能进行伪造。

(12)验证过程极其简单、快捷。尽管程序本身的理论体系基于数论等复杂的数学基础，但本技术方案呈现给用户的是简单、快捷的界面，将复杂的运算交给程序和设备去处理，用户不用输入任何信息，只需用手机靠近商品标签，程序全自动识别商品的真伪，无需任何人工输入和设置，且整个验证过程小于1秒钟；

(13)良好的用户体验。人性化的界面和操作系统方式，使得用户的体验极佳。

(14)具有物流管理功能。当前RFID标签的主要应用之一就是物流管理功能，本方案可以完美的和商品的供应链控制、物流管理功能结合。由于本防伪标签为无源类型，则定位于普通商品的“轻量级物流控制”领域。

(15)用户即时浏览商品属性。用户使用装有防伪软件的终端扫描商品的防伪标签后，可立即通过互联网查看本商品的介绍，浏览更加丰富的商品属性内容及评论等互动内容。如药品的更多使用说明、更详细的服用剂量、服用禁忌、注意事项、以及不适症状等等信息。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细的说明。

图1.商家制作防伪标签流程

图2.用户验证防伪标签、浏览商品信息流程

图3.利用NFC RFID类型标签中的UID作为公钥加密/认证系统的唯一标识符

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

例一、烟草类商品防伪的应用

步骤1.

烟草厂商利用基于椭圆曲线离散对数或大整数因式分解的公钥密码系统，生成密钥A、B，其中密钥A由厂商保管并利用，密钥B存在于用户终端程序中。

步骤2.

厂商利用本防伪标签数据结构中公钥密码系统的密钥A，将一条烟草的防伪信息、物流信息、商品的网址浏览信息，写入到这个商品所附加的RFID防伪标签中。写入数据举例(以下信息均为厂家写入)：

商品信息：

商品名称：xx香烟

制造厂家：云南xx烟草公司

生产日期：2011-12-12生产

焦油含量：中

烟叶级别：特级

防伪信息：

91560096A979B401EECCE92C01516237240052666A803A9EFE28F8BECCF83DB291E0BED3E3C3757BD3BC02F04EEAC3658CE420985F5D30ACE75812BF1D88FE218834233CF3B7EBAB076F894E48E871F15DD2 03FA69D3D4C6C674F78250781BFF665A20C65B3E8CEA07B8538A921D0C72A1F4087C2DC2C42D5C6CF87A259DF919

物流(供应链)信息：

工厂代号：ACLD

检验员：A101

烟叶产地：红河S区

中转地1：昆明

中转地2：北京

互联网地址：http://www.url.cn/Uy8Hg1.htm

步骤3.

用户购买商品前，对商品的真伪进行检验：使用包含相应程序的终端(手机等)，靠近防伪标签。

步骤4.

如商品防伪标签正常，则程序提示“商品为正品”；

如商品防伪标签是被伪造、被克隆的，则程序提示“商品为伪造”

如商品防伪标签为已售出状态，则程序提示“商品已售出，售出时间：xx年x月x日”。

Claims

1.一种用于防伪及物流管控的RFID标签，采用公钥密码系统作为防伪验证的基础，该RFID标签的存储芯片支持口令访问控制和信息加密算法，其中，私钥存储于防伪标签制造商一方，公钥存储在用户手持终端的防伪验证程序中，其特征在于：

该RFID标签的存储芯片存储有Anti-Clone特性的UID字段，作为公钥加密认证系统的防伪唯一标识符，以避免伪造者通过一个合法标签进行多次复制；该RFID标签的存储芯片还包括“一次性写入”功能的OTP字段，该OTP字段用于写入商品的销售状态信息，防止商品被销售后，该RFID标签被重复利用；

该RFID标签的存储芯片可划分为多个存储区域，其中，

第一存储区域，用于存储OTP字段；

第二存储区域的一部分用于存储防伪标识信息，即UID字段所表示的防伪标示，另一部分用于存储防伪数据标识的版本信息；

第三存储区域，用于存储明文信息的长度；

私钥对应的公钥序号；

第五存储区域，用于存储数字签名的算法种类以及公钥长度；

第六存储区域，用于存储可变长度的数字签名，该数字签名是采用私钥对上述明文信息进行消息摘要操作得到散列值；

第七存储区域，用于存储可变长度的明文信息，该明文信息是由防伪标签制造商写入的产品描述信息；

第八存储区域，用于存储物流管控信息；

第九存储区域，用于存储防伪标签制造商定义的、可由手持终端通过互联网访问的网址信息；

第十存储区域，以单向计数器的形式存储与商品相关的、需要累加计数的信息。

2.如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于：

在生产环节，首先对标签的UID及标签所携带的商品的明文信息做一次SHA1消息摘要操作，得到散列值H1，然后根据签名算法，利用私钥A对散列值H1进行签名运算，得到签名值SIG1，并将此签名值SIG1及对应的公钥序号保存到防伪标签中。

3.如权利要求2所述的RFID标签，其特征在于：

在验证环节，利用手持终端及终端中安装的防伪验证程序，对防伪标签中的明文信息再次进行SHA1消息摘要操作，得到散列值H2；并根据标签中存储的公钥序号，利用防伪验证程序中包含的对应的公钥B，对签名值SIG1进行解密运算，得到散列值H3；最后，比较散列值H3和H2是否相等；如果相等，则证明防伪标签为真实的，如不相等，则防伪标签为假冒标签。

4.如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于：

当手持终端连接至互联网时，该手持终端的防伪验证程序可根据该RFID标签中存储的物流管控信息进行商品供应链查询，并且能够根据该RFID标签中存储的商品对应的网址信息通过互联网获取相关商品的信息。

5.如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于：

第六存储区域所存储的需要累加计数的信息包括商品的退换货信息。

6.如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于：

用于存储OTP字段的第一存储区域可以为2个字节。

7.如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于：

该RFID标签采用的加密算法可以为ECC算法或者RSA算法。