CN102932148A - 基于cpk认证的安全二维码防伪系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CPK认证的安全二维码防伪系统及方法，系统包括括：CPK管理中心：负责基于用户标识，生成和分发CPK私钥和CPK公钥矩阵；安全二维码生成系统：负责利用CPK管理中心分发的CPK私钥对产品信息进行数字签名，并对产品信息进行加密，再将数字签名和产品信息密文打包生成二维码；安全二维码验证系统：负责将CPK管理中心发布的内嵌公钥矩阵的APP程序下载到移动手持设备中，利用该APP程序对产品二维码进行验证，判断产品是否为正品。本发明支持通用验证，可用于构建一体化的防伪体系。产品生产商写入二维码标签的信息采用基于CPK的加密签名，防止篡改。采用CPK公钥技术，公钥矩阵公开，方便验证。采用客户端程序可以方便的离线验证。

Description

基于CPK认证的安全二维码防伪系统与方法

技术领域

本发明涉及防伪验证技术，具体涉及二维码的防伪验证技术。

 

背景技术

1、二维码技术

二维码是用特定的几何图形按一定规律在二维平面分布的黑白相间的图形记录数据的编码。

二维条码具有以下特点：

高密度编码，信息容量大；

编码范围广：二维码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码；

容错能力强，具有较强纠错功能；

译码可靠性高：它比普通条码译码错误率百万分之二要低得多，误码率不超过千万分之一；

可引入加密措施：保密性、防伪性好； 

成本低，易制作，持久耐用；

条码符号形状、尺寸大小比例可变，可适应不同的打印空间；

识别方式简单方便：图形方式，易于识别，且可以使用带摄像头的手机等通用机具识别。

正因为二维码的以上优点，目前被广泛应用在电子凭证、防伪溯源、平面杂志以及数字出版等领域。但未引入加密措施的标准编码二维码容易识别，但也很容易被篡改，伪造。而在电子商务等多数领域，都有防伪和防篡改需求。因此采用二维码和数字认证加密技术相结合的方式，是一种低成本的加密、防伪、防篡改的防伪标签方案，具有广泛的市场应用需求。

 

2、现有的二维码防伪技术方案

2.1、对称加密方案

对称加密就是加密和解密使用同一个密钥，将产品的防伪信息使用密钥进行加密，将加密后的密文信息转换成二维码图形。验证时，使用与加密密钥相同的密钥对密文进行解密，得出原始信息。

 

2.2、基于PKI体系的非对称加密认证方案

非对称加密就是加密和解密所使用的不是同一个密钥，通常有两个密钥，称为“公钥”和“私钥”，它们两个必需配对使用，否则不能打开加密文件。这里的“公钥”是指可以对外公布的，“私钥”则不能，只能由持有人一个人知道。

基于PKI体系的非对称加密认证方案中，产品发行者从认证中心（CA）获得私钥和公钥，认证中心将用户公钥与用户个人的标识信息结合，为该用户生成公钥证书，并将该公钥证书存放于认证中心的证书库中。产品发行者将产品的防伪信息使用自己的私钥进行签名加密，将签名加密后的密文转换成二维码图形。验证者对产品进行验证时，需在线从认证中心下载产品发行者的公钥证书，对加密信息进行身份认证和解密，确认信息发送者的身份，并得出原始信息。

 

3、现有技术的缺点及本申请提案要解决的技术问题

3.1、对称加密方案的缺点：

对称加密方式，因为加解密使用同一个密钥，所以加密的安全性依赖于密钥的管理和传递，密钥的安全性管理非常困难；

由于对称加密的特性，使得必须做到一次一密，一个用户一个密码，使得密钥的规模相当大，密钥的生成与管理都会变得非常复杂；

因为加解密双方使用相同的密钥，所以密钥不能体现加密方的个人标识，因此不能实现数字签名功能。

 

3.2、现有非对称加密方案的缺点

私钥由随机数产生，与信息发行者或者商品的信息无关，因此身份认证只能由第三方（CA中心）来完成。CA中心起到对产品发行者身份鉴别的作用，对于可信用户发放私钥，并为其生成公钥证书。如果脱离CA中心，那便没有办法证明产品发行方的身份是否真实可信；

公钥证书存放在认证中心（CA中心），每次认证必须从认证中心（CA中心）下载公钥证书，无法实现离线认证。商家需要建立在线的CA中心，成本、投资、管理都较为复杂。

 

发明内容

本发明要解决的技术问题有如下一个或几个：1、解决密钥的规模问题；2、解决密钥的安全管理问题；3、构建基于用户标识的密钥体系，通过数字签名认证实现防伪防篡改功能；4、基于第三方认证构建由上而下的信任体制，同时又能实现离线认证。5、构建一体化的防伪认证体系，不同商家、不同产品都可纳入到一个系统中。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于CPK认证的安全二维码防伪系统，所述的防伪系统包括：

CPK管理中心：负责基于用户标识，生成和分发CPK私钥和CPK公钥矩阵；

安全二维码生成系统：负责利用CPK管理中心分发的CPK私钥，对产品信息进行数字签名，然后再加密（加密密钥由用户自定义），将数字签名和产品信息密文打包生成二维码（这里的二维码就是指二维码标签信息，实际就是指二维码形式的图形）；

安全二维码验证系统：负责将CPK管理中心发布的内嵌公钥矩阵的APP程序下载到移动手持设备中，利用该APP程序对产品二维码进行验证，判断产品是否为正品。

作为优选，所述的CPK管理中心负责基于用户标识，利用CPK算法，生成和分发CPK私钥和CPK公钥矩阵，其中所述的CPK私钥以CPK-UKEY或CPK-TF卡方式分发，所述的公钥矩阵嵌入到CPK管理中心内部的防伪APP程序中，并提供公钥矩阵的公开下载途径。

作为优选，所述的CPK-UKEY和CPK-TF卡内置CPK专用芯片，CPK专用芯片安全发放CPK私钥，并完成CPK认证、加密、签名；

作为优选，所述的防伪APP程序支持包括ANDROID、IOS主流移动操作系统和各种移动手持设备。

作为优选，所述的安全二维码生成系统利用CPK管理中心分发的CPK私钥对产品原始信息进行数字签名，并对产品信息进行加密（加密密钥由用户自定义），再将加密后的产品信息密文和数字签名打包生成CPK数据包，将CPK数据包生成CPK二维码，并且在每个或每批产品上使用该唯一标识的二维码。

作为优选，所述的安全二维码生成系统对产品原始信息利用CPK私钥进行CPK数字签名，并通过CPK-UKEY或CPK-TF卡完成。

作为优选，所述的生成的CPK二维码标签信息包括产品型号、产地、生产日期、序列号、销售区域和关键供应商，所述的CPK二维码标签信息经私钥加密签名后，为每个或产品提供唯一、完整、保密的身份和属性标识。

作为优选，在所述的安全二维码验证系统中，验证者首先通过使用手持设备从网上下载公开的防伪APP程序，防伪APP程序中内嵌CPK公钥矩阵，通过CPK公钥矩阵计算出产品的公钥，使用该公钥对数字签名进行解密得到摘要；同时解密产品信息密文，得到产品原始信息，对原始信息生成摘要；然后比较两个摘要，判断原文是否被篡改；使用该防伪APP程序即可实现离线辨别产品真伪，用户实现离线鉴别后，可以根据结果和需要，选择是否上报鉴别信息。

本发明还包括应用上述系统进行的基于CPK认证的安全二维码防伪方法，包括如下步骤：步骤1，由CPK管理中心基于用户标识，利用CPK算法，生成和分发CPK私钥和CPK公钥矩阵，私钥以CPK-UKEY或CPK-TF卡方式分发给产品生产商；公钥矩阵嵌入到防伪APP程序中，提供公开下载途径；步骤2，生成基于CPK认证的安全二维码；步骤3，基于CPK认证的安全二维码的验证； 

所述的步骤2包括如下分步骤：

步骤2-1，使用CPK管理中心发放的CPK私钥对产品原始信息进行数字签名；同时对产品原始信息进行加密（加密密钥由用户自定义），得到原始数据密文；

步骤2-2，将原始数据密文与数字签名打包，生成CPK数据包；

步骤2-3，使用二维码编码器对CPK数据包进行编码，生成二维码。

作为优选，上述的步骤3包括如下分步骤：

步骤3-1，使用终端设备对二维码进行扫描，并解码为CPK数据包；

步骤3-2，将CPK数据包解码得到数字签名和原始数据密文；

步骤3-3，使用公开发布的CPK公钥矩阵计算得到发送方的公钥，使用该公钥解密数字签名得到摘要；同时对原始数据密文进行解密，用解密后的原始数据生成摘要；

步骤3-4，比较两个摘要，如相同，则证明原文正确，显示原文。

与现有技术相比，本发明的有益效果有如下八种中的至少一种：

1、              采用非对称加密方式，私钥保密，公钥矩阵公开，因此无需一次一密、一用户一密，密钥数量较对称加密方式会大大减少；

2、              采用CPK技术，二维码生成使用私钥，二维码的验证采用公钥矩阵，私钥由用户自行保管，公钥以公钥矩阵方式公开，密钥的安全性管理简单；

3、              采用CPK技术，二维码生成使用私钥进行数字签名，二维码的验证采用公钥矩阵，用户可以很方便验证，但无法伪造和篡改二维码信息，系统安全性高；

4、              采用CPK技术，密钥基于用户标识产生，无需通过第三方进行身份认认证。商家只需要提供内置CPK公钥矩阵的APP下载，无需搭建在线CA认证中心，系统简洁、稳定、综合性价比高；

5、              CPK体系可以支持离线认证，用户验证时可以无需联网就实现认证，尤其适合海量商品的认证；

6、              CPK同时可以兼容在线验证，用户识别后，可以根据需要进行在线的后继处理，系统部署，升级灵活；

7、              CPK体系采用ECC算法，签名字节短，尤其适合存储容量有限的二维码；

8、              CPK体系的密钥生成和分发方式，可以方便的构建基于第三方认证的一体化的防伪系统，可将不同类型、不同厂家的商品纳入到一个防伪系统中，构建出由上而下的信任体制，也更利于消费者进行方便简单的验证。

 

附图说明

图1为本发明基于CPK认证的安全二维码防伪系统的组成图；

图2为本发明基于CPK认证的安全二维码防伪方法步骤2和步骤3的流程图。

 

具体实施方式

在介绍本发明之前，先对CPK技术进行一个简单介绍。

组合公钥简称CPK (combined public key) ：利用标识直接生成公私密钥对，实现了基于标识的密钥管理。能够支持基于标识的数字签名和密钥交换。

算法原理：CPK (combined public key) 密钥管理算法利用椭圆曲线密码理论、构造了公、私钥矩阵，以少量因素生成大量公、私钥对；以映射算法将公、私钥变量和用户标识绑定，解决了基于标识的密钥管理难题。

CPK算法的特点：

CPK密钥管理算法基于椭圆曲线密码理论，构造了公、私钥矩阵，以少量因素生成大量公、私钥对；以映射算法将公、私钥变量和用户标识绑定，解决了基于标识的密钥管理的难题；

CPK的密钥管理采用密钥集中生产、统筹配发的集中式模式，具有可控制、可管理的优点，便于构建由上而下的网络信任体系；

CPK的密钥管理采用了密钥分散存储、静态调用的运行模式、可以实现无第三方和非在线认证。

本申请提案的技术方案的详细阐述

一、方案概述

本方案将二维码技术和CPK认证技术相结合，使用二维码技术实现低成本数字化识别，使用CPK认证提供安全认证解决方案，使得本方案既可满足企业的成本要求，又可以有效解决产品信息的防伪和防篡改问题。配合管理系统，可以实现企业对产品在生产、储存、销售渠道等各个环节的严格管理和监控。

 

二、本方案防伪体系原理

物理和逻辑方法相结合，极大地限制了造假的可能。

支持通用验证，可用于构建一体化的防伪体系。

产品生产商写入二维码标签的信息采用基于CPK的加密签名，防止篡改。

采用CPK公钥技术，公钥矩阵公开，方便验证。

采用客户端程序可以方便的离线验证。

 

三、本发明的具体实施例。

（一）、本发明首先涉及到一种基于CPK认证的安全二维码防伪系统。

如图1所示，基于CPK认证的安全二维码防伪系统由CPK管理中心、安全二维码生成系统与安全二维码验证系统构成。CPK管理中心，负责基于用户标识，利用CPK算法生成和分发CPK私钥和CPK公钥矩阵。安全二维码生成系统中，生产商利用CPK管理中心分发的CPK私钥，对产品信息进行数字签名，并对产品信息进行加密，将数字签名和产品信息密文打包生成该产品唯一的二维码标识。安全二维码验证系统中，消费者将CPK管理中心发布的内嵌公钥矩阵的APP程序下载到自己的移动手持设备中，利用该APP程序对产品二维码进行验证，判断产品是否为正品。

更具体来说，本发明所涉及的防伪系统与以往的技术相比，由CPK管理中心、安全二维码生成系统和安全二维码验证系统三大部分组成，其中：

1、CPK管理中心负责基于用户标识，利用CPK算法，生成和分发CPK私钥和CPK公钥矩阵。私钥以CPK-UKEY，CPK-TF卡方式分发给产品生产商。公钥矩阵嵌入到防伪APP程序中，提供给消费者（或其他需要群体）公开下载。上述的CPK-UKEY或CPK-TF卡均内置CPK专用芯片，CPK专用芯片可以安全发放CPK私钥，并可以高效完成CPK认证、加密、签名算法。上述的内含CPK公钥矩阵的APP程序，支持ANDROID、IOS等主流移动操作系统和各种移动手持设备。

2、在安全二维码生成系统中，生产商用CPK管理中心分发的CPK私钥对产品原始信息进行数字签名，同时对原始信息进行加密，将加密后的产品信息密文和数字签名打包生成CPK数据包，将CPK数据包生成为二维码，在每个（每批）产品上使用该唯一标识的二维码。上述对产品信息利用CPK私钥进行CPK数字签名，通过CPK-UKEY，CPK-TF卡完成。上述生成的CPK二维码标签信息可以包括产品型号、产地、生产日期、序列号、销售区域、关键供应商等信息，经私钥加密签名后，为每个（批）产品提供唯一、完整、保密的身份和属性标识。

3、在安全二维码验证系统中，消费者使用带摄像头的智能手机或其他移动手持设备从网上下载公开的APP程序。APP程序中内嵌CPK公钥矩阵，通过CPK公钥矩阵计算出产品生产商的公钥，使用该公钥对数字签名进行解密得到摘要。同时解密产品信息密文，得到产品原始信息，对原始信息生成摘要。比较两个摘要，判断原文是否被篡改。内置CPK公钥矩阵的APP程序，发布在网站上公开下载，使用该APP即可实现离线辨别产品真伪。用户实现离线鉴别后，可以根据结果和需要，选择是否上报鉴别信息。

基于CPK认证的安全二维码防伪系统，该防伪系统的关键点如下：

1、CPK管理中心统一管理和发放私钥，私钥可以基于用户标识产生。

2、CPK管理中心负责CPK公私钥矩阵的生成和分发,而不是直接分发公钥，消费者（或其他需要者）利用该公钥矩阵计算需要的公钥。

3、产品生产商利用私钥，进行数字签名加密，将签名信息录入到二维码中。

4、公钥矩阵可以通过互联网下载到验证机具上（手机或专用机具），实现离线认证。

5、同时兼容在线验证，用户识别后，可以根据需要进行在线的后继处理。

 

（二）、本发明还涉及到利用上述防伪系统进行基于CPK认证的安全二维码防伪方法，包括如下步骤：

 步骤1，由CPK管理中心基于用户标识，利用CPK算法，生成和分发CPK私钥和CPK公钥矩阵，私钥以CPK-UKEY或CPK-TF卡方式分发给产品生产商；公钥矩阵嵌入到防伪APP程序中，提供公开下载途径（也可以用其他的公开方式让需要者能够获得）；步骤2，生成基于CPK认证的安全二维码；步骤3，基于CPK认证的安全二维码的验证；

具体来说，生成基于CPK认证的安全二维码的方法包括如下步骤（如图2）：

（1）  将需要写入到二维码中的内容，使用发送方的CPK私钥，对内容进行数字签名；

（2）  同时对原始内容进行加密，得到原始数据密文；

（3）  将原始数据密文与数字签名打包，生成CPK数据包；

（4）  使用二维码编码器对CPK数据包进行编码，生成二维码。

具体来说，基于CPK认证的安全二维码验证方法包括如下步骤（如图2）：

（1）使用终端设备对二维码进行扫描，并解码为CPK数据包；

（2）将CPK数据包解码得到数字签名和原始数据密文；

（3）使用CPK公钥矩阵计算得到发送方的公钥，使用该公钥解密数字签名得到摘要；

（4）同时对原始数据密文进行解密，用解密后的原始数据生成摘要。

（5）比较两个摘要，如相同，则证明原文正确，显示原文。

 

在本说明书中所谈到的“实施例”，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成系统和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成系统和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种基于CPK认证的安全二维码防伪系统，其特征在于，所述的防伪系统包括：

CPK管理中心：负责基于用户标识，生成和分发CPK私钥和CPK公钥矩阵；

安全二维码生成系统：负责利用CPK管理中心分发的CPK私钥对产品信息进行数字签名，并对产品信息进行加密，再将数字签名和产品信息密文打包生成二维码；

安全二维码验证系统：负责将CPK管理中心发布的内嵌公钥矩阵的APP程序下载到移动手持设备中，利用该APP程序对产品二维码进行验证，判断产品是否为正品。

2.根据权利要求1所述的基于CPK认证的安全二维码防伪系统，其特征在于：所述的CPK管理中心负责基于用户标识，利用CPK算法，生成和分发CPK私钥和CPK公钥矩阵，其中所述的CPK私钥以CPK-UKEY或CPK-TF卡方式分发，所述的公钥矩阵嵌入到CPK管理中心内部的防伪APP程序中，并提供公钥矩阵的公开下载途径。

3.根据权利要求2所述的基于CPK认证的安全二维码防伪系统，其特征在于：所述的CPK-UKEY和CPK-TF卡内置CPK专用芯片，CPK专用芯片安全发放CPK私钥，并完成CPK认证、加密、签名。

4.根据权利要求2所述的基于CPK认证的安全二维码防伪系统，其特征在于：所述的防伪APP程序支持包括ANDROID、IOS主流移动操作系统和各种移动手持设备。

5.根据权利要求1所述的基于CPK认证的安全二维码防伪系统，其特征在于：所述的安全二维码生成系统利用CPK管理中心分发的CPK私钥对产品原始信息进行数字签名，并对产品信息进行加密，再将加密后的产品信息密文和数字签名打包生成CPK数据包，将CPK数据包生成CPK二维码，并且在每个或每批产品上使用该唯一标识的二维码。

6.根据权利要求1所述的基于CPK认证的安全二维码防伪系统，其特征在于：所述的安全二维码生成系统对产品原始信息利用CPK私钥进行CPK数字签名，并通过CPK-UKEY或CPK-TF卡完成。

7.根据权利要求5所述的基于CPK认证的安全二维码防伪系统，其特征在于：所述的生成的CPK二维码标签信息包括产品型号、产地、生产日期、序列号、销售区域和关键供应商，所述的CPK二维码标签信息经私钥加密签名后，为每个或产品提供唯一、完整、保密的身份和属性标识。

8.根据权利要求1所述的基于CPK认证的安全二维码防伪系统，其特征在于：在所述的安全二维码验证系统中，验证者首先通过使用手持设备从网上下载公开的防伪APP程序，防伪APP程序中内嵌CPK公钥矩阵，通过CPK公钥矩阵计算出产品的公钥，使用该公钥对数字签名进行解密得到摘要；同时解密产品信息密文，得到产品原始信息，对原始信息生成摘要；然后比较两个摘要，判断原文是否被篡改；使用该防伪APP程序即可实现离线辨别产品真伪，用户实现离线鉴别后，可以根据结果和需要，选择是否上报鉴别信息。

9.采用如权利要求1-8所述的任一种系统进行的基于CPK认证的安全二维码防伪方法，包括如下步骤：步骤1，由CPK管理中心基于用户标识，利用CPK算法，生成和分发CPK私钥和CPK公钥矩阵，私钥以CPK-UKEY或CPK-TF卡方式分发给产品生产商；公钥矩阵嵌入到防伪APP程序中，提供公开下载途径；步骤2，生成基于CPK认证的安全二维码；步骤3，基于CPK认证的安全二维码的验证；其特征在于：

所述的步骤2包括如下分步骤：

步骤2-1，使用CPK管理中心发放的CPK私钥对产品原始信息进行数字签名；同时对产品原始信息进行加密，得到原始数据密文；

步骤2-2，将原始数据密文与数字签名打包，生成CPK数据包；

步骤2-3，使用二维码编码器对CPK数据包进行编码，生成二维码。

10.根据权利要求9所述的基于CPK认证的安全二维码防伪方法，其特征在于：所述的步骤3包括如下分步骤：

步骤3-1，使用终端设备对二维码进行扫描，并解码为CPK数据包；

步骤3-2，将CPK数据包解码得到数字签名和原始数据密文；

步骤3-3，使用公开发布的CPK公钥矩阵计算得到发送方的公钥，使用该公钥解密数字签名得到摘要；同时对原始数据密文进行解密，用解密后的原始数据生成摘要；

步骤3-4，比较两个摘要，如相同，则证明原文正确，显示原文。

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