CN103646331B - 基于加密条码标识的酒类防伪溯源方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于加密条码标识的酒类防伪溯源方法，包括以下步骤：将每个批次或每件酒产品的唯一十进制标识及对应的溯源信息存储于酒类数据中心，这些信息可供产品查验时调用；条码加密解密模块将数据中心的产品十进制标识进行加密得到十进制加密标识，即追溯码；在生产过程中，条码打印模块将加密的标识打印成酒品包装上的条码；在查验过程中，条码扫描模块扫描酒品包装上的条码得到产品的加密标识，将该加密标识提交酒类数据中心解密得到产品的唯一十进制标识并查询对应产品的防伪溯源信息。本发明方法可以对不同编码方法的酒产品标识进行加密和解密操作，具有较强的防伪及防伪溯源功能，是一种低成本、高防伪、可溯源的酒产品保护方案。
Description
技术领域
本发明涉及酒类防伪溯源系统技术领域方法，特别是涉及一种酒类防伪溯源标识方法。
背景技术
目前可用于酒类的防伪溯源标识的技术主要有条码技术和RFID电子标签。条码技术是在计算机应用和实践中产生并发展起来的广泛应用于商业、邮政、图书管理、仓储、工业生产过程控制、交通等领域的一种自动识别技术，具有输入速度快、准确度高、成本低、可靠性强、成本较低等优点。由于条码技术的这些优点，它往往被应用于产品标签的打印和存储。由于现行酒类条码存储的编码大多未经加密，容易被分析和变造，而且酒类条码的加密相对于常用的二进制加密有一定的特殊性，酒类条码的加密对象通常是十进制的一串数字（追溯码），加密结果是一串相同长度的十进制数，不同厂家定义的追溯码长度往往不同，这就要求加密算法可处理任意长度的输入数字。其次，当前酒类条码通常是一维的，一维条码存储信息少且纠错特性不强，只能存储简单的数字和少数字母，如果没有网络和数据库的支持就无法追溯，且一旦污损就可能导致无法读取。
RFID(Radio Frequency Identification)是一种无线射频识别技术，它是自动识别技术的一种。RFID使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。目前主要是一些高档酒品采用了RFID标签技术进行防伪和溯源，RFID防伪采用的技术先进，无法批量复制、仿造成本高，比较实用批发领域，同时对经销渠道有监管作用。但是RFID技术防伪使用成本和维护成本都很高，而且RFID防伪必须借助仪器鉴别真伪，不适用于商品防伪领域；本身是为物流设计，不是为防伪而设计的，因此，电子标签和读写识别设备无法避免假冒仿制。
发明内容
本发明的目的是解决酒类产品的低成本高防伪可追溯问题，提供一种基于加密条码标识的酒类防伪溯源方法。
本发明方法包括以下步骤：将每个批次或每件产品的唯一十进制标识及对应的溯源信息存储于酒类数据中心，这些信息可供产品查验时调用；条码加密解密模块将数据中心的产品十进制标识进行加密得到十进制加密标识，即加密追溯码；在生产过程中，条码打印模块将加密的标识打印成酒品包装上的条码；在查验过程中，条码扫描模块扫描酒品包装上的条码得到产品的加密标识，将该加密标识提交酒类数据中心解密得到产品的唯一十进制标识并查询对应产品的防伪溯源信息。
本发明所述酒产品的十进制唯一标识进行加密生成加密标识步骤如下：
1 从数据中心获取加密密钥并根据AES轮密钥扩展方法计算得到多轮加密所需的轮密钥；
2 将待加密的十进制唯一标识按4x4位十进制数的大小进行分组，每个4x4位数大小的分组都称之为一个体，即state；
3 对每个state进行多轮加密，最后将所有state的加密结果组合成加密追溯码输出；
3.1 将state与第一轮密钥进行十进制模加；
3.2 循环多轮加密运算，轮数记为N，N为1以上自然数；
3.2.1 将state进行十进制S盒替换；
3.2.2 将state进行十进制行移位；
3.2.3 将state进行十进制列混合；
3.2.4 将state与第N轮密钥进行十进制模加；
3.3 进行最终轮加密运算；
3.3.1 将state进行十进制S盒替换；
3.3.2 将state进行十进制行移位；
3.3.3 将state与第N+1轮密钥进行十进制模加。
本发明所述酒产品的加密标识解密步骤如下：
1 扫描酒产品包装上的一维和二维条码标签得到酒产品的十进制加密追溯码；
2 从数据中心获取加密密钥并根据AES轮密钥扩展方法计算得到多轮解密所需的轮密钥；
3 将待解密的加密追溯码按4x4位十进制数的大小进行分组，每个4x4位数大小的分组都称之为一个体，即state；
4 对每个state进行多轮解密，最后将所有state的解密结果组合成解密标识（即十进制唯一标识）输出；
4.1 进行最终轮解密运算；
4.1.1 将state与第N+1轮密钥进行十进制模减。
4.1.2 将state进行十进制行逆移位；
4.1.3 将state进行十进制逆S盒替换；
4.2 循环多轮解密运算，轮数记为N；
4.2.1 将state与第N轮密钥进行十进制模减；
4.2.2 将state进行十进制列逆混合；
4.2.3 将state进行十进制行逆移位；
4.2.4 将state进行十进制逆S盒替换；
4.3 将state与第一轮密钥进行十进制模减。
本发明所述十进制列混合运算针对一个state中可能的四种长度的列：1维、2维、3维、4维都给出了可逆列混合矩阵A1，A1’，A2，A2’， A3，A3’，A4，A4’如下：
。
其中A1、A2、A3、A4是对于不同长度的列加密所用的列混合矩阵，在加密中分别将state的列向量与A1、A2、A3、A4进行矩阵乘法，即列混合，而A1’、A2’、A3’、A4’是对于不同长度的列解密所用的列混合逆矩阵，在解密中分别将state的列向量与A1’、A2’、A3’、A4’进行矩阵乘法，即列混合的逆运算。
本发明所述加密和解密所用的密钥不公开于条码中，而是统一存储于数据中心，在酒产品的二维条码中只存储加密标识，还有产品的部分溯源信息用于在不连接数据中心的时候进行离线查询。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）提出的基于加密条码的酒类防伪溯源方法，在条码技术方案成本较低的基础上，具有较强的防伪溯源功能，提供了一种低成本、高防伪、可溯源的酒产品保护方案；
（2）提出的加密条码技术无需对十进制原始追溯码做编码规范和长度上的限制，使用者可根据自己的需要自行编码，可以对任意长度的十进制编码进行加密和解密操作，并且不改变原始编码的长度；
（3）采用一维码和二维码结合的条码方式，由于条码中同时存储了两份防伪追溯码和部分溯源信息，使得在没有网络和数据库的情况下也可以进行部分的溯源，并且由于条码中存储密钥，降低了加密被破解的可能性；
（4）本发明提出的加密条码技术使得条码中存储的编码经过较高强度的加密，每件产品都可以有自己的唯一标识，可以通过解密的过程进行唯一性验证，不容易被分析和变造，具有较强的防伪功能。
附图说明
图1为本发明的基于加密条码的酒类防伪溯源方法体系结构图；
图2为本发明的十进制标识加密示意图；
图3为本发明的十进制标识解密示意图；
图4为本发明的十进制S盒替换基本流程图；
图5为本发明的十进制列混合基本流程图；
图6为本发明的实施实例架构图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明方法进行详细说明。
将每个批次或每件产品的唯一十进制标识及对应的溯源信息存储于酒类数据中心，这些信息可供产品查验时调用；通过条码加密解密模块将数据中心的产品十进制标识进行加密得到十进制加密标识或者相反；在生产过程中，通过条码打印模块将加密的标识打印成酒品包装上的条码；在查验过程中，条码扫描模块扫描酒品包装上的条码得到产品的加密标识，将该加密标识提交酒类数据中心解密得到产品的唯一十进制标识并查询对应产品的防伪溯源信息。
本发明中采用的AES加密条码同时包含一维码和二维码，结合了一维码形式简单、易于识读，二维码存储容量较大的优点。在一维码中存储的是用于标识特定批次酒产品的追溯码，用户可根据追溯码查询到对应批次的酒产品信息，进而获得该批次产品从原料到生产再到销售全过程的溯源信息。二维码中同样存储了一份追溯码，用于一维码无法读取时的备份，此外由于二维码存储容量较大的特点，二维码中还存放了该批次产品的简要溯源信息，这样即使用户不联网，也可以通过读取二维码获取产品的简要溯源信息，从而实现部分溯源的功能。本发明采用改进的AES加密算法对追溯码进行加密，密钥保存在服务器上，由于AES加密算法的安全性，加密后的追溯码即使在已知加密算法的情况下，只要不知道加密密钥就很难被破解。
本发明所述酒产品加密条码标识的主要步骤如下：
1 将酒产品的溯源信息（原料采购、生产、销售信息）存储在酒类数据中心中，为每个批次（每件）酒产品生成一个十进制唯一标识；
2 将酒产品的十进制唯一标识进行加密生成加密标识；
2.1 从数据中心获取加密密钥并根据十进制论密钥扩展方法计算得到多轮加密所需的轮密钥；
2.2 将待加密的条码按4x4位十进制数的大小进行分组，每个4x4位数大小的分组都称之为一个“体（state）”；
2.3 对每个state进行多轮加密，最后将所有state的加密结果组合成加密条码输出：
2.3.1 将state与第一轮密钥进行十进制模加；
2.3.2 循环N=9轮加密运算；
2.3.2.1 将state进行十进制S盒替换；
2.3.2.2 将state进行十进制行移位；
2.3.2.3 将state进行十进制列混合；
2.3.2.4 将state与第N轮密钥进行十进制模加；
2.3.3 进行最终轮加密运算；
2.3.3.1 将state进行十进制S盒替换；
2.3.3.2 将state进行十进制行移位；
2.3.3.3 将state与第10轮密钥进行十进制模加；
3 用条码打印机将加密标识批量打印于条码内生成加密条码标签；
4 将加密条码标签粘贴于酒品包装上用于防伪溯源标识。
经过上述步骤后，即可在酒产品上添加防伪溯源标识，这些标识的查验步骤如下：
1 用条码扫描设备扫描酒产品上的加密条码标签获得加密标识；
2 将加密标识发送至条码解密模块进行解密得到酒产品在酒类数据中心的唯一标识；
3 根据解密后的标识在数据中心的溯源信息中进行查询，如果该标识在数据中心中有对应的溯源信息则为正品酒，返回该酒产品的溯源信息，否则该酒产品不是正品酒，数据中心没有该产品的溯源信息。
生成加密条码的方法核心包括四种运算：十进制S盒替换、十进制行移位、十进制列混合、十进制轮密钥加。
十进制的轮密钥加，即十进制模加法运算，可定义为：
，
该运算在解密算法中对应的逆运算，定义为：
。
十进制S盒替换将输入的十进制数在S盒中查找对应的替换数字并输出，本发明将S盒替换运算改进为同时使用两种十进制S盒如图4所示：对可凑成一对的十进制数位用以GF(102)为空间的S盒进行替换，对于末位为奇数的单个十进制数用以GF(10)为空间的S盒进行替换，这样即保证了加密的强度，又兼顾了算法的适应性。
以GF(10)为空间的S盒（记为S1）及逆S盒（记为S1’）可列举如下：
，
以GF(102)为空间的S盒（记为S2）及逆S盒（记为S2’）可列举如下：
S2：
；
S2’：
。
十进制行移位将state的每个横列向左循环位移某个偏移量得到行移位的输出。
本发明提出的列混合运算针对一个state中可能的任意长度的列（1维、2维、3维、4维）都给出了可逆列混合矩阵如下：
，
，
，
。
其中A1、A2、A3、A4是对于不同长度的列加密所用的列混合矩阵，在加密中分别将state的列向量与A1、A2、A3、A4进行矩阵乘法，即列混合，而A1’、A2’、A3’、A4’是对于不同长度的列解密所用的列混合逆矩阵，在解密中分别将state的列向量与A1’、A2’、A3’、A4’进行矩阵乘法，即列混合的逆运算。
本发明提出的加密条码技术可应用（但不限）于白酒安全生产质量溯源管理系统，该系统以目前较为成熟的企业级应用开发标准J2EE为基础，采用免费并开源的J2EE开发框架和Java语言设计并实现，对原料采购、生产、仓储和销售过程中的各种数据进行信息化管理，实现了白酒生产、加工环节的全面监控，防止白酒原料源头污染、生产加工过程的添加剂以及有害物质，既可以根据白酒批次查询白酒原料来源；又可以根据白酒原料编号查询该原料用于哪些产品中。
白酒溯源系统包含多种溯源功能：正向物料追溯、反向产品追溯、关键控制点溯源、追溯码溯源。正向物料追溯以物料入库环节为起点，可追溯入库的物料由何处采购（采购的具体信息）？进入了哪些生产环节（生产的具体信息）？生产的产品流向何处（销售的具体信息）？反向产品追溯以灌装成品为起点，可追溯指定批次的产品采用了哪些批次的物料？物料由何处采购？经历了哪些生产环节？生产的产品流向何处？关键控制点溯源将整个溯源过程归结为若干个关键控制环节，可从任一关键控制环节对其它关键控制环节进行追溯。本文介绍的追溯码溯源也属于反向产品溯源的一种，不同的是用户输入的追溯信息不是未经加密的产品生产批次信息，而是将产品的生产批次信息编码后加密得到的追溯码，该追溯码和其它一些附加信息被存储在一维和二维条码中。
例如批次号为“1301010000”的一批白酒，数据中心中可以将批次号“1301010000”作为为该批次酒品的唯一标识，存储该批次酒品的溯源信息。假设该批产品共有1000件，将批次号和件号组合成一件产品的唯一标识，比如某件酒品的唯一标识为“130101000001000”，通过本发明所述的十进制加密方法，将该标识加密可得到加密标识“724692591480364”，批量将一批酒品的唯一标识进行加密生成一个包含加密标识信息的条码批量打印文件，用条码打印机将这些加密标识打印到条码标签上，然后就可以将这些标签逐个粘贴到酒类包装上去形成防伪溯源标识。在查验过程中，比如扫描某件酒品包装上的加密条码得到加密标识为“724692591480364”，解密后得到唯一标识为“130101000000001”，从中提取生产批次“1301010000”，进而可以查询到该批次酒品的溯源信息，显然如果扫描得到的加密标识不是经过本系统加密算法和加密密钥加密得到的话，那么解密的结果就无法对应到正确的生产批次，所以可以有效地对酒类产品进行防伪和溯源。
典型的追溯码溯源过程主要包含以下步骤：
1) 根据产品生产批次信息加密生成包含追溯码的条码批量打印文件；
2) 在条码打印机上输入条码批量打印文件批量打印条码；
3) 将打印好的条码标签逐个贴在白酒包装上；
4) 用户登陆白酒溯源系统打开追溯码溯源界面；
5) 扫描输入白酒包装上所贴条码中的追溯码；
6) 系统对追溯码进行解密验证得到产品的生产批次信息；
7) 系统根据产品的生产批次信息追溯该批次产品的溯源信息。
该防伪溯源系统架构如图6所示，图中的关键环节处理终端包含了条码打印模块，由一台装有条码打印机（GODEX EZ1105）的PC机组成，这个终端可将酒产品的各种溯源信息（原料采购、生产加工、销售信息）通过白酒溯源系统服务器输入数据中心，并将加密标识通过条码打印机批量打印成条码标签，粘贴到酒类包装上形成防伪溯源标识。图中的溯源查询终端包含了条码扫描模块，由一台装有条码扫描设备（Honeywell 1900GHD）的PC机组成，这个终端可扫描酒包装上的加密条码得到加密标识后发送至白酒溯源系统服务器进行解密，解密后的产品标识可在数据中心中进行查验，将查验结果显示给查验用户。白酒溯源系统服务器包含条码加密解密模块，由一台部署了J2EE容器（Tomcat 6.0）和白酒溯源系统程序的服务器组成，它负责对酒产品的标识进行加密和解密、产品溯源信息的输入以及响应用户的查验请求。酒类数据中心由一台数据库（MS SQL Server 2005）服务器组成，它存储了酒产品的溯源信息、条码加密解密的密钥以及必要的系统管理信息。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于加密条码标识的酒类防伪溯源方法，包括以下步骤：将每个批次或每件产品的唯一十进制标识及对应的溯源信息存储于酒类数据中心，这些信息可供产品查验时调用；条码加密解密模块将数据中心的产品十进制标识进行加密得到十进制加密标识，即加密追溯码；在生产过程中，条码打印模块将加密的标识打印成酒品包装上的条码；在查验过程中，条码扫描模块扫描酒品包装上的条码得到产品的加密追溯码，将该加密追溯码提交酒类数据中心解密得到产品的唯一十进制标识并查询对应产品的防伪溯源信息，其特征在于：将酒产品的十进制唯一标识进行加密生成加密标识步骤如下：
1.1、从数据中心获取加密密钥并根据AES轮密钥扩展方法计算得到多轮加密所需的轮密钥；
1.2、将待加密的十进制唯一标识按4x4位十进制数的大小进行分组，每个4x4位数大小的分组都称之为一个体，即state；
1.3、对每个state进行多轮加密，最后将所有state的加密结果组合成加密追溯码输出；
1.3.1、将state与第一轮密钥进行十进制模加；
1.3.2、循环多轮加密运算，轮数记为N，N为1以上自然数；
1.3.2.1、将state进行十进制S盒替换；
1.3.2.2、将state进行十进制行移位；
1.3.2.3、将state进行十进制列混合；
1.3.2.4、将state与第N轮密钥进行十进制模加；
1.3.3、进行最终轮加密运算；
1.3.3.1、将state进行十进制S盒替换；
1.3.3.2、将state进行十进制行移位；
1.3.3.3、将state与第N+1轮密钥进行十进制模加；
所述十进制列混合运算针对一个state中可能的四种长度的列：1维、2维、3维、4维都给出了可逆列混合矩阵A1，A1’，A2，A2’，A3，A3’，A4，A4’如下：
；
；
；
；
其中A1、A2、A3、A4是对于不同长度的列加密所用的列混合矩阵，在加密中分别将state的列向量与A1、A2、A3、A4进行矩阵乘法，即列混合，而A1’、A2’、A3’、A4’是对于不同长度的列解密所用的列混合逆矩阵，在解密中分别将state的列向量与A1’、A2’、A3’、A4’进行矩阵乘法，即列混合的逆运算。
2.根据权利要求1所述的基于加密条码标识的酒类防伪溯源方法，其特征在于：酒产品的加密标识解密步骤如下：
2.1、扫描酒产品包装上的一维和二维条码标签得到酒产品的十进制加密追溯码；
2.2、从数据中心获取加密密钥并根据AES轮密钥扩展方法计算得到多轮解密所需的轮密钥；
2.3、将待解密的加密追溯码按4x4位十进制数的大小进行分组，每个4x4位数大小的分组都称之为一个体，即state；
2.4、对每个state进行多轮解密，最后将所有state的解密结果组合成解密标识输出；
2.4.1、进行最终轮解密运算；
2.4.1.1、将state与第N+1轮密钥进行十进制模减；
2.4.1.2、将state进行十进制行逆移位；
2.4.1.3、将state进行十进制逆S盒替换；
2.4.2、循环多轮解密运算，轮数记为N；
2.4.2.1、将state与第N轮密钥进行十进制模减；
2.4.2.2、将state进行十进制列逆混合；
2.4.2.3、将state进行十进制行逆移位；
2.4.2.4、将state进行十进制逆S盒替换；
2.4.3、将state与第一轮密钥进行十进制模减。
3.根据权利要求1或2所述的基于加密条码标识的酒类防伪溯源方法，其特征在于：加密和解密所用的密钥不公开于条码中，而是统一存储于数据中心，在酒产品的二维条码中只存储加密标识，还有产品的部分溯源信息用于在不连接数据中心的时候进行离线查询。
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