CN107665414A - 一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，提供RFID电子标签，所述RFID电子标签设置在用于包装货物的包裹上，包括以下步骤：技术服务商生成若干密钥对，将各私钥分别分配至发货人以及各物流商节点，将公钥分配至签收人；发货人在发货前在RFID电子标签内写入货物信息并进行加密，将装有货物的包裹交接给物流商；各物流商节点分别在RFID电子标签内写入对应的物流信息并进行加密；签收人收到包裹后，确认包裹是否有物理损坏，若有物理损坏则直接拒收，否则通过公钥读取RFID电子标签内的货物信息和物流信息，确认无误后进行签收。本发明实现了对货物在物流过程中的追溯，便于确定发货人的第一责任，在物流中对承运人责任进行辅助管理。

Description

一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法

技术领域

本发明涉及物流领域，尤其涉及一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法。

背景技术

代购、海淘这个虚拟时代，怎么去信任？当我们决定在一个陌生人的手中购物的时候，我们怎么去相信这一份货品真伪。

1、当个人客户通过电子途径下产品订单时，如何确保购买的产品是从原产地发货；

2、在产品运输过程中，如何确保货物没有被打开，物品没有进行更换；

3、在运输行业中，快递员暴力运输导致产品损坏时常发生；

4、在运输过程中经常发生运输丢件，运输信息没有等问题；

现在海淘商品现状：“假货摇身一变成海淘正品”，以化妆品为例：在二手交易平台上，大批量购买大牌化妆品空瓶，经过伪造国外快递单和采购小票，伪造物流信息和出产地来达到“海外镀金”目的后，以代购正品的身份出现在各大销售平台。

现有技术对此只是各物流环节扫描，通过面单识别后告知货主物流信息，而货物在当中发生了什么货主是不知道的。

而现有的RFID保真技术，在物流环节没有结合物流扫描，RFID是出厂静态的原始状态，客户验真的时候最多只知道这个产品批号出厂日期，中间落实时效分析没有和物流结合。其次，现有RFID保真技术包含信息量非常有限，没有工厂包装BOM信息、原始发运人信息、承运人环节信息、地理信息，这就让造假者有很大空间利用RFID防伪技术去刷假产品，甚至伪造验真网站，客户通过这个手段已经很难保护自己的权益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，实现了对货物在物流过程中的追溯，便于确定发货人的第一责任，在物流中对承运人责任进行辅助管理。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，提供RFID电子标签，所述RFID电子标签设置在用于包装货物的包裹上，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：技术服务商生成若干密钥对，每一密钥对包括一公钥和一私钥，将各私钥分别分配至发货人以及各物流商节点，将公钥分配至签收人；

步骤S2：发货人在发货前在RFID电子标签内写入货物信息，通过被分配的私钥对所述货物信息进行加密，将装有货物的包裹交接给物流商；

步骤S3：各物流商节点分别在RFID电子标签内写入对应的物流信息，并通过被分配的私钥对所述物流信息进行加密；

步骤S4：签收人收到包裹后，首先确认包裹是否存在物理损坏，若有物理损坏则直接拒收，否则通过被分配的公钥读取RFID电子标签内的货物信息和物流信息，确认无误后进行签收。

进一步的，所述货物的包裹上还设置有一板载电路，当包装被打开时，因开路信号产生一脉冲，板载电路上的电子计数器对所述脉冲进行计数并通过逻辑电路芯片将开箱记录写入RFID电子标签预设的开箱专用标志位，步骤S4中，签收人在签收时读取该开箱专用标志位，若有开箱记录则拒收。

进一步的，所述RFID电子标签包括模拟前端、数字控制器、EEPROM模块和AES模块；所述AES模块包括控制器、RAM模块和数据路径；所述数据路径内构建一子模块，所述子模块只执行四分之一的MixColumns操作。

进一步的，所述RFID电子标签内的货物信息和物流信息只有结合对应的密钥对才能修改。

进一步的，所述发货人和各物流商节点在进行信息加密的同时还进行数字签名。

进一步的，所述步骤S3中，发货人在发货前还增加流水线视频记录流程，将货物生产、包装的视频切片进行记录。

进一步的，所述步骤S1前还包括步骤S0：搭建区块链，所述区块链用于保存所述货物信息和物流信息。

进一步的，所述区块链具有节点的自校验功能和多节点准实时的数据校验功能。

进一步的，所述步骤S3中的货物信息包括货物的生产BOM信息、出厂时间信息、身份码和发货地GPS定位信息。

进一步的，所述步骤S4中的物流信息包括接货时间、接货地址、验货情况、转运时间和接货商代码。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用公钥、首要私钥、次要私钥即临时私钥实现对RFID电子标签内不同内容的写入和读取，各私钥设置了不同的读写权限，保证的信息的公开化，便于后期的追溯；另外，本发明的RFID电子标签设置了开箱专用标志位用于记录开箱记录，避免了货物中途被打开而客户却对此毫不知情的情况发生，客户读取到有开箱记录的情况下，可直接拒收货物。

附图说明

图1为本发明的整体流程图。

图2为本发明一实施例的RFID电子标签架构图。

图3为本发明一实施例的AES模块的架构图。

图4是本发明一实施例的板载电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，提供RFID电子标签，所述RFID电子标签设置在用于包装货物的包裹上，亦可封装在包裹内，包括以下步骤：

步骤S1：技术服务商生成若干密钥对，每一密钥对包括一公钥和一私钥，将各私钥分别分配至发货人以及各物流商节点，将公钥分配至签收人；

其中，所述密钥对的产生采用RSA算法，具体如下：

1.选择两个大素数，p和q，计算出n＝qp，n称为RSA算法的模数。p，q必须保密，一般要求p，q为安全素数，n的长度大于1024bit，这主要是因为RSA算法的安全性依赖于因子分解大数问题。

2.计算n的欧拉数

φ(n)＝(p-1)(q-1)

φ(n)定义为不超过n并与n互质的数的个数。

3.然后随机选择加密密钥e，从[0,φ(n)-1]中选择一个与φ(n)互质的数e作为公开的加密指数。

4.最后，利用Euclid算法计算解密密钥d,满足de≡1(modφ(n))。其中n和d也要互质。数e和n是公钥，d是私钥。两个素数p和q不再需要，应该丢弃，不要让任何人知道。

5.得到所需要公开密钥和秘密密钥：

公开密钥(即加密密钥)PK＝(e，n)

秘密密钥(即解密密钥)SK＝(d，n)

步骤S2：发货人在发货前在RFID电子标签内写入货物信息，所述货物信息包括货物的生产BOM信息、出厂时间信息、身份码和发货地GPS定位信息。并通过被分配的私钥对所述货物信息进行加密，将装有货物的包裹交接给物流商；

步骤S3：各物流商节点分别在RFID电子标签内写入对应的物流信息，所述物流信息包括接货时间、接货地址、验货情况、转运时间和接货商代码。并通过被分配的私钥对所述物流信息进行加密；

于本实施例中，RFID电子标签内设置有若干Block分别用于所述发货人和物流商节点写入货物信息或物流信息；已被写入RFID电子标签的货物信息和物流信息只有结合对应的密钥对才能修改。所述RFID电子标签包括模拟前端、数字控制器、EEPROM模块和AES模块；所述AES模块包括控制器、RAM模块和数据路径；所述数据路径内构建一子模块，所述子模块只执行四分之一的MixColumns操作。

如图2所示为所述RFID电子标签的架构图。

由四个部分组成：模拟前端，数字控制器，EEPROM模块和AES模块。模拟前端利用电源负责从读卡器发送电磁场到标签。模拟前端的其他任务是对数据进行调制和解调以及恢复载波频率的时钟。数字控制器是处理与读卡器通信的状态机，实现防冲突机制，执行协议中的命令。此外，它允许对EEPROM模块和AES模块进行读写访问。EEPROM模块存储标签特定的数据，如唯一的ID和加密密钥。当电源撤去时，必须保留这些数据。安全增强型RFID标签使用AES模块进行强加密认证，该模块专为低功耗要求和低芯片尺寸限制而设计。关于功耗和芯片面积的要求以及AES模块的描述如下。

RFID标签设计要求，为了在使用RFID系统方面获得显着的经济效益，标签需要价格低于0.10美元，简单的识别标签和安全性增强的标签稍高一些。除了成本低下，环境条件起决定性作用，因为非接触式识别必须在几米的距离内工作。限制因素是标签的可用电源和信号强度的调制和解调。RFID标签(数字控制器和AES模块)的数字部分的有效功耗为20μA。

将数字控制器的电流消耗估计为5μA，15μA不得超过5,000个门的芯片面积的AES模块。此外，每秒认证标签的数量约为50.可利用这18ms的时隙用于加密128位数据块。我们设计的AES架构可在大约1000个时钟周期内完成加密。因此，AES模块的时钟频率可以降低到100kHz以下。达到功耗控制目标。

数据块(即所谓的状态)具有128位固定大小的状态。状态被组织为四行和四列字节的矩阵。定义的密钥长度为128位，192位或256位。我们的实现使用128位固定密钥大小。作为大多数对称密码，AES通过应用相同的圆函数来加密输入块。十轮函数通过应用非线性，线性和密钥相关变换来迭代状态。每个将128位状态转换为修改的128位状态。矩阵的每一位都受到这些转变的影响：

1.BubBytesse构成状态的每个字节。这个操作是非线性的。它经常被实现为表查找。有时SubBytes转换称为S-Box操作。

2.ShiftRows通过偏移旋转状态的每一行。偏移的实际值等于行索引，例如。第一排根本不旋转；最后一行向左旋转三个字节。

3.MixColumns转换状态列。它是GF(28)的扩展字段中的加法多项式乘法。

4.AddRoundKey通过加载相应的bitsmod2将128位状态与128位循环密钥相结合。该转换对应于状态的AXOR操作和圆键。

128位循环密钥的计算通过应用KeySchedule函数来工作。第一轮密钥相当于密钥。同步循环密钥的计算基于S-Box功能和Rcon操作。AES是用于硬件实现的灵活算法。大量的架构可以覆盖全系列的应用。

AES硬件实现可以针对嵌入式系统的低芯片尺寸需求量身定制，可针对服务器应用中的高吞吐量进行优化。AES算法的灵活性是由其创建者所设计的。他们注意到该算法可以在具有不同总线大小的系统上实现。在8位，32位，64位和128位平台上可以高效的实现。

将AES算法作为32位架构实现，与128位架构相比，所耗费的硬件资源只占有原有的四分之一。这是AES加密的四倍的费用。硬件数量减少对功耗有一个积极的作用：四分之一硬件资源消耗四分之一的功率。对于无线设备而言，这是一个重要的性能，其平均功耗比加密一个块所需的总体能量更重要的质量方面。对于128位架构，32位架构的总体能耗可能更多。但RFID标签既没有提供足够强的电磁场来为硅片空间提供128位数据通路供电。

RFID标签的电源要求甚至太限制于允许32位AES实现的操作。因此，我们决定将AES算法实现为8位架构而不是32位架构。这种用于AES算法的硬件实现的新方法有两个原因。首先，8位架构可以将S-Box的数量从4个减少到1个，以节省硅资源。8位操作比32位操作消耗的功耗明显减少。8位架构的惩罚是加密的时钟周期数量增加。InRFID认证应用程序持续1000个周期的加密并不会降低多个标签通过当前身份验证的身份验证吞吐量。

所述8位AES模块的架构如图3所示，它可能是AES算法的最小硬件实现。

该模块基本上由三部分组成：控制器，RAM和数据路径。控制器与标签上的其他模块进行通信，交换数据，并对10加密的AES加密进行排序。因此，它相应地寻址RAM并生成数据通路的控制信号。RAM存储128位状态和128位循环密钥。这些256位组织为32字节，以适应预期的8位架构。32个字节是AES的最小可配置内存配置。存储器是单端口的，以减少用硅量。修改状态和计算的元件覆盖以前的值。由于不需要用于存储中间值的备用存储器，控制器必须确保在加密期间状态字节和密钥字节都不会被覆盖。RAM实现是基于寄存器的。使用时钟门控来最大限度地降低功耗。AES模块的数据路径包含组合逻辑，用于计算AES转换子比特，MixColumns和AddRoundKey。ShiftRows转换由控制器实现。在执行SubBytesthe控制器的过程中，对RAM进行寻址，以便执行ShiftRows操作。

AES数据路径的最大部分是用于SubBytes操作的S-Box。实现AES S-Box有几种选择。最明显的选择是一个256×8位ROM来实现8位桌面显示。不过，ROM的设计功耗较高。一个比较好的选择是使用如图所示的组合逻辑来计算替代值，所以我们通过省略解密电路来适应所提出的组合S-Box，以适应我们的仅加密AES。这个S-Box的一个特点是它可以通过插入寄存器级流水线。S-Box只使用一个流水线周期。这将S-Box的关键路径缩短到7个异或门并降低了故障率。此外，流水线寄存器用作流水线SubBytes操作的中间存储器：在替换一个字节时，从存储器读取下一个字节。写入字节被写入当前的读取地址。通过正确选择读地址，该过程可以有效地组合SubBytes和ShiftRows操作。ShiftRows降低复杂度为仅仅寻址。

另一个创新的解决方案是MixColumns操作。我们实现了构建一个子模块，这个子模块只执行四分之一的MIXColumns操作。通过访问子模块四次,完成整个混合列操作。一列的MixColumns操作如方程式所示。该方程式表明，MixColumns的输出字节qi由相同的函数计算-只是输入列字节ai的顺序不同。

q(x)＝a(x)·c(x)＝modn(x)

我们利用此属性将MixColumns电路复杂程度减少到原始大小的四分之一。所得到的电路可以在一个时钟周期内计算一个输出字节。除了组合电路计算qi之外，14-MixColumnsircuit还包含三个8位寄存器来存储三个输入列字节ai。在第一个输出qi计算之前，填充该值ai。第四个输入ai直接从RAM中获取。通过将RAM输出值热发散性阿紫移到寄存器中，并从RAM中选择下一个值来计算后续的输出值。一列的处理周期，需要七个时钟周期。用于转换整个状态的完整MixColumns操作需要28个时钟周期。所以MixColumns电路的关键路径甚至比S-Box更短。

数据路径的剩余组件是子模块Rcon，一些XORGATE和一个8位寄存器。Rcon是关键时间表所需的简单电路。XOR门是循环密钥生成所必需的，用于在AddRoundKey转换过程中将State与Round键组合。在密钥调度中需要8位寄存器来存储中间结果。

明文块的加密工作如下：在开始加密之前，必须将明文块加载到AES模块的RAM中。在RFID标签应用中，明文块是从读卡器接收的128位数据。读卡器和标签之间的通信是面向字节(8位))的，可以很好地适应AES模块的8位架构：每个接收的字节都可以存储在AES模块中。不需要中间记忆。加密密钥以与标签的“EEPROM”类似的方式获得。现在可以执行AES算法。它通过使用未修改密码的AddRoundKey操作对状态的修改开始。通过应用SubBytes，ShiftRows，MixColumns的操作和AddRoundKey的转换，执行AES循环。只有最后一轮缺少MixColumns操作。Roundkeys是及时计算的。这通常称为即时关键时间表。圆键通过使用S-Box，Rcon和数据路径的XOR操作从其前身派生。

于本实施例中，所述发货人和各物流商节点在进行信息加密的同时还进行数字签名。其中签名生成算法的具体内容如下：

1数字签名的生成算法设待签名的消息为M，为了获取消息M的数字签名(r,s)，作为签名者的用户A应实现以下运算步骤：

A1：置M＝ZA||M；

A2：计算e＝Hv(M)，按SM2椭圆曲线公钥密码算法第1部分3.2.4和3.2.3给出的方法将e的数据类型转换为整数；

A3：用随机数发生器产生随机数k∈[1,n-1]；

A4：计算椭圆曲线点(x1,y1)＝[k]G，按SM2椭圆曲线公钥密码算法第1部分3.2.8给出的方法将x1的数据类型转换为整数；

A5：计算r＝(e+x1)modn，若r＝0或r+k＝n则返回A3；

A6：计算s＝((1+dA)-1·(k-r·dA))mod n，若s＝0则返回A3；

A7：按SM2椭圆曲线公钥密码算法第1部分3.2.2给出的细节将r、s的数据类型转换为字节串，消息M的签名为(r,s)。

步骤S4：签收人收到包裹后，首先确认包裹是否存在物理损坏，若有物理损坏则直接拒收，否则通过被分配的公钥读取RFID电子标签内的货物信息和物流信息，确认无误后进行签收。

于发明另一本实施例中，所述货物的包裹上还设置有一板载电路，当包装被打开时，因开路信号产生一脉冲，板载电路上的电子计数器对所述脉冲进行计数并通过逻辑电路芯片将开箱记录写入RFID电子标签预设的开箱专用标志位，步骤S4中，客户在收货时，读取货物信息、物流信息及开箱专用标志位，若开箱专用标志位内没有额外的开箱记录，则进行签收，否则拒收；所述板载电路的电路图请参照图4，其中，图中MCU选用STM8S103，选用14.456mhz，的主频是为了更好的适应外接设备的串行通讯，用来读取记录的数据；Y1为晶振，C13、C14和Y1及MCU内部的辅助电路，组成振荡电路；P2是用来读取数据的通讯接口；C9、C7、R12为MCU的最小工作电路的外围元器件；C8为MCU的退耦电容；R2、R3为IIC的上拉电阻，是MCU和EEPROM通讯不可缺少的组成部分；P1为MCU的编程接口。其原理如下：1、当开箱检测S1被触动的，MCU会收到一次中断信号；2、此时，将EEPOM里次数读出，加1后再次存入EEPROM里，如此往复。

于本实施例中，发货人在发货前还增加流水线视频记录流程，将货物生产、包装的视频切片进行记录并上传，用于后期界定承运人责任。

于本实施例中，所述步骤S1前还包括步骤S0：搭建区块链，所述区块链用于保存所述货物信息、物流信息、流水线的视频切片及开箱记录等信息。

所述区块链通过非对称加密的数字签名保证业务请求在传输过程中不能被篡改，通过公示机制保证各节点的数据一致的存储。对于已经存储的数据记录通过节点的节点的自校验功能和多节点准实时的数据校验功能来保证已经存储的数据记录不能被修改。

节点的自校验功能：区块链采用块链结构存储数据记录，其中部分记录的修改会破坏块链结构的完整性，可以快速校验出来并从其他节点将数据恢复。另外区块链每个记账节点都有自己的私钥，每个区块头中包含了本节点私钥的签名，区块内数据的修改都可以通过签名校验出来。

多节点准实时的数据校验功能：当节点的私钥被盗取，恶意用户是存在修改账本链上所有数据的可能性的，区块链提供了多节点间准实时的数据对比机制，可以及时发现某个节点账本数据被篡改的情况。

用户隐私和交易保密

区块链中用户信息和区块链地址是隔离的。从各节点的记录存储中，无法获取到相关联的用户信息。用户信息存储有权限控制，访问认证，加密存储等多层保护。对交易保密程度较高的用户还可以选择交易不相关性机制，同一个用户的每次交易都映射到区块链上不同的地址上，从而保证了在交易账本上无法获取一个用户的多笔交易的关联性。

在区块链的密钥管理解决方案中，提供了密钥保险箱和用户账户委托的功能来保证密钥的安全。密钥保险箱使用用户信息对密钥加密并分割存储在多个不同的节点上，正常业务流程下不会访问密钥保险箱，当用户密钥丢失后，可以通过对用户信息认证之后将密钥找回。账户委托是通过委托账户来操作被委托账户来实现账户找回的功能，区块链所有委托账户操作会独立记录在区块链上，并且对委托账户的操作有严格的频度限制和独立的风控策略，可以严格控制委托账户的操作风险。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，提供RFID电子标签，所述RFID电子标签设置在用于包装货物的包裹上，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：技术服务商生成若干密钥对，每一密钥对包括一公钥和一私钥，将各私钥分别分配至发货人以及各物流商节点，将公钥分配至签收人；

步骤S2：发货人在发货前在RFID电子标签内写入货物信息，通过被分配的私钥对所述货物信息进行加密，将装有货物的包裹交接给物流商；

步骤S3：各物流商节点分别在RFID电子标签内写入对应的物流信息，并通过被分配的私钥对所述物流信息进行加密；

步骤S4：签收人收到包裹后，首先确认包裹是否存在物理损坏，若有物理损坏则直接拒收，否则通过被分配的公钥读取RFID电子标签内的货物信息和物流信息，确认无误后进行签收。

2.根据权利要求1所述的一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，其特征在于，所述货物的包裹上还设置有一板载电路，当包装被打开时，因开路信号产生一脉冲，板载电路上的电子计数器对所述脉冲进行计数并通过逻辑电路芯片将开箱记录写入RFID电子标签预设的开箱专用标志位，步骤S4中，签收人在签收时读取该开箱专用标志位，若有开箱记录则拒收。

3.根据权利要求1所述的一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，其特征在于，所述RFID电子标签包括模拟前端、数字控制器、EEPROM模块和AES模块；所述AES模块包括控制器、RAM模块和数据路径；所述数据路径内构建一子模块，所述子模块只执行四分之一的MixColumns操作。

4.根据权利要求1所述的一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，其特征在于，所述RFID电子标签内的货物信息和物流信息只有结合对应的密钥对才能修改。

5.根据权利要求1所述的一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，其特征在于，所述发货人和各物流商节点在进行信息加密的同时还进行数字签名。

6.根据权利要求1所述的一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，其特征在于，所述步骤S3中，发货人在发货前还增加流水线视频记录流程，将货物生产、包装的视频切片进行记录。

7.根据权利要求1所述的一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，其特征在于，所述步骤S1前还包括步骤S0：搭建区块链，所述区块链用于保存所述货物信息和物流信息。

8.根据权利要求7所述的一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，其特征在于，所述区块链具有节点的自校验功能和多节点准实时的数据校验功能。

9.根据权利要求1所述的一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，其特征在于，所述步骤S3中的货物信息包括货物的生产BOM信息、出厂时间信息、身份码和发货地GPS定位信息。

10.根据权利要求1所述的一种带加密射频识别有源数字线路板对货品追溯防伪方法，其特征在于，所述步骤S4中的物流信息包括接货时间、接货地址、验货情况、转运时间和接货商代码。