CN110111119B

CN110111119B - 基于区块链的带物理防伪nfc芯片的鞋服防伪系统及方法

Info

Publication number: CN110111119B
Application number: CN201910402950.XA
Authority: CN
Inventors: 潘玉灼; 陈信; 程启冉; 黄小阳; 冯荣奔; 车佳洋; 肖倩; 王丞昊
Original assignee: Quanzhou Normal University
Current assignee: Quanzhou Normal University
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2039-05-15
Also published as: CN110111119A

Abstract

本发明公开基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统及方法，将区块链技术与NFC技术结合起来，运用两者各自的优势做到高精度防伪。带物理防伪NFC芯片相对于普通NFC芯片可以“一芯二用”，有外围线圈替代吊牌线将吊牌捆绑于鞋服商品上，并NFC芯片设有置位引脚，外围线圈的通断改变置位引脚的电平。当外围线圈未被破坏时置位引脚处于低电平状态，此时用户通过近场终端读取NFC芯片信息时NFC芯片输出“未售出”的验证信息并通过近场终端从以太坊网络获取该鞋服对应的区块链数据显示于近场终端上。本发明的基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统相比于二维码、条形码更安全、不易破坏。

Description

基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统及方法

技术领域

本发明涉及服装防伪技术领域，尤其涉及基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统及方法。

背景技术

当今市场存在较为普遍的防伪技术有一物一码防伪技术、油墨防伪技术和精密版文防伪技术等。一物一码防伪技术就是给商品绑定“身份证”，让商品可溯源、防伪。油墨防伪技术是在油墨连接料中加入特殊性能的防伪材料，主要用于票证、商标。精密版文防伪技术难度大，主要用于钞票的防伪。

现有技术中采用的传统数据库，具有中心化、垄断性等缺点，鞋服数据有被人为篡改、丢失、窃取的风险。使用数字码、条形码、二维码等标识，商品信息容易被破坏和更改，且该类标识容易被仿造，商品信息安全得不到保障。

发明内容

本发明的目的在于提供基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统及方法。

本发明采用的技术方案是：

基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统，其包括RFID卡体、近场终端、以太坊网络， RFID卡体上设有NFC芯片以及与NFC芯片连接的物理防伪电路和外围线圈，NFC芯片具有RF发射前端和存储器，NFC芯片通过RF发射前端与近场终端进行通信并向近场终端提供经加密的验证信息，外围线圈替代吊牌线将吊牌捆绑于商品上，外围线圈的一端连接NFC芯片的供电引脚，外围线圈的另一端穿过吊牌并经由物理防伪电路接入NFC芯片的一置位引脚，外围线圈的通断改变置位引脚的电平，当外围线圈未断开时置位引脚保持低电平且NFC芯片输出“未售出”的验证信息，当外围线圈断开时置位引脚变为高电平且NFC芯片输出“已卖出”的验证信息；RFID卡体的一表面上印制有二维码，近场终端扫描二维码提取存储于NFC芯片的DAPP客户端；近场终端基于DAPP客户端通过RPC接口与以太坊网络建立区块链通信连接并获取对应鞋服商品的区块链数据，近场终端同时将验证信息与以太坊网络上的鞋服商品的区块链数据进行校验，并在验证通过后更新鞋服商品的区块链数据。

进一步地，每张RFID卡的提供的验证信息采用AES加密算法进行加密。

进一步地，每张RFID卡的提供的验证信息包括唯一身份码、鞋服销售状态信息。鞋服销售状态信息分别“未售出”和“已售出”。

进一步地，RFID卡体的另一表面上印制有芯片型号、NFC芯片的合格证明、鞋服商品的生产日期、鞋服商品的厂商信息。

进一步地，近场终端通过DAPP客户端从以太坊网络上获取鞋服商品的区块链数据，鞋服商品的区块链数据包括鞋服商品的生产日期，生产厂商、合格认证信息。

进一步地，物理防伪电路包括非门，外围线圈的另一端穿过吊牌分别连接一保护电阻R1和下拉电阻R2的一端，下拉电阻R2的另一端接地，保护电阻R1的另一端连接非门的输入的，非门的输出端连接NFC芯片的一置位引脚。

进一步地，本发明还公开了基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪方法，其包括以下步骤：

步骤1，厂商将空白的带物理防伪NFC芯片的RFID卡连同吊牌一同捆绑于鞋服上并使得外围线圈处于连通状态；

步骤2，厂商将DAPP客户端和带唯一身份码的初始验证信息写入NFC芯片，并同时将写入的信息发布至以太坊网络形成鞋服商品的区块链数据；

步骤3，用户通过近场终端扫描印制在RFID卡上的二维码获取存储在NFC芯片上的DAPP客户端；

步骤4，用户在不破坏外围线圈的情况下通过DAPP客户端读取RFID卡上NFC芯片内的验证信息，验证信息包括唯一身份码和鞋服销售状态信息；

步骤5，NFC芯片输出“未售出”的验证信息并通过DAPP客户端向以太坊网络获取对应该验证信息的鞋服商品的区块链数据；

步骤6，近场终端显示获取的该鞋服商品的区块链数据并显示该鞋服商品的销售状态为“未售出”；

步骤7，用户剪断外围线圈时，NFC芯片的置位的电位改变，NFC芯片激活触发寄存器内的修改程序将EEPROM内的鞋服销售状态信息修改为“已售出”；

步骤8，用户在剪断外围线圈的情况下再次读取芯片时，NFC芯片输出“已售出”的验证信息并通过DAPP客户端将该验证信息对应的鞋服的“已售出”销售状态信息公布至以太坊网络；

步骤9，近场终端显示该鞋服商品的销售状态为“已售出”，同时NFC芯片将该RFID卡对应的唯一身份码无效化。

进一步地，NFC芯片通过AES加密算法将验证信息加密。

进一步地，NFC芯片与以太坊网络通信时分别经过密钥协商、加密传输和解密认证。

本发明采用以上技术方案，将区块链技术与NFC技术结合起来，运用两者各自的优势做到高精度防伪。带物理防伪NFC芯片相对于普通NFC芯片可以“一芯二用”，有外围线圈替代吊牌线将吊牌捆绑于鞋服商品上，并NFC芯片设有置位引脚，外围线圈的通断改变置位引脚的电平。当外围线圈未被破坏时置位引脚处于低电平状态，此时用户通过近场终端读取NFC芯片信息时NFC芯片输出“未售出”的验证信息并通过近场终端从以太坊网络获取该鞋服对应的区块链数据显示于近场终端上。

当外围线圈被破坏时置位引脚处于高电平状态，NFC芯片激活其触发寄存器内的修改程序将EEPROM内的鞋服销售状态信息修改为“已售出”，此时用户再通过近场终端读取NFC芯片信息时NFC芯片输出“已售出”的验证信息并通过近场终端将“已售出”信息公布在以太坊网络，同时NFC芯片将该RFID卡对应的唯一身份码无效化；近场终端显示“已售出”的状态信息。本发明的鞋服数据信息数据库采用以太坊的去中心化数据库，对比传统数据库，去中心化数据库具有：1、透明性，所有参与者都可以查询信息。2、开放性，除了交易各方的私有信息被加密外，数据库数据对所有人公开，且数据库具有不可篡改、伪造性，一旦信息经过验证并添加至数据库，就会永久的存储起来，除非能够同时控制系统中超过51%的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的。

本发明的基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统相比于二维码、条形码更安全、不易破坏。将外围线圈剪断时改变芯片内部信息，并且通过AES加密算法将其加密，消费者使用手机扫描NFC芯片只需将手机贴近芯片即可，比扫描防伪码更加方便。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统原理示意图；

图2为本发明的私链连接以太坊的框架示意图；

图3为本发明的区块链拓扑结构示意图；

图4为本发明的RFID卡的结构示意图；

图5为本发明的RFID卡的电路原理框图；

图6为本发明的RFID卡的NFC芯片的一表面示意图；

图7为本发明的RFID卡的NFC芯片的另一表面示意图；

图8为本发明的RFID卡的NFC芯片的外围电路连接示意图；

图9为本发明的RFID卡的使用状态示意图；

图10为本发明的带物理防伪NFC芯片的工作流程示意图；

图11为本发明的AES加密算法的密钥协商流程示意图；

图12为本发明的AES加密算法的明文矩阵转换示意图；

图13为本发明的AES加密算法的解密时分组处理流程示意图。

具体实施方式

如图1-10之一所示，本发明公开了基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统，其包括RFID卡体10、近场终端、以太坊网络，如图4所示，RFID卡体10上设有NFC芯片1以及与NFC芯片1连接的物理防伪电路和外围线圈2，NFC芯片1具有RF发射前端和存储器，NFC芯片1通过RF发射前端与近场终端进行通信并向近场终端提供经加密的验证信息，外围线圈2替代吊牌线将吊牌捆绑于商品上，外围线圈2的一端连接NFC芯片1的供电引脚，外围线圈2的另一端穿过吊牌并经由物理防伪电路接入NFC芯片1的一置位引脚，外围线圈2的通断改变置位引脚的电平，当外围线圈2未断开时置位引脚保持低电平且NFC芯片1输出“未售出”的验证信息，当外围线圈2断开时置位引脚变为高电平且NFC芯片1输出“已卖出”的验证信息；RFID卡体10的一表面上印制有二维码，近场终端扫描二维码提取存储于NFC芯片1的DAPP客户端；近场终端基于DAPP客户端通过RPC接口与以太坊网络建立区块链通信连接并获取对应鞋服商品的区块链数据，近场终端同时将验证信息与以太坊网络上的鞋服商品的区块链数据进行校验，并在验证通过后更新鞋服商品的区块链数据。

具体地，如图2所示，DAPP（decentralized application）是一种应用，和普通的APP原理一样。但是DAPP是去中心化的，由以太坊网络本身自己的节点来运作的DAPP，不依赖于任何中心化的服务器。一般APP应用是由前端和后台组成，与之不同的是DAPP由前端和智能合约组成，智能合约相当于后台服务器，前台界面通过RPC接口与后台连接，实现网页访问。

DAPP客户端与DAPP服务器组合即为区块链技术中所谓的私链，搭建好的私链通过Wbe3连接以太坊（ETH节点和ETH网络）成为公链。

如图3所示，以太坊网络的区块链拓扑图。DAPP客户端发起交易并发送交易数据，通过RPC接口进入以太坊节点，以太坊底层通过EVM模块支持合约的执行与调用，调用时根据合约地址获取到代码，生成环境后载入到EVM中运行。运算结果与其他节点的与运算结果相互验证，验证通过变为区块链数据发布到以太坊上，如此便实现私链与以太坊的联系。

本发明采用DAPP作为连接消费者与后台服务器的媒介，消费者可以使用DAPP客户端开启手机NFC功能进行鞋服验证，并将结果反馈给后台，后台比对结果将发布到前台界面，消费者在手机上读取鞋服信息即可。

进一步地，如图6所示，RFID卡体1010的一表面上印制有二维码，用户通过手机终端扫描二维码提取存储于NFC的防伪客户端。具体地，芯片正面放置DAPP二维码，消费者通过扫描二维码将DAPP客户端安装到手机上进行防伪操作。如图7所示，RFID卡体10的另一表面上印制有芯片型号、NFC芯片1的合格证明、鞋服商品的生产日期、鞋服商品的厂商信息。

进一步地，如图5所示，物理防伪电路包括非门，外围线圈2的另一端穿过吊牌分别连接一保护电阻R1和下拉电阻R2的一端，下拉电阻R2的另一端接地，保护电阻R1的另一端连接非门的输入的，非门的输出端连接NFC芯片1的一置位引脚。进一步地，保护电阻R1的阻值为500Ω，下拉电阻的阻值为10kΩ。

进一步地，NFC芯片1还具有I²C接口，用户通过I²C接口向NFC芯片1写入数据。

进一步地，如图8所示，NFC芯片1的外围配置有正常工作必需的时钟电路、RF链路和I²C链路。

如图9所示，本实用新型的RFID卡捆绑在鞋服商品上的样本，使外围线圈2代替传统捆绑吊牌的细线，外围线圈2为单匝线，与吊牌串接后捆绑在商品上。当消费者将外围线圈2剪断时可以触发芯片变更发送的反馈信息。具体地，首先空白RFID卡的外围线圈2一端处于断开状态，悬挂上相应的吊牌后使线圈穿过鞋服的拉环，再用机器将断开的一端连接，最后将相应的防伪程序和信息写入空白RFID卡。当外围线圈2没有被破坏时，RFID卡只执行手机终端下载防伪程序以及验证鞋服真伪的任务；当外围线圈2被剪断之后，通过置位控制触发NFC芯片11变更发送关于商品的信息内容。

本实用性的NFC芯片1为现有常规的NFC芯片1，如图5所示，其内部具有如下功能模块：

（1）RF接口：RF接口为非接触式接口，兼容NFC Forum Type 2类型，基于ISO/IEC14443协议标准，RF射频模拟前端按照协议将信号发送给RF接口数字模块，数字模块对信号进行处理。支持手机等具有NFC功能的机器读取信息。

（2）I²C接口：通信速率最高达1Mbps，用于厂家生产鞋服时将数据写入芯片。

（3）数字控制模块：为芯片核心控制模块，负责处理完成其他模块间的数据传递和处理，包含能量收集模块、仲裁机制状态控制寄存器、存储接口、I²C处理模块、命令解析模块、防碰撞模块、内存控制模块。能量收集模块通过天线端电磁能量耦合收集能量，通过引脚为外部器件提供驱动。状态控制寄存器符合“先来先响应”原则，控制两接口的响应先后顺序。防碰撞模块防止多件耦合设备进入感应场时顺序混乱。

（4）存储器：数据存放，其中小部分空间为初始化配置信息，无法更改，其他部分可读写。从RF角度看，存储器以块划分，数据在存储和读写时根据要求读块、写块。从I²C角度看，储存器以地址划分。存储器包含2048字节的EEPROM和64字节寄存器构成的SRAM。EEPROM用于储存信息，SRAM作用是开启RF接口与I²C接口快速数据传递时作为传输媒介。

具体地，如图10所示，NFC芯片1的工作原理，（1）在没有剪断外围线圈2时，消费者使用手机NFC功能读取芯片，NFC芯片1会与服务器进行密钥协商、加密传输、解密认证，同时能量收集模块开始工作，消费者就可以获取鞋服商品的生产日期，生产厂商、合格认证等的各项信息。

（2）当剪断外围线圈2后，置位将使内存控制接口电位改变，触发寄存器内的修改程序更改EEPROM内信息。当消费者再次读取芯片时，NFC芯片1会再一次与服务器进行联系，服务器收到EEPROM内的更改信息，将关于件鞋服已售出的信息公布至以太坊，为鼓励用户剪断外围线圈2可以反馈给消费者相应的积分或优惠券。NFC芯片1中鞋服“身份证”也随之失效。

进一步地，如图10-13之一所示，本发明还公开了基于区块链的带物理防伪NFC芯片1的鞋服防伪方法，其包括以下步骤：

步骤1，厂商将空白的带物理防伪NFC芯片1的RFID卡连同吊牌一同捆绑于鞋服上并使得外围线圈2处于连通状态；

步骤2，厂商将DAPP客户端和带唯一身份码的初始验证信息写入NFC芯片1，并同时将写入的信息发布至以太坊网络形成鞋服商品的区块链数据；

步骤3，用户通过近场终端扫描印制在RFID卡上的二维码获取存储在NFC芯片1上的DAPP客户端；

步骤4，用户在不破坏外围线圈2的情况下通过DAPP客户端读取RFID卡上NFC芯片1内的验证信息，验证信息包括唯一身份码和鞋服销售状态信息；

步骤5，NFC芯片1输出“未售出”的验证信息并通过DAPP客户端向以太坊网络获取对应该验证信息的鞋服商品的区块链数据；

步骤7，用户剪断外围线圈2时，NFC芯片1的置位的电位改变，NFC芯片1激活触发寄存器内的修改程序将EEPROM内的鞋服销售状态信息修改为“已售出”；

步骤8，用户在剪断外围线圈2的情况下再次读取芯片时，NFC芯片1输出“已售出”的验证信息并通过DAPP客户端将该验证信息对应的鞋服的“已售出”销售状态信息公布至以太坊网络；

步骤9，近场终端显示该鞋服商品的销售状态为“已售出”，同时NFC芯片1将该RFID卡对应的唯一身份码无效化。

进一步地，NFC芯片1通过AES加密算法将验证信息加密。具体地，本发明为保护鞋服信息采用高级加密标准（AES,Advanced Encryption Standard）算法进行加密处理，AES算法安全性高、计算速度快等特点，可以在受限空间环境中进行加密或者解密操作。AES加密分为以下四部分：字节代换运算、行移位变换、列混合变换、轮密钥加变换。AES解密即加密的逆运算。

本发明采用AES-128标准进行加密，共进行10轮加密，密钥长度为128位（16字节），分组长度为128位（16字节）。如图12所示，AES以字节（8 bits）作为处理单位，16字节的明文分组可以用P=[P0,P1,…,P15]的4*4字节矩阵表示，在加密过程的每一轮中，该矩阵内容不断发生变化，称为状态矩阵S=[S0,S1,…,S15]，经过10轮处理之后，最终得到密文矩阵C=[C0,C1,…,C15]，在密钥扩展获得了11个轮密钥之后，明文将经过1轮初始轮密钥加处理，9轮重复轮函数处理，以及1轮最终轮处理，实际上经过11轮处理（其中初始轮没有进行可逆变换，仅有轮密钥加操作）。如图11所示，展示了加密过程中每一轮需要经过的字节替换、行移位、列混合和轮密钥加的四个步骤，这四个步骤使得每轮输入的每一位充分地混淆并将影响尽快扩散到输出的每一位中。

如图13所示，其展示了解密的过程，同样经历的是10+1轮（初始轮也是仅做轮密钥加），上文已经说过，四个轮操作都是可逆变换，因此解密的四个轮步骤就是对应轮加密的四个步骤的逆执行。

进一步地，NFC芯片1与以太坊网络通信时分别经过密钥协商、加密传输和解密认证。

具体地，本发明采用椭圆曲线密码体制完成密钥协商。椭圆曲线密码体制（Elliptic Curve Cryptosystems，ECC）而制作。举例：已知椭圆曲线上一点X，一个整数k，求解 Y=k×X是很简单的；但是如果已知点 X、Y，求解Y=k×X中的整数k却很困难，这是一个不可逆的过程。在此基础上，利用Diffie-Hellman 密钥交换算法EDCH 进行密钥协商计算。在此对现有技术不作详细叙述。

如图11所示，数据库通过服务器借助手机向NFC芯片1发起认证请求，两者同时生成随机数x、y并进行交换密钥计算，所得交换密钥互送给双方进行协商密钥计算，两者协商密钥一致则密钥协商成功。

本发明采用以上技术方案，将区块链技术与NFC技术结合起来，运用两者各自的优势做到高精度防伪。带物理防伪NFC芯片1相对于普通NFC芯片1可以“一芯二用”，有外围线圈2替代吊牌线将吊牌捆绑于鞋服商品上，并NFC芯片1设有置位引脚，外围线圈2的通断改变置位引脚的电平。当外围线圈2未被破坏时置位引脚处于低电平状态，此时用户通过近场终端读取NFC芯片1信息时NFC芯片1输出“未售出”的验证信息并通过近场终端从以太坊网络获取该鞋服对应的区块链数据显示于近场终端上。

当外围线圈2被破坏时置位引脚处于高电平状态，NFC芯片1激活其触发寄存器内的修改程序将EEPROM内的鞋服销售状态信息修改为“已售出”，此时用户再通过近场终端读取NFC芯片1信息时NFC芯片1输出“已售出”的验证信息并通过近场终端将“已售出”信息公布在以太坊网络，同时NFC芯片1将该RFID卡对应的唯一身份码无效化；近场终端显示“已售出”的状态信息。本发明的鞋服数据信息数据库采用以太坊的去中心化数据库，对比传统数据库，去中心化数据库具有：1、透明性，所有参与者都可以查询信息。2、开放性，除了交易各方的私有信息被加密外，数据库数据对所有人公开，且数据库具有不可篡改、伪造性，一旦信息经过验证并添加至数据库，就会永久的存储起来，除非能够同时控制系统中超过51%的节点，否则单个节点上对数据库的修改是无效的。

本发明以一物一码的概念为前提，提出基于区块链的带物理防伪NFC芯片1的鞋服防伪系统相比于二维码、条形码更安全、不易破坏。将外围线圈2剪断时改变芯片内部信息，并且通过AES加密算法将其加密保证信息安全，且不容易被篡改和物理破坏。消费者使用手机扫描NFC芯片1只需将手机贴近芯片即可，比扫描防伪码更加方便。

Claims

1. 基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统，其特征在于：其包括RFID卡体、近场终端、以太坊网络， RFID卡体上设有NFC芯片以及与NFC芯片连接的物理防伪电路和外围线圈，NFC芯片具有RF发射前端和存储器，NFC芯片通过RF发射前端与近场终端进行通信并向近场终端提供经加密的验证信息，外围线圈替代吊牌线将吊牌捆绑于商品上，外围线圈的一端连接NFC芯片的供电引脚，外围线圈的另一端穿过吊牌并经由物理防伪电路接入NFC芯片的一置位引脚，外围线圈的通断改变置位引脚的电平，当外围线圈未断开时置位引脚保持低电平且NFC芯片输出“未售出”的验证信息，当外围线圈断开时置位引脚变为高电平且NFC芯片输出“已卖出”的验证信息；RFID卡体的一表面上印制有二维码，近场终端扫描二维码提取存储于NFC芯片的DAPP客户端；近场终端基于DAPP客户端通过RPC接口与以太坊网络建立区块链通信连接并获取对应鞋服商品的区块链数据，近场终端同时将验证信息与以太坊网络上的鞋服商品的区块链数据进行校验，并在验证通过后更新鞋服商品的区块链数据。

2.根据权利要求1所述的基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统，其特征在于：

每张RFID卡的提供的验证信息采用AES加密算法进行加密。

3.根据权利要求1所述的基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统，其特征在于：

每张RFID卡的提供的验证信息包括唯一身份码、鞋服销售状态信息，鞋服销售状态信息分别“未售出”和“已售出”。

4.根据权利要求1所述的基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统，其特征在于：所述RFID卡体的另一表面上印制有芯片型号、NFC芯片的合格证明、鞋服商品的生产日期、鞋服商品的厂商信息。

5.根据权利要求1所述的基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统，其特征在于：鞋服商品的区块链数据包括鞋服商品的生产日期，生产厂商、合格认证信息。

6.根据权利要求1所述的基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统，其特征在于：所述物理防伪电路包括非门，外围线圈的另一端穿过吊牌分别连接一保护电阻R1和下拉电阻R2的一端，下拉电阻R2的另一端接地，保护电阻R1的另一端连接非门的输入的，非门的输出端连接NFC芯片的一置位引脚。

7.基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪方法，应用于权利要求1-6任一所述的基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪系统，其特征在于：方法包括以下步骤：

步骤2，厂商将DAPP客户端和带唯一身份码的初始验证信息写入NFC芯片，并同时将写入的初始验证信息发布至以太坊网络形成鞋服商品的区块链数据；

8.根据权利要求7所述的基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪方法，其特征在于：所述NFC芯片通过AES加密算法将验证信息加密。

9.根据权利要求7所述的基于区块链的带物理防伪NFC芯片的鞋服防伪方法，其特征在于：所述NFC芯片与以太坊网络通信时分别经过密钥协商、加密传输和解密认证。