基于雙向追溯模式的黑茶防偽溯源系統(tǒng)的構(gòu)建

朱燕妮，雷堅(jiān)，龍陳鋒

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

黑茶具有較高的保健養(yǎng)生價(jià)值[1]。近年隨著黑茶需求量的增加，假冒偽劣黑茶也隨之出現(xiàn)，不僅擾亂了市場(chǎng)秩序，也損害了黑茶的品牌價(jià)值。目前，已有對(duì)白茶、龍井茶等質(zhì)量安全可追溯體系的應(yīng)用研究[2–4]。這些追溯體系均為單向溯源模式，且無(wú)基于溯源的防偽功能。筆者在研究一般溯源模式的基礎(chǔ)上，提出一種應(yīng)用Hash 函數(shù)對(duì)黑茶產(chǎn)品號(hào)進(jìn)行加密、簡(jiǎn)化各級(jí)用戶對(duì)產(chǎn)品真?zhèn)悟?yàn)證過(guò)程的二維碼防偽方法，并應(yīng)用其設(shè)計(jì)了黑茶產(chǎn)品雙向溯源模式，旨在通過(guò)構(gòu)建黑茶防偽溯源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從種植到生產(chǎn)加工再到流通的數(shù)據(jù)收集與表達(dá)，滿足銷售商、消費(fèi)者的防偽溯源要求；通過(guò)對(duì)溯源過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類與統(tǒng)計(jì)，為企業(yè)決策和發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持。

1 改進(jìn)的二維碼防偽方法

二維碼(2–dimensional bar code)具有信息容量大、譯碼可靠性高、糾錯(cuò)能力強(qiáng)、制作成本低、保密及防偽性能好等優(yōu)點(diǎn)[5–6]，已經(jīng)成功應(yīng)用于證卡管理[7]、鐵路客票[8]、白酒等商品外包裝[9–10]等諸多領(lǐng)域。二維碼應(yīng)用于黑茶防偽溯源，一是有利于黑茶的產(chǎn)品溯源，追溯產(chǎn)品相關(guān)信息；二是使產(chǎn)品標(biāo)識(shí)具有唯一性[10]，不但能有效監(jiān)督流通環(huán)節(jié)，而且防偽效果好；三是二維碼的使用方式簡(jiǎn)單快捷，方便消費(fèi)者查詢?，F(xiàn)有的二維碼技術(shù)防偽主要集中在2個(gè)方面。一是需要消費(fèi)者利用通信網(wǎng)絡(luò)，將二維碼中的產(chǎn)品標(biāo)志碼信息發(fā)送到特定系統(tǒng)來(lái)查詢真?zhèn)蔚臄?shù)碼防偽技術(shù)，如電話防偽、短信防偽等。這一防偽技術(shù)存在著生產(chǎn)企業(yè)對(duì)識(shí)別標(biāo)志控制管理能力弱、易于批量仿制、消費(fèi)者識(shí)別難度高、缺乏企業(yè)與消費(fèi)者之間互動(dòng)溝通的劣勢(shì)。二是為每個(gè)最小包裝的產(chǎn)品提供一個(gè)唯一的產(chǎn)品標(biāo)識(shí)號(hào)，對(duì)其進(jìn)行加密之后產(chǎn)生的密文圖片打印、粘貼到產(chǎn)品外包裝上，形成二維碼標(biāo)簽，消費(fèi)者購(gòu)買后，將掃描出的二維碼圖片作為防偽載體，通過(guò)手機(jī)發(fā)送彩信或互聯(lián)網(wǎng)提交方式進(jìn)行在線驗(yàn)證，再獲得查詢結(jié)果。這種方法由于在產(chǎn)品包裝上的二維碼標(biāo)簽讀出來(lái)的是密文，還需要將圖片作為載體登錄產(chǎn)品查詢系統(tǒng)進(jìn)行真?zhèn)舞b別[15]，過(guò)程過(guò)于繁瑣。

為了簡(jiǎn)化查詢過(guò)程，快速獲取查詢結(jié)果，筆者改進(jìn)了二維碼防偽實(shí)現(xiàn)方式。

1) 產(chǎn)品標(biāo)識(shí)號(hào)。針對(duì)連續(xù)編號(hào)易于仿制的缺點(diǎn)，產(chǎn)品標(biāo)識(shí)號(hào)使用直接定址法的Hash 函數(shù)獲得1個(gè)Hash 值作為該產(chǎn)品標(biāo)識(shí)號(hào)。如使用H(Key)= a×Key+b 的Hash 構(gòu)造函數(shù)得到Hash 值。利用此構(gòu)造方法，Hash 值產(chǎn)生沖突的概率較小，若產(chǎn)生沖突，則使用鏈地址法處理，以獲得1個(gè)唯一的Hash 值。如產(chǎn)品編號(hào)為031021501307281076，前14 位為產(chǎn)地、生產(chǎn)和流通編號(hào)，后4 位為商品編號(hào)，對(duì)商品編號(hào)進(jìn)行Hash 變換，取a=3、b=9，得H(1076)=3×1076+9=3237，則該商品編號(hào)變?yōu)?31021501307283237。再將得到的新編號(hào)作為產(chǎn)品標(biāo)識(shí)號(hào)，加入到防偽溯源的二維碼標(biāo)簽中。

2) 消費(fèi)終端。消費(fèi)者通過(guò)掃描二維碼標(biāo)簽，得到產(chǎn)品的基本信息及標(biāo)識(shí)號(hào)后，到廠商提供的官網(wǎng)，用產(chǎn)品標(biāo)識(shí)號(hào)查詢產(chǎn)品的真?zhèn)危瑥亩鴮?shí)現(xiàn)溯源和防偽。查詢過(guò)程如圖1 所示。首次查詢產(chǎn)品標(biāo)識(shí)號(hào)時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)品的真?zhèn)涡畔⒅苯臃祷亟o查詢用戶，同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄該產(chǎn)品被查詢的時(shí)間、手機(jī)號(hào)碼等信息。當(dāng)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)號(hào)重復(fù)被查詢時(shí)，系統(tǒng)會(huì)與數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的查詢記錄進(jìn)行比對(duì)，若信息(如手機(jī)號(hào)碼)相同，則返回合法產(chǎn)品信息，若信息不同，則記錄本次查詢信息并核查該標(biāo)識(shí)號(hào)的被查詢次數(shù)是否超過(guò)限制。如果產(chǎn)品的查詢次數(shù)超過(guò)限制，則提醒消費(fèi)者該產(chǎn)品已被多次查詢，謹(jǐn)防假冒。

圖1 查詢處理流程 Fig.1 Query processing diagram

3) 經(jīng)銷商方面。經(jīng)銷商和消費(fèi)者都有可能在黑茶銷售前查詢產(chǎn)品真?zhèn)?，這使得產(chǎn)品可能會(huì)被多次查詢，因此，系統(tǒng)作如下處理：對(duì)于大件產(chǎn)品包裝，通過(guò)掃描二維碼防偽標(biāo)簽，來(lái)獲知真假；對(duì)于小包裝產(chǎn)品，只記錄消費(fèi)者查詢次數(shù)信息，不記錄經(jīng)銷商查詢次數(shù)，若多個(gè)消費(fèi)者查詢之后還未售出，經(jīng)銷商則通過(guò)其擁有的重置查詢次數(shù)權(quán)限增加查詢次數(shù)，沒有權(quán)限的經(jīng)銷商則反饋到上級(jí)經(jīng)銷商進(jìn)行設(shè)置。

2 基于雙向溯源模式的黑茶防偽溯源系統(tǒng)的構(gòu)建

溯源系統(tǒng)中的用戶完成防偽追溯時(shí)，產(chǎn)生大量的查詢數(shù)據(jù)，反映了產(chǎn)品的各種銷售信息，有利于上游企業(yè)的發(fā)展決策。目前在農(nóng)產(chǎn)品與食品行業(yè)，針對(duì)不同的產(chǎn)品從生產(chǎn)到消費(fèi)路徑不同的特性，開發(fā)出的不同產(chǎn)品溯源模式[11–14]，僅實(shí)現(xiàn)了源頭追溯，沒有有效的利益追溯產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，稱為單向溯源模式。這種模式特點(diǎn)是：①研究對(duì)象是商品信息，即消費(fèi)者和分銷商通過(guò)一維條碼、二維條碼或射頻標(biāo)簽查詢生產(chǎn)源頭，以確定產(chǎn)品的真假；②研究的技術(shù)手段集中在生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)收集、管理、傳輸與表示。

針對(duì)單向溯源模式中，消費(fèi)者追溯所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)被閑置和追溯功能局限于消費(fèi)者以及生產(chǎn)商、分銷商向后追蹤產(chǎn)品的流向及市場(chǎng)銷售等數(shù)據(jù)被忽視這些弱點(diǎn)，筆者提出一種雙向追溯模式，如圖2所示，其中信息流即數(shù)據(jù)流，記錄種植采收、加工生產(chǎn)、物流運(yùn)輸和銷售過(guò)程的所有信息及走向，為追溯系統(tǒng)作好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。追溯流分為向上防偽追溯和向下統(tǒng)計(jì)決策追溯。向上防偽追溯，是追溯黑茶產(chǎn)品的種植、生產(chǎn)、質(zhì)量、銷售區(qū)域、銷售商等信息，為用戶追溯產(chǎn)品來(lái)源提供可靠的信息追溯流。向下統(tǒng)計(jì)決策追溯，是企業(yè)或經(jīng)銷商對(duì)產(chǎn)品下游銷售(如區(qū)域銷售、種類銷售)、庫(kù)存、消費(fèi)群體等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析追溯，為企業(yè)或經(jīng)銷商的決策提供有效數(shù)據(jù)追溯流。進(jìn)入系統(tǒng)的用戶均可根據(jù)其訪問權(quán)限追溯相應(yīng)的產(chǎn)品信息，如企業(yè)可以向下追溯產(chǎn)品的區(qū)域銷售情況，而普通消費(fèi)者則只能向上追溯產(chǎn)品的質(zhì)量、種植等信息。

圖2 雙向溯源模式 Fig. 2 Bidirectional traceability mode

在黑茶產(chǎn)品雙向溯源模式中，黑茶種植管理是追溯的源頭，消費(fèi)者購(gòu)買茶葉后能夠根據(jù)二維碼串號(hào)查詢茶葉種植信息，從而做到產(chǎn)地溯源。同時(shí)作為源頭管理，通過(guò)向下溯源了解銷售趨勢(shì)，為后續(xù)的種植和生產(chǎn)作出正確的決策。黑茶加工生產(chǎn)是整個(gè)追溯過(guò)程的核心環(huán)節(jié)，包括產(chǎn)地、茶葉采摘和加工等信息，通過(guò)產(chǎn)品包裝上的二維碼標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)對(duì)茶葉加工信息的溯源查詢，同時(shí)通過(guò)向下溯源了解銷售情況和趨勢(shì)，為加工和生產(chǎn)做準(zhǔn)備。黑茶銷售商在追溯過(guò)程中向上溯源查詢茶葉質(zhì)量及真?zhèn)?，向下溯源則能夠統(tǒng)計(jì)分析黑茶在各地區(qū)的銷售情況，形成統(tǒng)計(jì)報(bào)表，掌握銷售趨勢(shì)，為物流和倉(cāng)儲(chǔ)做準(zhǔn)備；消費(fèi)者為追溯終端，只能向上溯源，通過(guò)二維碼標(biāo)簽信息對(duì)產(chǎn)品的真?zhèn)渭吧a(chǎn)信息進(jìn)行查詢，同時(shí)還可以收集每一種茶的銷售統(tǒng)計(jì)情況，為消費(fèi)者提供消費(fèi)參考。

根據(jù)雙向溯源模式與黑茶溯源過(guò)程分析，系統(tǒng)劃分為黑茶種植管理、加工生產(chǎn)管理、銷售管理、防偽溯源查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與決策以及用戶管理6個(gè)模塊。系統(tǒng)的架構(gòu)模型如圖3 所示。

圖3 黑茶防偽溯源系統(tǒng)架構(gòu) Fig.3 Architecture of dark tea anti-counterfeiting traceability system

1) 種植管理。黑茶追溯的源頭模塊，這一模塊詳細(xì)記錄黑茶生長(zhǎng)環(huán)境信息(如產(chǎn)地、地塊、采摘時(shí)間等)和農(nóng)事活動(dòng)信息(如打藥、施肥等)及其他自然生長(zhǎng)信息。消費(fèi)者購(gòu)買茶葉之后能夠根據(jù)其二維碼串號(hào)查詢到其生長(zhǎng)種植信息，做到產(chǎn)地溯源。

2) 加工生產(chǎn)管理。對(duì)從種植園采摘到的茶葉進(jìn)行加工處理，在最小茶葉包裝袋上打印唯一的二維碼標(biāo)簽，做到每包茶葉擁有唯一標(biāo)識(shí)。同時(shí)可以通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)查詢，得到各類產(chǎn)品在各地的銷售狀況，從而反向指導(dǎo)企業(yè)加工生產(chǎn)。

3) 銷售管理。黑茶追溯過(guò)程的中間環(huán)節(jié)，查詢產(chǎn)品的來(lái)源，統(tǒng)計(jì)各地區(qū)各經(jīng)銷商的銷售記錄和庫(kù)存，優(yōu)化庫(kù)存與配送，形成報(bào)表提醒用戶。

4) 防偽溯源管理。提供不同用戶的查詢接口，消費(fèi)者能夠查詢到茶葉從田間種植到生產(chǎn)加工、運(yùn)輸銷售的整個(gè)環(huán)節(jié)信息；企業(yè)能夠查詢生產(chǎn)銷售信息，質(zhì)監(jiān)部門能夠抽查產(chǎn)品質(zhì)量，查看涉假信息。

5) 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與決策。對(duì)不同地區(qū)、不同消費(fèi)群體的消費(fèi)意愿進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為種植、生產(chǎn)和銷售環(huán)節(jié)的決策提供數(shù)據(jù)支持。

(6) 用戶管理。對(duì)不同部門用戶授予不同管理權(quán)限，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 討 論

基于二維碼的黑茶防偽追溯應(yīng)用研究，可提高黑茶產(chǎn)品的防偽能力，有效抑制市場(chǎng)上的假冒偽劣產(chǎn)品，但二維碼中的信息比較容易泄露，因此，對(duì)黑茶的防偽鑒別能力還有待提高，如將數(shù)字水印技術(shù)嵌入二維碼來(lái)進(jìn)一步完善二維碼的加密措施。基于二維碼的黑茶防偽追溯系統(tǒng)目前只能應(yīng)用于集種植、生產(chǎn)和銷售等環(huán)節(jié)一體化的黑茶企業(yè)，以及對(duì)大包茶葉進(jìn)行溯源，而黑茶種植散戶、小包茶葉因成本、技術(shù)等問題還難以應(yīng)用，需要從溯源模型簡(jiǎn)化、權(quán)限設(shè)計(jì)、管理等方面進(jìn)行研究。

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