基于加密隱形碼技術(shù)的條煙物流溯源解決方案

張國(guó)華 張付春 吳昊

摘? 要：為解決條煙的物流溯源問(wèn)題，提出一種基于加密隱形碼技術(shù)的條煙物流溯源方案。該方案通過(guò)對(duì)條煙的核心信息進(jìn)行算法加密和隱形，形成一種加密的隱形碼對(duì)條煙進(jìn)行物流溯源。進(jìn)而，基于該加密隱形碼，設(shè)計(jì)一種適用于條煙物流溯源的加密隱形碼條煙物流溯源系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)條煙的防偽溯源。該方案能有效改善條煙物流溯源中的問(wèn)題，對(duì)煙草行業(yè)有一定參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：隱形碼;加密算法;條煙;溯源系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：F253.9??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In order to solve the logistics traceability problem of strips of cigarettes， a logistics traceability scheme of strips of cigarettes based on encrypted invisible code technology was proposed. In this scheme， the core information of the cigarette is encrypted and hidden， and an encrypted invisible code is formed to trace the logistics source of the cigarette. Then， based on the encrypted invisible code， a traceability system of encrypted invisible code is designed， which is suitable for the traceability of cigarette logistics， so as to realize the security traceability of cigarette logistics. This scheme can effectively improve the traceability problems in tobacco logistics， and has certain reference value for the tobacco industry.

Key words： invisible code; encryption algorithm; the smoke; traceability system

0? 引? 言

溯源能滿(mǎn)足獲知某產(chǎn)品或其他組成部分的歷史信息或位置的需求。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與通信技術(shù)的不斷發(fā)展，部分企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始意識(shí)到防偽溯源的重要性，并開(kāi)始使用防偽溯源技術(shù)[1]。條煙物流溯源，是指采用相關(guān)的技術(shù)手段來(lái)監(jiān)控條煙從生產(chǎn)到消費(fèi)的流通過(guò)程，有利于保證市場(chǎng)的有序運(yùn)行，維護(hù)市場(chǎng)穩(wěn)定，為消費(fèi)者和生產(chǎn)商提供有力保障。當(dāng)條煙應(yīng)用物流溯源技術(shù)以后，如果發(fā)生串貨、售假等情況，稽查人員可以通過(guò)該信息定位到問(wèn)題環(huán)節(jié)，明確相關(guān)責(zé)任人，方便追責(zé)與問(wèn)題處理。目前，在煙草行業(yè)，國(guó)家局專(zhuān)賣(mài)局引入了“兩打三掃”的“一號(hào)工程”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)條煙信息的全面準(zhǔn)確采集。每條條煙都有一個(gè)“一號(hào)工程”32位條碼，對(duì)條煙的信息進(jìn)行說(shuō)明[2]。目前是將32位條碼激光打碼到條煙上，該32位條碼包括生產(chǎn)該卷煙的煙廠、售出該條煙的煙草商業(yè)公司以及購(gòu)買(mǎi)該條煙的零售戶(hù)等信息。

但隨著“一號(hào)工程”的應(yīng)用與實(shí)踐，也顯現(xiàn)出一些問(wèn)題。主要體現(xiàn)在：激光條碼在非法流通時(shí)經(jīng)常被違法犯罪人員損毀篡改，導(dǎo)致信息殘缺、辨識(shí)不清、甚至消失的情況，以至于無(wú)法查證非法流通的證據(jù)，也導(dǎo)致條煙無(wú)法追根溯源。煙草行業(yè)急需新的條煙物流溯源方式來(lái)改變現(xiàn)狀。

目前，關(guān)于煙草溯源的研究主要集中于質(zhì)量追溯：鐘琳[3]研究了煙草生產(chǎn)中全過(guò)程質(zhì)量追溯，樊海峰[4]針對(duì)煙葉質(zhì)量安全追溯進(jìn)行了研究，凌菁[5]等基于物聯(lián)網(wǎng)對(duì)煙草防偽與質(zhì)量溯源進(jìn)行了研究，劉建利[6]等對(duì)煙草種植區(qū)溯源特征進(jìn)行了研究。其中關(guān)于條煙物流溯源研究較少，而條煙物流溯源對(duì)于煙草行業(yè)良好發(fā)展有一定意義。基于此，本文提出將加密隱形碼應(yīng)用于條煙物流溯源系統(tǒng)，并形成完整的加密隱形碼條煙物流溯源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)條煙的物流溯源。

1? 條煙加密隱形碼物流溯源技術(shù)

1.1? 條煙加密隱形碼物流溯源相關(guān)理論與技術(shù)

1.1.1? 加密隱形碼相關(guān)密碼理論

加密隱形碼在形成的過(guò)程中，涉及密碼理論。在密碼理論中定義一個(gè)加密算法體制是一個(gè)五元組P、C、K、E、D，滿(mǎn)足以下條件：

（1）P是可能明文的有限集，且存在x∈P;

（2）C是可能密文的有限集，且存在y∈C;

（3）密鑰空間K是可能密鑰的有限集;

（4）對(duì)每一個(gè)k∈K，有一個(gè)加密規(guī)則e∈E和d∈D，每一個(gè)e： P→C和d： C→P是一個(gè)函數(shù)，它滿(mǎn)足dex=x，對(duì)每一個(gè)明文x∈P，每一個(gè)密文y∈C。

其主要特性是條件（4），它是說(shuō)如果一個(gè)明文x使用e加密，加密后的密文接著用d解密，那么原來(lái)的明文將得到恢復(fù)。

加密過(guò)程的示意圖如圖1所示。

本文提出的條煙物流溯源方案中，主要涉及單表替換加密算法及Vigenere加密算法兩種加密算法：

（1）單表替換加密算法

單表替換加密算法是替換式加密算法中較為簡(jiǎn)單的一種形式。在單表替換加密算法中，每個(gè)字母都映射一個(gè)唯一的與之對(duì)應(yīng)的字母，其解密時(shí)使用一個(gè)固定的替換表。具體加密原理如下：

設(shè)P=C=Z，π是由26個(gè)符號(hào)A，B，…，Z的所有可能置換組成的，對(duì)每一個(gè)置換π∈K，定義：ex=πx，且：dy=πy，此處π是π的逆置換。

單表替換加密算法的密鑰由26個(gè)字母的置換組成，這些置換的數(shù)目為26！，大于4.0×1014，是一個(gè)較大的數(shù)值，不易被輕易破解。

（2）Vigenere加密算法

Vigenere加密算法是古典加密算法中最典型的算法之一，是在單一的Caesar加密算法基礎(chǔ)上擴(kuò)充出的多表加密算法。其原理是使用一串字母作為密鑰，結(jié)合Vigenere方陣，每一個(gè)密鑰字母被用來(lái)加密一個(gè)明文字母，第一個(gè)密鑰字母加密第一個(gè)明文字母，第二個(gè)密鑰字母加密第二個(gè)明文字母，以此類(lèi)推，當(dāng)密鑰字母全部使用完畢后，再重復(fù)使用。在此過(guò)程中，Vigenere方陣是固定的，密鑰長(zhǎng)度和內(nèi)容由通信雙方約定且只有通信雙方知道，并且不同的信息塊可以用不同的密鑰來(lái)加密，因此加密的可靠度較高，而破解的幾率低，能較好地保護(hù)信息安全。具體加密原理如下：

設(shè)m是某一固定的正整數(shù)，使用26個(gè)符號(hào)A，B，…，Z，定義P=C=Z。對(duì)一個(gè)密鑰K=k，k，…，k，我們定義：ex，x，…，x=x+k， x+k， …， x+k和dy，y，…，y=y-k， y-k， …， y-k。這里所有運(yùn)算在Z中完成。

1.1.2? 加密隱形碼相關(guān)隱形碼技術(shù)

本文中加密隱形碼所涉及的隱形碼技術(shù)是一種可將條碼信息“消失于”包裝裝潢的圖案之中的技術(shù)，此技術(shù)既不破壞包裝裝潢整體的效果、不影響條碼功能，又能滿(mǎn)足防偽需要。其主要形式有：覆蓋式隱形條碼、光化學(xué)處理的隱形條碼、隱形油墨印制的隱形條碼、紙質(zhì)隱形條碼及金屬隱形條碼。

本文方案中主要應(yīng)用的是隱形油墨印制的隱形條碼技術(shù)。其隱形處理過(guò)程是：將隱形油墨噴涂在包裝上，該油墨中含有細(xì)小的熒光顆粒，直接用眼睛看不見(jiàn)這種顆粒的光反射，因?yàn)槠浞瓷涑鰜?lái)的光不在人眼可見(jiàn)的光譜中，從而實(shí)現(xiàn)條碼的隱形。而當(dāng)使用能發(fā)出紫外線(xiàn)的紫色燈光照射的時(shí)候，反射出來(lái)的紫光就會(huì)讓眼睛捕捉到紫色的光感信號(hào)，從而使該條碼顯現(xiàn)。故只有使用以紫光為光源的隱形條碼識(shí)讀器才可以對(duì)該隱形條碼的信息進(jìn)行識(shí)讀和采集。

1.2? 條煙加密隱形碼物流溯源技術(shù)設(shè)計(jì)

條煙隱形碼物流溯源系統(tǒng)中的加密隱形碼將隱形碼不易被察覺(jué)的特征與加密算法加密特性相結(jié)合，設(shè)計(jì)出用于條煙溯源的加密隱形碼。

為達(dá)到更好的條煙物流溯源效果，本文的方案中，通過(guò)結(jié)合上述單表替換加密算法和Vigener加密算法對(duì)條煙隱形碼進(jìn)行進(jìn)一步加密。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，一般選取較為核心的信息進(jìn)行算法加密，保證在條煙32位碼被損毀時(shí)仍能準(zhǔn)確定位到商戶(hù)。將加密之后的核心信息，通過(guò)隱形噴墨的方式噴打在條煙外包裝上，以實(shí)現(xiàn)對(duì)條煙在流通過(guò)程中的有效溯源。

以周口市煙草的實(shí)際應(yīng)用為例，隱形碼選擇條煙32位條碼中的核心信息：年月日、市區(qū)/縣、零售商代碼組成十位編碼。年月日、市、區(qū)/縣各使用一位代碼來(lái)表示，零售商戶(hù)碼段選擇除去行政區(qū)劃代碼及零售商戶(hù)性質(zhì)的五位代碼（即32位碼中零售商戶(hù)碼段后五位）來(lái)表示。

為實(shí)現(xiàn)碼段對(duì)稱(chēng)、形式工整，將所有信息組成的十位編碼劃分成兩個(gè)編碼段上下組合。通過(guò)自主選擇的密鑰對(duì)零售商代碼進(jìn)行加密，通過(guò)排列組合對(duì)年月日、市、區(qū)/縣五位代碼的排列方式進(jìn)行改變，以確保隱形碼的保密性。

編碼段組合示例如表1所示。

根據(jù)單表替換加密算法對(duì)年月日、市、區(qū)/縣信息進(jìn)行加密;根據(jù)Vigenere加密算法，對(duì)零售商代碼進(jìn)行加密。本文中的方案只是提供一種可能，在具體使用過(guò)程中，可以通過(guò)更換排列組合方式和更換密鑰的方法對(duì)信息加密形式進(jìn)行調(diào)整以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加密，進(jìn)一步增加其保密性。如圖2為生成的隱形碼示例。

加密隱形碼在打碼時(shí)，本方案建議采用打碼三組相同碼的方式進(jìn)行打碼（如圖2所示）。這樣可以有效避免單一打碼識(shí)別不清楚或者被遮蓋的問(wèn)題，確保加密隱形碼的識(shí)別率。

2? 條煙加密隱形碼物流溯源系統(tǒng)

2.1? 條煙加密隱形碼物流溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該條煙物流溯源利用隱形碼可隱藏于條煙包裝之中、不易被察覺(jué)的特點(diǎn)，結(jié)合隱形碼編碼技術(shù)、打碼技術(shù)以及識(shí)別技術(shù)，形成一套完整的條煙物流溯源技術(shù)。具體表現(xiàn)為：在原有“一號(hào)工程”32位明碼的基礎(chǔ)上，添加包含商戶(hù)重要信息的隱形暗碼，并配備相應(yīng)的隱形碼識(shí)別系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)在條煙32位明碼被破壞的情況下，仍可以根據(jù)添加的隱形暗碼，通過(guò)配套的隱形碼識(shí)別系統(tǒng)定位商戶(hù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)條煙的物流溯源。條煙隱形碼物流溯源系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

目前，條煙稽查時(shí)主要依賴(lài)人工錄碼的方式，操作繁瑣、工作量大且效率低[7]?；诖?，本物流溯源系統(tǒng)添加手持圖像識(shí)別終端，從條煙復(fù)雜背景中提取加密隱形碼文本信息進(jìn)行識(shí)讀破譯，關(guān)聯(lián)到具體商戶(hù)，簡(jiǎn)化稽查流程。

2.2? 條煙加密隱形碼物流溯源系統(tǒng)保密性分析

（1）不易察覺(jué)。隱形碼的特點(diǎn)是不易察覺(jué)，隱形于包裝之中。相較于“一號(hào)工程”32位激光明碼，隱形碼不會(huì)被輕易察覺(jué)，增加了其保密性。

（2）多重加密算法疊加。通過(guò)多種加密算法進(jìn)行組合和動(dòng)態(tài)加密，需要通過(guò)密鑰才可破解，進(jìn)一步增加了破譯難度。

（3）動(dòng)態(tài)調(diào)整?？赏ㄟ^(guò)改變密鑰和組合方式來(lái)對(duì)隱形碼進(jìn)行不定期動(dòng)態(tài)調(diào)整，進(jìn)一步增加了隱形碼的保密性。

3? 實(shí)施效果

本文條煙隱形碼物流溯源方案采用符合煙草行業(yè)實(shí)際需求的加密隱形碼技術(shù)，針對(duì)煙草行業(yè)的管理及煙草行業(yè)的自身特點(diǎn)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了條煙供應(yīng)“最后一公里”的防偽溯源。保證條煙信息在流通過(guò)程中的物流溯源，為全國(guó)煙草行業(yè)在條煙物流溯源上提供了一些新思路。

在實(shí)際應(yīng)用中，已初步展現(xiàn)效果。在2021年春節(jié)前后的稽查工作中，周口市通過(guò)該加密隱形碼查獲多起條煙串貨案例。在條煙原有激光碼被破壞的情況下，稽查人員通過(guò)該加密隱形碼確定條煙真正所屬商戶(hù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)條煙的有效物流溯源，達(dá)到了規(guī)范條煙售賣(mài)的效果。

4? 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了條煙物流溯源中追溯碼的加密溯源問(wèn)題，通過(guò)加密隱形碼對(duì)條煙進(jìn)行物流溯源。該加密隱形碼能有效提高對(duì)條煙的物流溯源能力，對(duì)整個(gè)煙草行業(yè)有一定參考意義。本文僅分析了借助單表替換加密算法、Vigenere加密算法生成條煙物流溯源隱形碼并將其應(yīng)用，下一步還可通過(guò)其他加密算法、隱形二維碼、隱形三維碼等方式對(duì)條煙進(jìn)行物流溯源，以提高條煙物流溯源的效率。

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