基于二維碼的木材運輸防偽碼單設(shè)計

蘭龍輝，邱榮祖

(福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福州 350002)

目前我國南方林區(qū)的一些試點區(qū)域采用面積限額進行林業(yè)生產(chǎn)管理，這一新型的林業(yè)生產(chǎn)管理模式把目前全國通用的按蓄積限額采伐控制模式，轉(zhuǎn)變?yōu)閲壹壓褪〖墝嵭行罘e限額制，縣市級實行面積限額制，并在林權(quán)管理、采伐設(shè)計、木材運輸和森林更新等相關(guān)環(huán)節(jié)上進行全面調(diào)整，建立與之相適應(yīng)的管理體制。面積限額制簡化了木材生產(chǎn)審批流程，提高了林農(nóng)的經(jīng)營積極性，降低了政府管理成本，但是面積限額制作為一個新生事物，還需要不斷完善和發(fā)展[1-5]。

碼單是木材運輸縣內(nèi)通關(guān)的通行證，也是林業(yè)檢查站、森林公安、林業(yè)綜合執(zhí)法大隊等林業(yè)執(zhí)法部門進行運輸執(zhí)法檢查的重要依據(jù)。原先的蓄積限額制度通過伐區(qū)設(shè)計測算各林業(yè)小班的蓄積量，可以大致控制伐區(qū)出材總量。如果違法者在運輸途中修改碼單材積數(shù)量，混入了非法木材，當(dāng)違法者持造假碼單在林業(yè)局辦理運輸證時，伐區(qū)出材量被累加。因此，加載的非法木材越多，伐區(qū)生產(chǎn)的木材就越少，全縣范圍內(nèi)的采伐量大致可控。而面積限額制簡化了采伐審批制度，僅從生產(chǎn)面積上做出限制，并不對伐區(qū)出材量做精確地測算和管控，可能會引發(fā)嚴重的碼單偽造、涂改行為，導(dǎo)致各種盜砍濫伐案件頻發(fā)，給國家的林業(yè)稅收帶來損失[6]。林業(yè)生產(chǎn)管理模式改革后，碼單的防偽技術(shù)成為亟待研究解決的技術(shù)課題。本課題設(shè)計了基于二維碼的木材運輸防偽碼單，利用現(xiàn)代信息技術(shù)對碼單的重要數(shù)據(jù)進行加密，能夠?qū)δ静倪\輸中的違法行為起到一定的抑制作用，提高林業(yè)運輸執(zhí)法效率。

1 采用加貼二維碼的碼單參與監(jiān)管的構(gòu)想

針對面積限額采伐制度可能誘發(fā)的違法行為，特別是偽造碼單和惡意涂改碼單信息的行為，本課題組提出了在碼單上加貼二維碼標(biāo)簽，利用加密的二維碼信息進行木材運輸監(jiān)管的構(gòu)想。在山場作業(yè)期間，檢尺員根據(jù)運輸材積開具紙質(zhì)碼單的同時，在手機端檢尺軟件中輸入碼單數(shù)據(jù)，檢尺軟件加密數(shù)據(jù)，并通過藍牙條碼打印機打印不干膠二維碼。檢尺員將打印出的二維碼標(biāo)簽貼在碼單上，這張貼有二維碼的碼單將會隨車同行。遇檢查站，森林公安，林業(yè)執(zhí)法大隊檢查時，執(zhí)法人員只需用手機端的運輸執(zhí)法軟件掃描二維碼，由軟件自動校驗密碼串的真?zhèn)?，輔助執(zhí)法人員快速、準(zhǔn)確地完成執(zhí)法工作。加貼二維碼的碼單在木材運輸過程中的簡易工作流程如圖1所示。

圖1 二維碼碼單工作流程圖

2 基于二維碼的木材運輸防偽碼單設(shè)計

2.1 二維碼碼制選擇

二維碼之所以能夠成為碼單信息的載體，是因其除了具有信息容量大、可靠性高、成本低和保密性強，還具有超高速識讀、全方位識讀和能夠有效表示中國漢字等特性[7-9]。由于當(dāng)前信息技術(shù)的飛速發(fā)展，促使二維碼出現(xiàn)了較多種類的碼制，且每種二維碼由于其編碼原理與結(jié)構(gòu)形狀不同，都具有自身的特點，所以這里就需要對二維碼碼制進行選擇。常見的二維碼碼制有QR碼、PDF417碼和Matrix Data碼等，各自的性能比較見表1[10]。

從表1的性能比較中可以清楚分析得出，QR碼無論在識讀速度、數(shù)據(jù)容量都占有明顯的優(yōu)勢，因此，本次課題選取QR碼作為碼單信息的載體。

2.2 二維碼打印設(shè)備

目前市場中已經(jīng)有便攜式的條碼打印機，支持多種碼制的條形碼打印，也包括QR二維碼。便攜式條碼打印機能夠利用自帶的QWERTY鍵盤或經(jīng)藍牙設(shè)備由手機端輸入需要編碼的字符。便攜打印機可以采用直流電池進行作業(yè)，能夠滿足檢尺員在野外林場的作業(yè)要求，為打印二維碼提供硬件支持。同時，也可將便攜式條碼打印機通過USB數(shù)據(jù)線連接上電腦，制作更加精致的條碼。條碼打印機操作簡單、攜帶方便，一般還具備背光顯示屏，擁有SVGA，HighColor以上級別的顯卡，能夠保障檢尺員在昏暗的環(huán)境下進行操作。

表1 常見二維碼性能比較

2.3 二維碼信息編碼和加密算法

本課題定義二維碼編碼信息如下：檢尺員編號4位#碼單編號7位#檢尺日期6位#車牌號后5位#運輸材積#加密編碼[11-13]。檢尺員在開具紙質(zhì)碼單后，在手機端依次輸入“檢尺員編號#碼單編號#日期#車號#運輸材積#”，材積保留4位小數(shù)，不輸入小數(shù)點，再通過連接藍牙將信息發(fā)送到條碼打印設(shè)備，最后將打印出的二維碼貼在木材運輸?shù)拇a單上。假設(shè)編碼信息如下：檢尺員編號為0013，碼單號為8007359，日期為130812，車牌號為84867，材積為6.425 1 m3，最后得到需要進行編碼的字符串為“0013#8007359#130812#84867#64251#”。

現(xiàn)對5要素采用特定算法進行加密計算，這里采用的是校驗和算法，該算法的數(shù)學(xué)模型是原各字符串的16進制ASC值相加求和、取反、加1、取后2位，計算過程下見表2的第1至第5步驟所示[14-15]。第6步驟是將前5步驟的計算值再次進行一次校驗和計算，獲得本次密鑰“75”，第7步驟將字符串中每個數(shù)字的ASC碼和密鑰作異或計算，例如“Xor(30，75)=45”，同理可得其他字符的異或計算結(jié)果，最終將所有異或計算得到的結(jié)果拼接獲得二維碼的加密編碼，本次計算后的二維碼編碼為“3030313323383030373335392331333038313123383438363723363432353123454544464D45454246404C4446454D44444D414D43424341474044”，其中“23”為“#”分隔符的ASC碼。該算法中的密鑰是動態(tài)變化的，5要素中若有1項數(shù)值發(fā)生變化，則密鑰隨之變化，加密編碼也隨密鑰發(fā)生變化。所以即使從當(dāng)前加密編碼反推出密鑰，該密鑰也僅能匹配當(dāng)前日期、當(dāng)前碼單號、當(dāng)前車號、當(dāng)前材積，這樣能夠有效防止碼單造假以及涂改碼單的違法行為發(fā)生。在實用運用中，可以采用比“校驗和”、“異或”更加復(fù)雜的算法，以提高二維碼信息的安全性。

表2 校驗和算法

3 加貼二維碼的防偽碼單應(yīng)用分析

防偽碼單在實際應(yīng)用中只需配備預(yù)裝有二維碼編碼解碼軟件的智能手機以及條碼打印機即可，檢尺員在手機端檢尺軟件中輸入上述的五項數(shù)據(jù)后，經(jīng)過預(yù)設(shè)的加密算法加密，最后通過條碼打印機打印出的二維碼如圖2所示，將此二維碼標(biāo)簽加貼在碼單上，隨車同行。

當(dāng)林業(yè)運輸執(zhí)法人員遇到運輸木材的車輛，利用預(yù)裝好的手機端執(zhí)法檢查軟件，對碼單上的不干膠二維碼掃描識別，可以獲得本次運輸?shù)幕拘畔ⅲ瑫r由軟件檢測加密碼是否正確，檢查結(jié)果如圖3所示。因為在本設(shè)計中碼單五項數(shù)據(jù)中有一項數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，密鑰也隨之發(fā)生變化，所以加密碼也隨之發(fā)生改變，一張不干膠二維碼標(biāo)簽僅能匹配當(dāng)前碼單。違法者掃描復(fù)印其它碼單的二維碼，也無法應(yīng)用于新碼單之上。即使通過對合法的二維碼破解并反推出密鑰，也不能匹配于新碼單。由執(zhí)法軟件來判定加密碼是否有效后，執(zhí)法人員只要核對軟件解碼獲得的車牌號碼、檢尺日期、碼單號碼、運輸材積和紙質(zhì)運輸碼單是否吻合，能輕松判別紙質(zhì)碼單是否偽造及涂改。原本需要進行的水印檢查、背花檢查、筆跡鑒定、致電檢尺員復(fù)核運輸量等防偽工作都無法做到自動識別，可能造成檢驗誤差，而加貼二維碼的防偽碼單通過軟件自動識別碼單真?zhèn)?，簡化工作流程，將檢查時間縮短至十幾秒。因此，通過加密的二維碼有效地提高了碼單防偽效果，提高運輸執(zhí)法的效率和效能，抑制了盜砍濫伐的違法行為。

圖2 加密后的二維碼標(biāo)簽

圖3 二維碼解碼效果圖

4 結(jié)束語

本課題剖析了面積限額制度下的木材采伐的優(yōu)缺點，針對木材運輸過程中可能出現(xiàn)的偽造碼單以及修改碼單信息的違法行為，提出了設(shè)計具有防偽功能的碼單設(shè)想[16-17]。利用二維碼的編碼功能，對編碼信息采用校驗和算法進行加密，通過軟件自動識別碼單真?zhèn)?，有效增強了碼單的防偽性能，能夠幫助林業(yè)執(zhí)法部門有效打擊偽造碼單以及盜砍濫伐的違法行為，為林業(yè)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供信息技術(shù)保障。但文中對加密算法的應(yīng)用以及解碼軟件的開發(fā)有待進一步研究。本課題分析面積限額制度下的木材運輸行為，針對可能會出現(xiàn)的嚴重碼單造假現(xiàn)象作了深入的分析，設(shè)計了基于二維碼技術(shù)的防偽碼單，采用校驗和的特定加密算法對二維碼信息進行加密，為林業(yè)執(zhí)法部門提供有效的執(zhí)法工具，有力打擊碼單偽造和涂改的非法行為，抑制盜砍濫伐的現(xiàn)象，加強了林地采伐量運輸量的控制，對面積限額制度進行了一定的補充和完善，將促進面積限額制度的推廣[16-17]。

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