面向物流行業(yè)的用戶隱私信息保護(hù)方法

張振宇, 滕明英, 廖浩偉, 杜明哲, 段桂華

(中南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙, 410083)

面向物流行業(yè)的用戶隱私信息保護(hù)方法

張振宇, 滕明英, 廖浩偉, 杜明哲, 段桂華

(中南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙, 410083)

針對(duì)當(dāng)前物流行業(yè)中存在的信息泄露問(wèn)題, 提出了一種面向物流行業(yè)的用戶隱私信息保護(hù)方法。該方法基于匿名通信的思想, 對(duì)現(xiàn)有的物流條碼技術(shù)加以改進(jìn), 使得物流過(guò)程中的每個(gè)站點(diǎn)只能獲取到部分用戶信息, 從而有效地避免了用戶隱私信息的泄露。本方法采用 6位驗(yàn)證碼作為取貨碼來(lái)驗(yàn)證取件人身份, 并且該取貨碼在簽收完成之前只有收件人知道, 從而有效地防止了快遞冒領(lǐng)等問(wèn)題的出現(xiàn)。理論分析和模擬測(cè)試結(jié)果表明, 該方法在保證物流轉(zhuǎn)運(yùn)效率的同時(shí), 降低了用戶信息泄露的概率, 有效地保護(hù)了用戶的個(gè)人隱私。

隱私泄露; 匿名通信; 二維碼; 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)

近年來(lái), 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制、電子商務(wù)和全球經(jīng)濟(jì)一體化的快速發(fā)展, 我國(guó)的物流企業(yè)開(kāi)始逐漸增加。物流行業(yè)發(fā)展的同時(shí), 其安全問(wèn)題也日益突出。人們觸之可及的物流信息泄露事件層出不窮。早在2012年, 新華網(wǎng)報(bào)道的《快遞單變身泄密條 明碼標(biāo)價(jià)銷售引發(fā)惡性案件》文章備受關(guān)注[1]?？爝f單被明碼售賣, 從而引發(fā)的眾多刑事案件更是讓人膽戰(zhàn)心驚[2]。近年來(lái)層出不窮的信息泄露事件[3]使得人們極有可能面臨垃圾詐騙信息及電話的騷擾。不僅如此, 信息泄露事件帶來(lái)的還有許多雖然隱形但卻非常致命的問(wèn)題。例如密碼破譯, 針對(duì)用戶信息采取的字典式攻擊成功率高達(dá)50%, 特別是年紀(jì)偏大的人所設(shè)定的密碼被破譯的成功率更是高達(dá) 70%～80%。銀行卡密碼被破譯所帶來(lái)的直接財(cái)產(chǎn)損失對(duì)大多數(shù)人和家庭可能造成毀滅性的影響。此外, 由于政策原因, 即在快遞實(shí)名制的壓力下, 消費(fèi)者在防范信息泄露上很是被動(dòng)。然而在當(dāng)今的市場(chǎng)體制下, 用戶信息已經(jīng)成為一種極其重要的商業(yè)信息, 有著不容小覷的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。于是在利益誘導(dǎo)下, 大量消費(fèi)者信息被泄露和不當(dāng)利用。

針對(duì)物流行業(yè)中存在的信息泄露問(wèn)題, 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)大部分對(duì)策還是從法規(guī)、制度和管理層面上著手的[4], 文獻(xiàn)[5]從信息管理的角度探討了供應(yīng)鏈中供應(yīng)商主導(dǎo)的信息泄露問(wèn)題。文獻(xiàn)[6]提出了基于二維碼技術(shù)的安全包裹投遞系統(tǒng)以解決傳統(tǒng)快遞業(yè)務(wù)中存在的安全問(wèn)題。在創(chuàng)新快遞業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)模式上, 目前部分物流公司也開(kāi)始進(jìn)行了一些創(chuàng)新和改變, 例如收件時(shí)已經(jīng)不需要快遞員與消費(fèi)者直接接觸, 通過(guò)一個(gè)快遞箱, 并附上加密設(shè)施, 在消費(fèi)者發(fā)短信通知時(shí)通知地點(diǎn)和密鑰即可, 方便快遞員的工作, 有效地防止了冒領(lǐng)現(xiàn)象[7]。

然而這都不能從根本上解決用戶信息的泄露問(wèn)題, 其根本原因是明文用戶信息對(duì)所有人可見(jiàn): 完整的用戶信息以明文的形式存在于快遞單之上, 為不法分子提供了可乘之機(jī); 即使使用二維碼或條碼代替明文信息, 但是用戶信息對(duì)所有快遞員工均是可見(jiàn)的, 工作人員將有可能通過(guò)泄露這些信息來(lái)牟取利益。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題, 本文提出了一種面向物流行業(yè)的用戶隱私信息保護(hù)方法。該方法基于現(xiàn)有的物流條碼技術(shù), 引入匿名通信的思想, 使得物流過(guò)程中的每個(gè)站點(diǎn)只能獲取到部分用戶信息, 從而有效避免了用戶隱私信息的泄露。

1　UPIPM系統(tǒng)

為了解決傳統(tǒng)快遞派送方法存在的用戶信息泄露問(wèn)題, 本文提出了一種面向物流行業(yè)的用戶隱私信息保護(hù)方法UPIPM (User Privacy Information Protection Method)。該方法采用4種策略保護(hù)用戶的隱私信息: (1) 使用電子快遞單代替?zhèn)鹘y(tǒng)快遞單, 保證用戶信息對(duì)快遞員的透明; (2) 采用匿名通信和分級(jí)路由的思想, 使每個(gè)站點(diǎn)只能獲取到部分的站點(diǎn)信息; (3) 使用服務(wù)器代理通知的方法, 使快遞員無(wú)需知道收件人聯(lián)系方式就可以完成通知; (4) 使用對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密相結(jié)合的方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信中的所有內(nèi)容進(jìn)行加密。

UPIPM 最大創(chuàng)新之處在于每個(gè)站點(diǎn)只能得到部分信息, 而不能得到快遞的整條路線以及寄件人和收件人的個(gè)人信息。在此方案中, 快遞單上不存在除快遞單號(hào)和二維碼以外的明文信息。眾所周知, 二維碼具有良好的容錯(cuò)性, 在一定程度破損的情況下依舊可以被正確識(shí)別。每個(gè)站點(diǎn)在掃描二維碼時(shí)只能獲取到該快遞相對(duì)此站點(diǎn)的上一站點(diǎn)和下一站點(diǎn), 通過(guò)這樣的設(shè)計(jì), 就可以在不影響快遞運(yùn)送的前提下, 避免了中間快遞人員泄露完整有效的用戶信息。

UPIPM 集掃描、通知、簽收于一體, 可以安裝在普通的智能手機(jī)上, 在滿足了快遞員工作需求的同時(shí)為快遞員提供方便?！白詈笠还铩蓖且粋€(gè)令人困擾的問(wèn)題, UPIPM采用6位驗(yàn)證碼作為取貨碼來(lái)驗(yàn)證取件人身份, 并且該取貨碼在簽收完成之前只有收件人知道, 有效地防止了快遞冒領(lǐng)等問(wèn)題的出現(xiàn)。由于各個(gè)站點(diǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)快遞時(shí)都只需要掃描一次二維碼, 既方便了快遞員的工作, 也為以后的機(jī)械化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ), 二維碼掃描以及掃描后將快遞分類派送至不同的地點(diǎn), 裝箱完全可以由機(jī)器完成, 更加快捷高效地中轉(zhuǎn)流程將可能使此方案成為新的快遞配送標(biāo)準(zhǔn)。

圖1　UPIPM系統(tǒng)架構(gòu)

1.1UPIPM系統(tǒng)框架及工作流程

一般的快遞物流過(guò)程包括快遞寄出、快遞中轉(zhuǎn)和快遞簽收3個(gè)階段, 涉及的參與者有用戶(寄件人或收件人)、客戶端、服務(wù)器、快遞員, UPIPM的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

UPIPM方法的工作流程包括3個(gè)階段。

(1) 快遞寄出階段。寄件人通過(guò)客戶端軟件填寫(xiě)電子表單, 隨后客戶端將數(shù)據(jù)同步到云端服務(wù)器, 利用明文的快遞單號(hào)生成相對(duì)應(yīng)的二維碼, 隨后打印出二維碼, 貼于快遞之上。

(2) 快遞中轉(zhuǎn)階段?？爝f每到達(dá)一個(gè)站點(diǎn)的時(shí)候, 快遞員使用客戶端軟件掃描快遞單上的二維碼獲取到該快遞上一站點(diǎn)和下一站點(diǎn)的信息。

(3) 快遞簽收階段。當(dāng)快遞到達(dá)最后一個(gè)站點(diǎn)時(shí), 快遞員在掃描二維碼后, 向服務(wù)器發(fā)送一條通知收件人收件的消息, 服務(wù)器收到此請(qǐng)求之后, 在消息后面追加一個(gè)6位驗(yàn)證碼和快遞單號(hào)后通過(guò)短信的形式轉(zhuǎn)發(fā)給收件人。收件人通過(guò)快遞單號(hào)找到屬于自己的快遞, 并向快遞員提供6位驗(yàn)證碼, 快遞員通過(guò)客戶端軟件發(fā)送驗(yàn)證碼到服務(wù)器, 如果身份驗(yàn)證成功, 則完成取貨。

1.2基于匿名通信思想的站點(diǎn)標(biāo)識(shí)符設(shè)計(jì)

為了避免快遞中轉(zhuǎn)過(guò)程中快遞員得到快件的整條路線以及寄件人和收件人的個(gè)人信息, UPIPM 借助于匿名通信過(guò)程中發(fā)送者匿名和接收者匿名的思想[8-9], 由服務(wù)器根據(jù)快遞起始地點(diǎn)和目的地點(diǎn)選擇一條快件中轉(zhuǎn)路徑, 給路徑上的每個(gè)中轉(zhuǎn)站點(diǎn)分配相應(yīng)的標(biāo)識(shí)符。通過(guò)使用該標(biāo)識(shí)符, 使得每個(gè)站點(diǎn)都不能獲取到完整的快件信息, 只能獲取其上一站和下一站的地址信息。

為了保證實(shí)現(xiàn)快遞在派送過(guò)程中不同站點(diǎn)掃描二維碼后得到不同的站點(diǎn)信息, 需要給每一個(gè)站點(diǎn)分配一個(gè)固定的標(biāo)識(shí)作為用戶名UserName, 同時(shí)為了保證標(biāo)識(shí)信息不被泄露, 輔助以密碼UserPass作為驗(yàn)證, 該密碼由用戶自己設(shè)定。掃描二維碼的時(shí)候同時(shí)向服務(wù)器提供UserName和UserPass, 完成驗(yàn)證后才能進(jìn)行站點(diǎn)識(shí)別。

標(biāo)識(shí)符的格式如圖2所示。其中, 站點(diǎn)類型分為省級(jí)站點(diǎn)、市級(jí)站點(diǎn)和區(qū)級(jí)站點(diǎn)等等。例如湖南省長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)大學(xué)城站點(diǎn)的用戶名可以表示為3hn010200aXeJ, 其中3表示該站點(diǎn)為區(qū)級(jí)站點(diǎn), hn表示湖南, 01表示長(zhǎng)沙市, 02表示岳麓區(qū), 00表示上一級(jí)別為中止站點(diǎn), aXeJ為隨機(jī)序列。通過(guò)對(duì)用戶名的解析,可以獲得該站點(diǎn)所在的地區(qū)和等級(jí), 從而從數(shù)據(jù)庫(kù)讀出并返回上一站和下一站的地址信息。等級(jí)編號(hào)與等級(jí)的具體對(duì)照如表1所示。

用戶名作為站點(diǎn)的唯一標(biāo)識(shí), 只能由系統(tǒng)即公司總部分配而不支持個(gè)人注冊(cè), 密碼可以由用戶自由更改。在有效地完善快遞責(zé)任制度的同時(shí)保證了系統(tǒng)的安全性, 降低用戶信息泄露概率。

圖2　站點(diǎn)標(biāo)識(shí)符格式

表1　地區(qū)等級(jí)編號(hào)對(duì)照表

1.3UPIPM的實(shí)現(xiàn)

1.3.1快遞寄出階段

快遞寄出階段主要完成信息存儲(chǔ)、二維碼生成和快遞路線的規(guī)劃等工作。

(1) 用戶信息錄入和二維碼生成。寄件人通過(guò)使用客戶端Client軟件填寫(xiě)電子快遞單, 向服務(wù)器Sever寫(xiě)入本次快遞的相關(guān)信息Information, 服務(wù)器在生成快遞路線之后, 產(chǎn)生快遞單號(hào)LogisticsNumber并返回給客戶端, 隨后客戶端生成對(duì)應(yīng)的二維碼QRCode, 工作人員打印出該二維碼, 貼于快遞之上。

(2) 快遞路線規(guī)劃和消息通知。根據(jù)快遞起始地點(diǎn)和目的地點(diǎn), 結(jié)合運(yùn)輸中實(shí)際情況和快遞公司自身的設(shè)定, 通過(guò) A*[10]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[11]等算法規(guī)劃出最優(yōu)路線 Road, 并且把該路線存入服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)DataBase中。隨后服務(wù)器隨機(jī)生成一個(gè)6位的序列號(hào), 并通過(guò)短信發(fā)送給寄件人和收件人, 這個(gè)序列號(hào)為查詢碼QueryCode, 寄件人和收件人可以通過(guò)查詢碼跟蹤查詢快遞的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

1.3.2快遞中轉(zhuǎn)階段

快遞每到達(dá)一個(gè)站點(diǎn) Site, 工作人員 Worker通過(guò)使用移動(dòng)設(shè)備掃描二維碼, 向服務(wù)器發(fā)送該站點(diǎn)的用戶名UserName和密碼UserPass, 服務(wù)器在接收到這2個(gè)消息之后, 首先驗(yàn)證用戶名和密碼是否匹配, 隨后根據(jù)UserName得到當(dāng)前站點(diǎn)信息, 按照事先規(guī)劃好的快遞線路返回上一站點(diǎn)LastSite和下一站點(diǎn)NextSite的有關(guān)信息。隨后層層送達(dá), 直到最后一個(gè)站點(diǎn)。

下面以用戶名3hn010200aXeJ為例說(shuō)明分級(jí)信息的獲取。工作人員在使用軟件之前會(huì)被要求使用自己的用戶名 UserName和密碼 UserPass登錄。掃描二維碼時(shí), 軟件自動(dòng)向服務(wù)器發(fā)送當(dāng)前用戶的UserName和UserPass, 服務(wù)器先驗(yàn)證收到的UserName和UserPass是否匹配, 匹配失敗則操作結(jié)束, 返回ERROR。匹配成功后需要從路線表Roadinfo中得到當(dāng)前站點(diǎn)在快遞路線中的位置, 根據(jù)用戶名第1位為3, 得到當(dāng)前站點(diǎn)為區(qū)級(jí)站點(diǎn), 匹配出本次路線經(jīng)過(guò)的所有區(qū)級(jí)站點(diǎn)的信息。隨后由用戶名可以得到該用戶屬于湖南省長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)站點(diǎn), 根據(jù)此信息可以得到當(dāng)前站點(diǎn)、上一站點(diǎn)和下一站點(diǎn)的信息。

由于快遞在整個(gè)傳輸過(guò)程中只有收件人和寄件人知道完整的快遞信息, 每個(gè)站點(diǎn)只能知道快遞相對(duì)本站點(diǎn)的上一站點(diǎn)和下一站點(diǎn)的信息, 有效地保證了個(gè)人隱私不被泄露。

1.3.3快遞簽收階段

為了保證在快遞員不知道收件人聯(lián)系方式的前提下能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地將快遞送至收件人手中, 快遞簽收消息由快遞員發(fā)起, 由服務(wù)器通知到收件人。

(1) 快遞員發(fā)起簽收通知。最后一個(gè)站點(diǎn)掃描后得到收件人所在片區(qū), 該片區(qū)的快遞員Courier使用專用軟件掃描二維碼后, 當(dāng)前快遞狀態(tài)為未通知WaitNotice?？爝f員選擇需要通知的快遞, 點(diǎn)擊通知按鈕, 編寫(xiě)相應(yīng)的信息Message通知收件人領(lǐng)取快遞, 軟件將把Message和快遞單號(hào)LogisticsNumber發(fā)送給服務(wù)器Sever。

(2) 服務(wù)器發(fā)送簽收信息。服務(wù)器接收到快遞員發(fā)來(lái)的消息后, 生成一個(gè)6位的序列號(hào)作為驗(yàn)證碼IdentifyingCode追加在消息后, 并通過(guò)短信的形式把消息(Message + LogisticsNumber + IdentifyingCode)發(fā)送給對(duì)應(yīng)快遞的收件人。該驗(yàn)證碼在快遞簽收階段作為身份驗(yàn)證的標(biāo)識(shí)。此時(shí), 快遞狀態(tài)變?yōu)橐淹ㄖ狪nformed。

收件人收到快遞簽收消息后, 通過(guò)快遞單號(hào)找到對(duì)應(yīng)的快遞, 向快遞員 Courier提供短信收到的 6位驗(yàn)證碼 IdentifyingCode, 快遞員在已通知欄中找到該快遞單號(hào), 點(diǎn)擊該選項(xiàng)卡輸入該驗(yàn)證碼, 點(diǎn)擊確認(rèn)后將該驗(yàn)證碼發(fā)送給服務(wù)器Server, 若驗(yàn)證碼校驗(yàn)失敗, 服務(wù)器返回false。反之, 服務(wù)器返回true, 簽收成功, 完成收件人身份驗(yàn)證, 同時(shí)快遞狀態(tài)變?yōu)橐押炇誗igned, 至此整個(gè)快遞流程結(jié)束。驗(yàn)證碼的接收和輸入。

2　性能分析

為了分析本方案在快遞保密中的有效性, 本文將UPIPM與傳統(tǒng)快遞方案進(jìn)行比較, 從用戶信息保密性和效率2個(gè)方面進(jìn)行了分析。

定義1用戶信息保密性S, 即快件在中轉(zhuǎn)過(guò)程中用戶的地址、姓名和電話等信息不被泄密者獲取的概率。

假設(shè)快遞在每一個(gè)站點(diǎn)泄露信息的概率為p, 快遞中轉(zhuǎn)一共經(jīng)過(guò)n個(gè)站點(diǎn)。則傳統(tǒng)快遞派送方法在整個(gè)傳遞過(guò)程中, 由于用戶信息是以明文形式存在的, 所以用戶信息在每個(gè)站點(diǎn)不被泄密的概率為1 -p, n個(gè)站點(diǎn)后用戶信息仍然不被泄密的概率為(1 - p)n, 因此傳統(tǒng)快遞派送方法的用戶信息保密性ST= (1 - p)n。而UPIPM方法在整個(gè)傳遞過(guò)程中, 中轉(zhuǎn)快遞員獲取的只是快遞單號(hào)和相鄰站點(diǎn)的地址消息,并不能獲取任何與用戶隱私相關(guān)的其他信息, 因此其用戶信息保密性SU= 1。

此外, 傳統(tǒng)方法通過(guò)手機(jī)號(hào)碼等公開(kāi)信息進(jìn)行身份驗(yàn)證, UPIPM 方法的驗(yàn)證碼在簽收之前只有收件人知道, 所以快遞被冒領(lǐng)概率極低; 傳統(tǒng)方法在分揀過(guò)程中依賴于字符識(shí)別, 分級(jí)保護(hù)方法則依賴于二維碼識(shí)別, 眾所周知, 二維碼識(shí)別的正確率比字符要高出很多; 2種方法都需要和服務(wù)器的即時(shí)通信, 所以分級(jí)保護(hù)方法并沒(méi)有過(guò)多的增加通信負(fù)擔(dān)。

在通知收件階段, 快遞員在APP上勾選需要發(fā)送的快遞單號(hào), 然后編輯通知內(nèi)容, APP將此消息發(fā)送給服務(wù)器, 服務(wù)器接收到請(qǐng)求后生成一個(gè)6位驗(yàn)證碼附加在消息之后, 再把整合后的消息通過(guò)短信轉(zhuǎn)發(fā)給收件人?？爝f員無(wú)需手動(dòng)輸入收件人聯(lián)系方式, 操作簡(jiǎn)單, 同時(shí)收件人的個(gè)人隱私也得到了保障。

綜上, 有UPIPM與傳統(tǒng)快遞派送方法的性能對(duì)比如表2所示。

表2　2種方法的性能對(duì)比分析

3　結(jié)論

計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)加速了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái), 電子商務(wù)在計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的互動(dòng)發(fā)展中產(chǎn)生和不斷完善。在電子商務(wù)的帶動(dòng)下, 物流快遞業(yè)進(jìn)入了前所未有的鼎盛時(shí)期?？爝f的確給我們的生活帶來(lái)了極大的便利, 但其中存在的問(wèn)題也十分明顯, 信息泄露、快件冒領(lǐng)等現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。本文在現(xiàn)有的物流二維碼技術(shù)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn), 借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng), 結(jié)合匿名通信的思想使每個(gè)快遞站點(diǎn)只能獲取到相對(duì)當(dāng)前站點(diǎn)的上一站點(diǎn)和下一站點(diǎn)的信息, 在不影響正常的工作流程的情況下降低了信息泄露的概率。采用服務(wù)器代理發(fā)送短信通知寄件人和收件人, 保證了用戶信息在最后一級(jí)不會(huì)被泄露。用戶名作為站點(diǎn)的唯一標(biāo)識(shí), 只能由系統(tǒng)分配而不支持個(gè)人注冊(cè), 密碼可以由用戶更改。在完善快遞責(zé)任制度的同時(shí)保證了系統(tǒng)的安全性。此外, 快遞中轉(zhuǎn)只需要一次掃描, 二維碼的正確識(shí)別率相比其他技術(shù)要高出很多, 這也為傳統(tǒng)物流行業(yè)的機(jī)械化轉(zhuǎn)型以及自動(dòng)化中轉(zhuǎn)派送奠定了基礎(chǔ)。

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(責(zé)任編校: 劉曉霞)

A new method for protecting user privacy in logistics industry

Zhang Zhenyu, Teng Mingying, Liao Haowei, Du Mingzhe, Duan Guihua
(School of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Aimed at the information leak problem within the logistics industry, a method of protection for user private information is proposed. Based on the idea of anonymous communication, by improving the existing logistics bar code technology, it is ensured that each site would only acquire segmental user information within logistics activities. This method identifies receivers with six-figure verification code and only the receivers would know the code throughout the express progress, therefore it can effectively avoid goods from false claim. The outcome proves that this method ensures the productivity of logistics service, lower probabilities of user information leaking problems and effectively protect user personal privacy.

privacy leak; anonymous communication; QR code; mobile internet

TP 391

1672–6146(2016)02–0074–05

10.3969/j.issn.1672–6146.2016.02.017

滕明英, 740327140@qq.com。

2016-02-29