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区块链和RFID技术在商品溯源防伪中的应用研究

范文

班海琴

摘要：在商品的出厂和销售过程中，离不开防伪设计，尤其是优质名牌产品或者药品、食品，消费者要求可靠的溯源和防伪保障。针对传统的溯源防伪系统易复制、信息不透明、数据容易篡改、安全性差、相对封闭等弊端和弱点，设计了一种商品全过程溯源防伪系统，该系统结合RFID射频身份识别技术以及区块链技术，使用RFID的唯一性以及区块链的去中心化不可篡改的特性，既实现对了商品的溯源管理，又极大地增强了防伪系统的可信度。

关键词：食品安全;商品防伪;过程追溯;区块链;RFID

中图分类号：TP391.44? ? ? 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）23-0237-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Application of Block Chain and RFID Technology in Anti-counterfeiting of Commodity Traceability

BAN Hai-qin

（Guizhou Police College， Guiyang 550005， China）

Abstract： Anti-counterfeiting design is indispensable in the process of manufacturer and sale of goods， especially high-quality famous brand products or? medicines、food products. Consumers require reliable traceability and anti-counterfeiting protection. The drawbacks and weaknesses of traditional traceability anti-counterfeiting system are easy to copy， opaque information， easy to tamper with data， poor security and relatively closed. Aiming at the above problems， a new type of commodity full-process trace-ability anti-counterfeiting system is designed. The system combines RFID radio frequency identification technology and blockchain technology to use the uniqueness of RFID. And the decentralized characteristics of the decoupling of the blockchain not only realize the trace-ability management of the goods， but also greatly enhance the credibility of the anti-counterfeiting system.

Key words： food safety; commodity anti-counterfeiting; process trace-ability; blockchain; RFID

1 背景

商品在生產、流通和销售过程中，常常面临以次充好、假冒伪劣等问题，这些问题给企业带来损失，给消费者带来较差的体验，也降低了整个社会的信用。近年来，虽然人们的生活水平不断提高，但是对食品药品安全以及产品安全问题，社会上存在普遍的担忧。特别是对于一些特殊的商品来说，如疫苗和药品，一旦被仿制或者冒充，将造成严重危害，今年来关于此类新闻层出不穷，并且对公共部门的公信力也会造成严重损害。此外，对于奢侈品以及高端酒类等产品，山寨以及仿制，如原厂地造假、品牌山寨、外观一致内容造假等，都会给品牌产生严重的价值流失。品牌厂商一直在寻找可靠的方法来保护其品牌价值，比如发行限量版，特殊的防伪符号，二维码防伪，特殊的包装等等。产品能可靠的防伪溯源，将给消费者带来的安心的消费体验。对于正规厂家来说，也有助于保护自己的品牌。因此，建立一套能够可靠溯源防伪的商品过程管理系统，具有极大的意义。

2 概述

2.1 RFID概述

RFID（radio-frequency identification）是“射频识别”的首字母缩写，指的是一种电子技术，通过射频无线电波将编码在RFID标签或智能标签中的数字数据捕捉到阅读器。RFID类似于条形码，来自标签或标签的数据被存储在数据库中的设备捕获【1】。然而，与使用条形码相比，RFID有几个优势。首先，RFID可以实现同时读取多个目标;其次，RFID读取距离可以调节，最远可以达到数十米;最关键的是RFID标签数据可以在视线之外读取，而条形码必须与光学扫描仪对齐。RFID属于一组称为自动识别和数据捕获（Automatic Identification and Data Capture ，缩写为AIDC）的技术。AIDC方法自动识别对象，收集有关对象的数据，并在很少或没有人工干预的情况下将这些数据直接输入计算机系统。RFID方法利用射频无线电波来实现这一点。简单地说，RFID系统由三个组件组成： RFID标签或智能标签、RFID阅读器和天线。RFID标签包含集成电路和天线，用于向RFID阅读器（也称为询问器）传输数据。然后阅读器将无线电波转换成更有用的数据形式。然后通过通信接口将从标签收集到的信息传输到主机系统，在主机系统中，数据可以存储在数据库中，并根据需要进行逻辑应用如下图1所示，其为一个典型的RFID系统组成。

RFID标签：RFID标签由RFID芯片和外围天线电路组成，根据需要，可以做成各种形状，如下图2所示，RFID标签上的天线接收读写器天线发射的射频电磁波，并为标签上的芯片提供电源，读取出芯片里面特定区域的数据，并反射给读写器的天线[2]。不同的应用场景，可以根据实际情况，往RFID的特定区域写入特定的编号或者数据，从而代表具体的意义。

RFID读写器：RFID读写器通过天线接收到RFID标签反射回来的应答射频信号，并解析出数据，从而完成目标识别。根据不同的应用，比如服装盘点，资产盘点，数据代表产品型号或者编号等。读写器根据实际应用场景，将数据进行存储或者通过一些接口发送到服务器的数据库，给SASS软件进行处理。

2.2 区块链概述

区块链（Blockchain）字面意思是“区块组成的记录链”，不同记录区块被链接起来，从而形成区块链。区块链的名词在2008年被中本聪在关于比特币的发明的论文[3]中被提出，但是从计算机学科的角度来说，区块链并不是一种全新的概念，其本质上是一种分布式账本，区块链技术也就是一种分布式账本技术，属于一种特殊的分布式数据库技术。

区块链是通过密码学串接并保护内容的串联数据记录（也称之为区块），每一个区块中都包含了前一个区块的加密散列（hash值）、相应的时间戳（time Stamp）以及交易数据（通常用默克尔树算法计算的散列值进行表示）[4]。这样的设计使得区块链的内容哪怕从理论上来说，都难以被篡改。通过该方法形成的区块链的内容，实际上更是无法被篡改。

区块链的分布式特性可以形成一个去中心化的分布式计算网络，在该网络中，不同的节点相互连接，通过共识机制进行协调，该去中心化特性和共识机制，使得整个网络都难以被有效攻击，数据的真实有效性更是得到了保障。

如图3所示，是一个区块组成。

区块链的一个典型应用是比特币网络，其采用工作量证明的方法作为共识机制[5]，该共识机制用来解决交易确认问题，其从2008年以来，在全球自发演化形成越来越庞大的网络，比特币网络稳定运行，实践证明目前任何类型的计算机或者计算机网络都无法对其发动有效攻击[6]。

区块链的这些特性，如去中心化，公开透明，让系统的各方都能参与到数据库的记录。且整个网络数据难以被篡改，非常适合作为溯源防伪应用[7]。

2.3 商品溯源防伪管理概述

商品的防伪和溯源管理，是指这样的一套系统，其能够对商品的生产流通的各个环节进行记录，保证数据的唯一性和准确性，并试图避免非法和虚假记录和该系统的记录重合或者串号，从而达到追溯源头和商品防伪的功能。目前，防伪溯源系统层出不穷，但是从物理层面来说，采用的物理防伪媒介容易被修改、复制或重复利用。如一些高端酒厂的产品，其防伪标志和容易被仿制或者复制。此外，从流通环节来说，传统的二维码或者条形码也非常容易被复制。并且，此类的防伪溯源系统都是中心化设计，缺乏信任机制，即使避免了以上2个问题，但是中心化的设计，使得商家或者内部工作人员对数据进行修改，有时候甚至会造成更恶劣的影响。最后，在流通环节中，不同的参与方都有自己的信息系统，由于接口不统一，数据存储以及访问的可靠性同样难以得到保障。

3 系统设计

从上文概述可知，在商品的各个环节，传统的溯源管理系统，数据极易被仿造、复制或者篡改，至多只能在某个程度实现所谓的防伪以及溯源，无法增加消费者的信任。

3.1 系统组成

在从数据的产生、处理和保护的角度，提出如下的一套系统设计，如图表4所示：

防伪溯源的根本是数据的产生、处理以及维护的过程中的数据有效性，图4的系统中，数据被记录在RFID标签中，且获取时，通过读写器RFID感应接口获取唯一RFID数据，获取到的数据，根据不同的需要，元数据被记录在区块链网络上，从而使得此类数据的真实可靠且无法篡改。

3.2 系统工作流程

3.2.1 原始数据的建立

根据商品的类型，设置商品的编码以及防伪代码，并将该数据写入到RFID标签中的EPC区域中，由于RFID标签芯片上，每个芯片具备一个全球唯一编码（TID）[8]，使得其被仿造几乎无可能。其具体格式如下表1：

每个商品在出厂之前，其唯一编号，被写入到标签。用户区域，可以写入产地以及出厂时间等信息。故在出厂时，TID、EPC以及用户区域的数据之间存在一个唯一对应关系，由于TID无法被篡改，即使修改了其他区域的数据，也能够被系统所察觉。RFID标签可以根据实际情况，设计成各种形态，甚至可以嵌入到产品本身的结构中，从而进一步巩固了数据安全性。

3.2.2 原始数据的获取和关联数据的产生

数据产生之后，即可通过RFID读写器进行数据获取，商品在出厂环节，使用读写器进行装车清点，可以录入并自动生成对应批次的信息，在流通環节，每个检验、审核以及验收或者经销商，使用读写器，可以自动将该商品信息读取，并自动验证是否属于无效数据或者伪造数据。此外，在读取商品信息的时候，读写器的读写操作行为本身也会被记录。从而使得商品以及对商品的主要环节操作都被可靠记录。

3.2.3 区块链数据记录

以上两步操作，保证了数据产生的可靠性以及数据操作的可靠性，但是数据需要被存储在数据库中，为了保证数据库本身的安全性，并防止厂家或者机构本身进行造假，原始数据以及关联操作数据，在产生时，即被同步到区块链网络，并逐渐形成新的区块，从而保证了所有数据的安全可靠性。数据的访问需要设置权限，增加数据段权限设置，使用区块链本身鉴权机制，可以保证各个参与方能够获取到其所能访问到的数据，且不会公开所有的数据。

3.3 防伪和溯源

基于以上的系统设计，数据从产生、被读写以及维护等全流程都能保证有效性和唯一性，任何一个环节，当数据读入的时候，会经过鉴权，从区块链数据库中比对数据，若与原始数据不符，则提示风险。若数据符合，则能完整显示出商品的源头以及真伪信息，根据需要甚至可以验证出每个流通环节的过程。

4 结论

使用RFID和区块链结合的方法，从源头到末端都保证了数据的有效性和可靠性。数据最开始被记录在RFID标签中，且TID是全球唯一的，RFID读写器读写时，只能通过特定接口读取，且读取的数据和读取本身的操作被记录在区块链上，防止任何一方对数据进行修改和伪造。一旦出现伪造，系统将能实时察觉。任何伪造数据无法被录入系统，相较于其他传统的防伪溯源方法，该方法真正的安全可靠，数据的鉴权访问，保证了任何参与方都能有限度访问数据，即使厂家也无法修改数据，属于一种信任度极高的增信机制。

参考文献：

[1] Shepard S. RFID： radio frequency identification[M]. McGraw Hill Professional， 2005.

[2] Want R. An introduction to RFID technology[J]. IEEE pervasive computing， 2006 （1）： 25-33.

[3] Nakamoto S. Bitcoin： A peer-to-peer electronic cash system[J]. 2008.

[4] 中文维基百科.区块链[EB/OL]. https：//zh.wikipedia.org/zh-hans/区块链.

[5] Iansiti M， Lakhani K R. The truth about blockchain[J]. Harvard Business Review， 2017， 95（1）： 118-127.

[6] Liang G， Weller S R， Luo F， et al. Distributed blockchain-based data protection framework for modern power systems against cyber attacks[J]. IEEE Transactions on Smart Grid， 2018.

[7] Kuo T T， Kim H E， Ohno-Machado L. Blockchain distributed ledger technologies for biomedical and health care applications[J]. Journal of the American Medical Informatics Association， 2017， 24（6）： 1211-1220.

[8] Xiao Y， Shen X， Sun B O， et al. Security and privacy in RFID and applications in telemedicine[J]. IEEE communications magazine， 2006， 44（4）： 64-72.

【通聯编辑：谢媛媛】

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