基于二維碼的木材運輸防偽碼單設計

蘭龍輝，邱榮祖

(福建農林大學 交通與土木工程學院，福州 350002)

目前我國南方林區的一些試點區域采用面積限額進行林業生產管理，這一新型的林業生產管理模式把目前全國通用的按蓄積限額采伐控制模式，轉變為國家級和省級實行蓄積限額制，縣市級實行面積限額制，并在林權管理、采伐設計、木材運輸和森林更新等相關環節上進行全面調整，建立與之相適應的管理體制。面積限額制簡化了木材生產審批流程，提高了林農的經營積極性，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展[1-5]。

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

1 采用加貼二維碼的碼單參與監管的構想

針對面積限額采伐制度可能誘發的違法行為，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簽，利用加密的二維碼信息進行木材運輸監管的構想。在山場作業期間，檢尺員根據運輸材積開具紙質碼單的同時，在手機端檢尺軟件中輸入碼單數據，檢尺軟件加密數據，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，林業執法大隊檢查時，執法人員只需用手機端的運輸執法軟件掃描二維碼，由軟件自動校驗密碼串的真偽，輔助執法人員快速、準確地完成執法工作。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]。由于當前信息技術的飛速發展，促使二維碼出現了較多種類的碼制，且每種二維碼由于其編碼原理與結構形狀不同，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、數據容量都占有明顯的優勢，因此，本次課題選取QR碼作為碼單信息的載體。

2.2 二維碼打印設備

目前市場中已經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鍵盤或經藍牙設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，能夠滿足檢尺員在野外林場的作業要求，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數據線連接上電腦，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，不輸入小數點，再通過連接藍牙將信息發送到條碼打印設備，最后將打印出的二維碼貼在木材運輸的碼單上。假設編碼信息如下：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，該算法的數學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果，最終將所有異或計算得到的結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變化的，5要素中若有1項數值發生變化，則密鑰隨之變化，加密編碼也隨密鑰發生變化。所以即使從當前加密編碼反推出密鑰，該密鑰也僅能匹配當前日期、當前碼單號、當前車號、當前材積，這樣能夠有效防止碼單造假以及涂改碼單的違法行為發生。在實用運用中，可以采用比“校驗和”、“異或”更加復雜的算法，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用分析

防偽碼單在實際應用中只需配備預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據后，經過預設的加密算法加密，最后通過條碼打印機打印出的二維碼如圖2所示，將此二維碼標簽加貼在碼單上，隨車同行。

當林業運輸執法人員遇到運輸木材的車輛，利用預裝好的手機端執法檢查軟件，對碼單上的不干膠二維碼掃描識別，可以獲得本次運輸的基本信息，同時由軟件檢測加密碼是否正確，檢查結果如圖3所示。因為在本設計中碼單五項數據中有一項數據發生了變化，密鑰也隨之發生變化，所以加密碼也隨之發生改變，一張不干膠二維碼標簽僅能匹配當前碼單。違法者掃描復印其它碼單的二維碼，也無法應用于新碼單之上。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。由執法軟件來判定加密碼是否有效后，執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、運輸材積和紙質運輸碼單是否吻合，能輕松判別紙質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偽，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 加密后的二維碼標簽

圖3 二維碼解碼效果圖

4 結束語

本課題剖析了面積限額制度下的木材采伐的優缺點，針對木材運輸過程中可能出現的偽造碼單以及修改碼單信息的違法行為，提出了設計具有防偽功能的碼單設想[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偽，有效增強了碼單的防偽性能，能夠幫助林業執法部門有效打擊偽造碼單以及盜砍濫伐的違法行為，為林業產業持續發展提供信息技術保障。但文中對加密算法的應用以及解碼軟件的開發有待進一步研究。本課題分析面積限額制度下的木材運輸行為，針對可能會出現的嚴重碼單造假現象作了深入的分析，設計了基于二維碼技術的防偽碼單，采用校驗和的特定加密算法對二維碼信息進行加密，為林業執法部門提供有效的執法工具，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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