區塊鏈和RFID技術在商品溯源防偽中的應用研究

班海琴

摘要：在商品的出廠和銷售過程中，離不開防偽設計，尤其是優質名牌產品或者藥品、食品，消費者要求可靠的溯源和防偽保障。針對傳統的溯源防偽系統易復制、信息不透明、數據容易篡改、安全性差、相對封閉等弊端和弱點，設計了一種商品全過程溯源防偽系統，該系統結合RFID射頻身份識別技術以及區塊鏈技術，使用RFID的唯一性以及區塊鏈的去中心化不可篡改的特性，既實現對了商品的溯源管理，又極大地增強了防偽系統的可信度。

關鍵詞：食品安全;商品防偽;過程追溯;區塊鏈;RFID

中圖分類號：TP391.44? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）23-0237-03

開放科學（資源服務）標識碼（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、流通和銷售過程中，常常面臨以次充好、假冒偽劣等問題，這些問題給企業帶來損失，給消費者帶來較差的體驗，也降低了整個社會的信用。近年來，雖然人們的生活水平不斷提高，但是對食品藥品安全以及產品安全問題，社會上存在普遍的擔憂。特別是對于一些特殊的商品來說，如疫苗和藥品，一旦被仿制或者冒充，將造成嚴重危害，今年來關于此類新聞層出不窮，并且對公共部門的公信力也會造成嚴重損害。此外，對于奢侈品以及高端酒類等產品，山寨以及仿制，如原廠地造假、品牌山寨、外觀一致內容造假等，都會給品牌產生嚴重的價值流失。品牌廠商一直在尋找可靠的方法來保護其品牌價值，比如發行限量版，特殊的防偽符號，二維碼防偽，特殊的包裝等等。產品能可靠的防偽溯源，將給消費者帶來的安心的消費體驗。對于正規廠家來說，也有助于保護自己的品牌。因此，建立一套能夠可靠溯源防偽的商品過程管理系統，具有極大的意義。

2 概述

2.1 RFID概述

RFID（radio-frequency identification）是“射頻識別”的首字母縮寫，指的是一種電子技術，通過射頻無線電波將編碼在RFID標簽或智能標簽中的數字數據捕捉到閱讀器。RFID類似于條形碼，來自標簽或標簽的數據被存儲在數據庫中的設備捕獲【1】。然而，與使用條形碼相比，RFID有幾個優勢。首先，RFID可以實現同時讀取多個目標;其次，RFID讀取距離可以調節，最遠可以達到數十米;最關鍵的是RFID標簽數據可以在視線之外讀取，而條形碼必須與光學掃描儀對齊。RFID屬于一組稱為自動識別和數據捕獲（Automatic Identification and Data Capture ， 縮寫為AIDC）的技術。AIDC方法自動識別對象，收集有關對象的數據，并在很少或沒有人工干預的情況下將這些數據直接輸入計算機系統。RFID方法利用射頻無線電波來實現這一點。簡單地說，RFID系統由三個組件組成： RFID標簽或智能標簽、RFID閱讀器和天線。RFID標簽包含集成電路和天線，用于向RFID閱讀器（也稱為詢問器）傳輸數據。然后閱讀器將無線電波轉換成更有用的數據形式。然后通過通信接口將從標簽收集到的信息傳輸到主機系統，在主機系統中，數據可以存儲在數據庫中，并根據需要進行邏輯應用如下圖1所示，其為一個典型的RFID系統組成。

RFID標簽：RFID標簽由RFID芯片和外圍天線電路組成，根據需要，可以做成各種形狀，如下圖2所示，RFID標簽上的天線接收讀寫器天線發射的射頻電磁波，并為標簽上的芯片提供電源，讀取出芯片里面特定區域的數據，并反射給讀寫器的天線[2]。不同的應用場景，可以根據實際情況，往RFID的特定區域寫入特定的編號或者數據，從而代表具體的意義。

RFID讀寫器：RFID讀寫器通過天線接收到RFID標簽反射回來的應答射頻信號，并解析出數據，從而完成目標識別。根據不同的應用，比如服裝盤點，資產盤點，數據代表產品型號或者編號等。讀寫器根據實際應用場景，將數據進行存儲或者通過一些接口發送到服務器的數據庫，給SASS軟件進行處理。

2.2 區塊鏈概述

區塊鏈（Blockchain）字面意思是“區塊組成的記錄鏈”，不同記錄區塊被鏈接起來，從而形成區塊鏈。區塊鏈的名詞在2008年被中本聰在關于比特幣的發明的論文[3]中被提出，但是從計算機學科的角度來說，區塊鏈并不是一種全新的概念，其本質上是一種分布式賬本，區塊鏈技術也就是一種分布式賬本技術，屬于一種特殊的分布式數據庫技術。

區塊鏈是通過密碼學串接并保護內容的串聯數據記錄（也稱之為區塊），每一個區塊中都包含了前一個區塊的加密散列（hash值）、相應的時間戳（time Stamp）以及交易數據（通常用默克爾樹算法計算的散列值進行表示）[4]。這樣的設計使得區塊鏈的內容哪怕從理論上來說，都難以被篡改。通過該方法形成的區塊鏈的內容，實際上更是無法被篡改。

區塊鏈的分布式特性可以形成一個去中心化的分布式計算網絡，在該網絡中，不同的節點相互連接，通過共識機制進行協調，該去中心化特性和共識機制，使得整個網絡都難以被有效攻擊，數據的真實有效性更是得到了保障。

如圖3所示，是一個區塊組成。

區塊鏈的一個典型應用是比特幣網絡，其采用工作量證明的方法作為共識機制[5]，該共識機制用來解決交易確認問題，其從2008年以來，在全球自發演化形成越來越龐大的網絡，比特幣網絡穩定運行，實踐證明目前任何類型的計算機或者計算機網絡都無法對其發動有效攻擊[6]。

區塊鏈的這些特性，如去中心化，公開透明，讓系統的各方都能參與到數據庫的記錄。且整個網絡數據難以被篡改，非常適合作為溯源防偽應用[7]。

2.3 商品溯源防偽管理概述

商品的防偽和溯源管理，是指這樣的一套系統，其能夠對商品的生產流通的各個環節進行記錄，保證數據的唯一性和準確性，并試圖避免非法和虛假記錄和該系統的記錄重合或者串號，從而達到追溯源頭和商品防偽的功能。目前，防偽溯源系統層出不窮，但是從物理層面來說，采用的物理防偽媒介容易被修改、復制或重復利用。如一些高端酒廠的產品，其防偽標志和容易被仿制或者復制。此外，從流通環節來說，傳統的二維碼或者條形碼也非常容易被復制。并且，此類的防偽溯源系統都是中心化設計，缺乏信任機制，即使避免了以上2個問題，但是中心化的設計，使得商家或者內部工作人員對數據進行修改，有時候甚至會造成更惡劣的影響。最后，在流通環節中，不同的參與方都有自己的信息系統，由于接口不統一，數據存儲以及訪問的可靠性同樣難以得到保障。

3 系統設計

從上文概述可知，在商品的各個環節，傳統的溯源管理系統，數據極易被仿造、復制或者篡改，至多只能在某個程度實現所謂的防偽以及溯源，無法增加消費者的信任。

3.1 系統組成

在從數據的產生、處理和保護的角度，提出如下的一套系統設計，如圖表4所示：

防偽溯源的根本是數據的產生、處理以及維護的過程中的數據有效性，圖4的系統中，數據被記錄在RFID標簽中，且獲取時，通過讀寫器RFID感應接口獲取唯一RFID數據，獲取到的數據，根據不同的需要，元數據被記錄在區塊鏈網絡上，從而使得此類數據的真實可靠且無法篡改。

3.2 系統工作流程

3.2.1 原始數據的建立

根據商品的類型，設置商品的編碼以及防偽代碼，并將該數據寫入到RFID標簽中的EPC區域中，由于RFID標簽芯片上，每個芯片具備一個全球唯一編碼（TID）[8]，使得其被仿造幾乎無可能。其具體格式如下表1：

每個商品在出廠之前，其唯一編號，被寫入到標簽。用戶區域，可以寫入產地以及出廠時間等信息。故在出廠時，TID、EPC以及用戶區域的數據之間存在一個唯一對應關系，由于TID無法被篡改，即使修改了其他區域的數據，也能夠被系統所察覺。RFID標簽可以根據實際情況，設計成各種形態，甚至可以嵌入到產品本身的結構中，從而進一步鞏固了數據安全性。

3.2.2 原始數據的獲取和關聯數據的產生

數據產生之后，即可通過RFID讀寫器進行數據獲取，商品在出廠環節，使用讀寫器進行裝車清點，可以錄入并自動生成對應批次的信息，在流通環節，每個檢驗、審核以及驗收或者經銷商，使用讀寫器，可以自動將該商品信息讀取，并自動驗證是否屬于無效數據或者偽造數據。此外，在讀取商品信息的時候，讀寫器的讀寫操作行為本身也會被記錄。從而使得商品以及對商品的主要環節操作都被可靠記錄。

3.2.3 區塊鏈數據記錄

以上兩步操作，保證了數據產生的可靠性以及數據操作的可靠性，但是數據需要被存儲在數據庫中，為了保證數據庫本身的安全性，并防止廠家或者機構本身進行造假，原始數據以及關聯操作數據，在產生時，即被同步到區塊鏈網絡，并逐漸形成新的區塊，從而保證了所有數據的安全可靠性。數據的訪問需要設置權限，增加數據段權限設置，使用區塊鏈本身鑒權機制，可以保證各個參與方能夠獲取到其所能訪問到的數據，且不會公開所有的數據。

3.3 防偽和溯源

基于以上的系統設計，數據從產生、被讀寫以及維護等全流程都能保證有效性和唯一性，任何一個環節，當數據讀入的時候，會經過鑒權，從區塊鏈數據庫中比對數據，若與原始數據不符，則提示風險。若數據符合，則能完整顯示出商品的源頭以及真偽信息，根據需要甚至可以驗證出每個流通環節的過程。

4 結論

使用RFID和區塊鏈結合的方法，從源頭到末端都保證了數據的有效性和可靠性。數據最開始被記錄在RFID標簽中，且TID是全球唯一的，RFID讀寫器讀寫時，只能通過特定接口讀取，且讀取的數據和讀取本身的操作被記錄在區塊鏈上，防止任何一方對數據進行修改和偽造。一旦出現偽造，系統將能實時察覺。任何偽造數據無法被錄入系統，相較于其他傳統的防偽溯源方法，該方法真正的安全可靠，數據的鑒權訪問，保證了任何參與方都能有限度訪問數據，即使廠家也無法修改數據，屬于一種信任度極高的增信機制。

參考文獻：

[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] 中文維基百科.區塊鏈[EB/OL]. https：//zh.wikipedia.org/zh-hans/區塊鏈.

[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.

【通聯編輯：謝媛媛】