王雯雯業(yè) 成宮寧生周玉華

（1.南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院 南京 210002）

（2.南京工業(yè)大學(xué) 南京 210009）

（3.南京金創(chuàng)有色金屬科技發(fā)展有限公司 南京 211162）

二維碼與水印技術(shù)在特種設(shè)備防偽和信息追蹤中的應(yīng)用

王雯雯1業(yè) 成1宮寧生2周玉華3

（1.南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院 南京 210002）

（2.南京工業(yè)大學(xué) 南京 210009）

（3.南京金創(chuàng)有色金屬科技發(fā)展有限公司 南京 211162）

水印以人眼無法感知的方式隱藏在二維碼圖像中，通過打印、印刷和激光蝕刻的方式添加在產(chǎn)品或證書報告上，通過手機(jī)即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品真?zhèn)蔚淖R別和產(chǎn)品信息的查詢。本文就如何將二維碼和水印技術(shù)應(yīng)用于特種設(shè)備防偽和信息追蹤中進(jìn)行探討，從而實(shí)現(xiàn)特種設(shè)備真?zhèn)巫R別和全方位、全環(huán)節(jié)、全生命周期內(nèi)的信息追蹤，徹底杜絕特種設(shè)備產(chǎn)品或證書報告造假的現(xiàn)象。

二維碼 水印 防偽 信息追蹤

目前不法分子采取的造假手段極其高明，不僅產(chǎn)品造假，檢驗(yàn)證書、檢驗(yàn)報告、甚至整套證明文件都是假冒，而且仿真程度很高，檢驗(yàn)人員憑借肉眼很難識別真?zhèn)?，因此必須借助于一定的技術(shù)手段和管理平臺對仿冒偽劣產(chǎn)品進(jìn)行有效的識別，實(shí)現(xiàn)特種設(shè)備真?zhèn)巫R別及生命周期內(nèi)的檢驗(yàn)信息數(shù)據(jù)全過程管理[1]。

1 傳統(tǒng)的防偽方式

1.1 視覺類防偽

視覺類防偽主要是指運(yùn)用光漫反射原理和偏振光原理，在產(chǎn)品的外表面添加一定的識別標(biāo)志，依靠人對識別標(biāo)志所產(chǎn)生的特殊視覺效果來鑒別產(chǎn)品的真?zhèn)?，如安全線防偽、多重激光防偽、水印防偽、熒光防偽、變溫防偽等。目前我國人民幣、護(hù)照都采用安全線防偽。視覺類防偽代價比較高，而且主要依賴人的能力，不夠直觀，錯誤率很高，且極易被仿制，不能真正杜絕假冒[2]。

1.2 傳統(tǒng)的數(shù)碼防偽

傳統(tǒng)的數(shù)碼防偽主要包括電話防偽和短信防偽兩種方式。生產(chǎn)者給每個產(chǎn)品分配一個唯一的數(shù)字串作為身份標(biāo)識碼，使用者通過撥打電話或者編寫短信到指定號碼來驗(yàn)證數(shù)字串從而辨別產(chǎn)品的真?zhèn)?。這種防偽方式查詢起來不是很方便，且通常僅為一次性查詢，無法在特種設(shè)備管理上實(shí)現(xiàn)多次數(shù)、多環(huán)節(jié)的查詢。

1.3 標(biāo)簽防偽

目前比較流行的標(biāo)簽防偽主要指RFID技術(shù)，即無線射頻識別技術(shù)。一套完整的RFID系統(tǒng)由RFID標(biāo)簽，解讀器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成，當(dāng)解讀器遇見RFID標(biāo)簽時，發(fā)出電磁波，形成電磁場，標(biāo)簽從電磁場中獲得能量激活標(biāo)簽中的微芯片電路，發(fā)送給解讀器，解讀器把它轉(zhuǎn)換成特定的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過處理這些數(shù)據(jù)來進(jìn)行產(chǎn)品信息的識別和真?zhèn)蔚呐卸ā＿@種防偽方式代價高昂，抗金屬而且易損壞、抗干擾性差，在強(qiáng)磁場、靜電、高溫場合無法使用[3][4]。

1.4 條碼防偽

目前在用的條碼主要包括一維條碼和二維條碼。一維條碼通常印刷在產(chǎn)品的外包裝上，由縱向黑條和白條組成，黑白相間、而且條紋的粗細(xì)也不同，通常條紋下還會有英文字母或阿拉伯?dāng)?shù)字。使用者通過特殊終端進(jìn)行掃描即可識別產(chǎn)品的真?zhèn)?。一維條碼只能包含字母和數(shù)字，信息量小，而且糾錯能力很差，一旦損壞就不能閱讀。二維條碼信息容量大、編碼能力強(qiáng)，可以將照片、文字、指紋、簽名等信息進(jìn)行編碼，不但可以實(shí)現(xiàn)對商品或證件等信息的自動識讀，而且可以提供一定的防偽功能，有效地防止假冒事件的發(fā)生。然而，二維條碼技術(shù)并不是一種嚴(yán)格意義上的防偽技術(shù)，二維條碼編碼過程中是通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)壓縮模式以及模式間的鎖定和轉(zhuǎn)換，形成數(shù)據(jù)碼字，這種公開的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換方法使得二維條碼不能實(shí)現(xiàn)真正的防偽目的[5]。

綜上所述，目前傳統(tǒng)的防偽方式具有價格高昂、易被復(fù)制、只能一次查詢、包含的信息量少、需要特殊查詢終端的缺陷，不能滿足特種行業(yè)設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、改造、維修、檢驗(yàn)七個環(huán)節(jié)，全生命周期信息追蹤，大信息量、多次查詢的需求[6]。因此我們在二維碼的基礎(chǔ)上添加了水印信息，將二者完美結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)水印防偽，二維碼大信息追蹤的功能。

2 二維碼與水印防偽技術(shù)

2.1 水印技術(shù)的介紹

水印(Watermarking)概念首見于Tirkel等人在1993年發(fā)表的名為“Electronic Watermark”的文章，它是一種新興的版權(quán)保護(hù)和數(shù)據(jù)安全維護(hù)的技術(shù)，是近十年來國際信息安全界興起的一個前沿研究課題，它與防偽技術(shù)、信息安全，信息隱藏，數(shù)據(jù)加密等均有密切關(guān)系。水印是利用設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序?qū)⒕哂刑囟ㄒ饬x的標(biāo)記(水印)嵌入到數(shù)字作品（包括圖像、聲音，文檔，視頻等）中，在數(shù)字作品發(fā)布或激光蝕刻品流通后，通過提取相應(yīng)的水印，判斷商品的真?zhèn)巍?/p>

2.2 水印算法

數(shù)字水印主要分為空間域數(shù)字水印和變換域數(shù)字水印兩大類，后者具有良好的不可感知性與魯棒性而成為研究與使用的主流。數(shù)字水印算法通過離散余弦(DCT)轉(zhuǎn)換，在變換域的某個頻段的變換域系數(shù)數(shù)據(jù)上依據(jù)一定的規(guī)則，對系數(shù)進(jìn)行某種改變來嵌入數(shù)字水印。逆DCT 變換，得到嵌入水印的圖像。數(shù)字水印防偽技術(shù)的水印制作方案采用密碼學(xué)中的加密（包括公開密鑰、私有密鑰）體系加強(qiáng)數(shù)字添加的安全性，在水印的嵌入及提取時采用一種密鑰，甚至幾種密鑰的聯(lián)合使用，這使得仿制的難度大大增加。

圖1為水印嵌入模型，其功能是將數(shù)字水印信息加入到原始載體數(shù)據(jù)中。

圖1 水印嵌入流程

在證書打印過程，算法著重考慮了打印過程中將會產(chǎn)生的各種噪聲干擾，使得加入到證書中的水印信息不會受到破壞，經(jīng)過大量的印刷打印實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，水印技術(shù)能夠承受幾乎全部的激光打印流程對水印的影響，對印刷設(shè)備、硒鼓材料無特殊要求。

圖2為水印提取模型，其功能是根據(jù)原始密鑰從水印載體數(shù)據(jù)中提取出水印信息。

圖2 水印提取流程

產(chǎn)品或證書進(jìn)入社會后，制假者會想盡一切辦法仿制、復(fù)制證書，由于水印的獨(dú)特設(shè)計(jì)，這些操作會嚴(yán)重破壞水印的完整性，通過檢測w′與w 的相似度可驗(yàn)證產(chǎn)品或證書真?zhèn)巍?/p>

2.3 證書證書真?zhèn)巫R別實(shí)施流程

●2.3.1證書證書水印添加流程

證書在印刷或打印之前，將待打印證書的圖像（如二維碼）電子文件發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器在其中添加水印信息后將處理好的含有水印的電子文件返還給證書管理服務(wù)器，將接收到的證書電子圖片代替原圖片，再正常進(jìn)行排版、印刷打印，可以實(shí)現(xiàn)每證一圖一碼。

●2.3.2證書證書真?zhèn)螜z測流程

當(dāng)需要檢測證書真?zhèn)位蚴袌鲋谐霈F(xiàn)假冒的證書時，用戶使用其智能手機(jī)（預(yù)先需要到南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院網(wǎng)站免費(fèi)下載與手機(jī)型號對應(yīng)的軟件：Android與iphone，并安裝在手機(jī)上）對證書的水印區(qū)進(jìn)行拍照，手機(jī)自動將拍照好的照片上傳到指定的服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)得到的圖片進(jìn)行水印檢測，然后將結(jié)果返回到南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院的服務(wù)器，在結(jié)果為真時，通過無線方式將證書為真的結(jié)論及相應(yīng)證書信息結(jié)果返還到手機(jī)上，如果結(jié)果為假，即在手機(jī)上顯示證書沒有通過檢測，由此可當(dāng)場（依據(jù)手機(jī)所處區(qū)域信號的好壞確定檢測需要的時間，一般在10s內(nèi)）判斷出證書證書真?zhèn)巍?/p>

系統(tǒng)提供關(guān)于證書檢測統(tǒng)計(jì)信息，包括：檢測時間、檢測地點(diǎn)（手機(jī)定位）、檢測次數(shù)等相關(guān)信息，見圖3。

圖3 手機(jī)拍攝水印區(qū)截圖

圖4(a)為返回檢測結(jié)果為真的截圖， (b)為返回檢測結(jié)果為假的截圖

圖4 返回檢測結(jié)果截圖

2.4產(chǎn)品真?zhèn)巫R別

產(chǎn)品在出廠前，通過激光蝕刻的方式在產(chǎn)品本體或銘牌上蝕刻含有水印信息的二維碼圖像，在產(chǎn)品蝕刻過程中，需要著重考慮蝕刻過程中將會產(chǎn)生的各種噪聲干擾，使得加入到產(chǎn)品中的水印信息不會受到破壞，已有的激光蝕刻實(shí)驗(yàn)證明，在留有照片的情況下，水印技術(shù)能夠承受圖像格式轉(zhuǎn)換與激光蝕刻過程對水印的影響，對激光蝕刻設(shè)備無特殊要求。從數(shù)字圖像到激光蝕刻品，數(shù)字水印的特征在衰減，為保證數(shù)字水印在最終打印后有足夠的可供檢測的信號強(qiáng)度，采用特定的半脆弱水印算法，它可以使水印在經(jīng)第二次激光蝕刻工藝時，不被嚴(yán)重破壞，確保水印信號能被可靠識別。產(chǎn)品真?zhèn)螜z測流程與證書真?zhèn)螜z測流程相同。

3 水印和二維碼防偽技術(shù)在特種設(shè)備行業(yè)的應(yīng)用

水印和二維碼的載體很多，不僅能通過打印和印刷的方式添加在紙質(zhì)材料和塑料制品上，還能通過激光蝕刻機(jī)蝕刻在金屬制產(chǎn)品的本體上或設(shè)備銘牌上。

3.1 在紙質(zhì)證件中的應(yīng)用

●3.1.1 在監(jiān)察機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

每年國家質(zhì)檢總局會發(fā)放大量的特種設(shè)備制造許可證、各類檢驗(yàn)檢測人員資格證、各類特種設(shè)備從業(yè)人員操作證等紙質(zhì)證書。這些證書大多采用印刷或紙張防偽方式，極易被仿制，從而給不發(fā)分子以可乘之機(jī)，不用經(jīng)過任何審查和考察，交上幾百元就可買到假特種設(shè)備制造許可證、各類假檢驗(yàn)檢測人員資格證以及各類假特種設(shè)備從業(yè)人員操作證，從而埋下了很大的安全隱患，事故頻發(fā)。在特種設(shè)備制造許可證、各類檢驗(yàn)檢測人員資格證、各類特種設(shè)備從業(yè)人員操作證等紙質(zhì)證件中通過印刷的方式添加水印和二維碼或者直接粘貼上水印和二維碼標(biāo)貼，監(jiān)察人員通過手機(jī)即可迅速識別操作證的真?zhèn)危尲僮C無處遁形。

●3.1.2 在檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

每年檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)都會出具大量的特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)證書和各類檢驗(yàn)報告，據(jù)統(tǒng)計(jì)南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院每年會出具鍋爐類特種設(shè)備制造監(jiān)督檢驗(yàn)證書600多份，壓力容器類特種設(shè)備制造監(jiān)督檢驗(yàn)證書15000多份，這些證書和檢驗(yàn)報告都以紙張為載體，極易被仿制，每年南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院都會收到從全國各地的監(jiān)察機(jī)構(gòu)反饋過來的假監(jiān)檢證書和假檢驗(yàn)報告若干份，給用戶帶來了很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院從2014年10月份開始在各類監(jiān)督檢驗(yàn)證書和檢驗(yàn)報告通過激光打印方式添加二維碼和水印，用戶通過智能手機(jī)即可輕松識別證書的真?zhèn)?，杜絕了監(jiān)檢證書和檢驗(yàn)報告造假的可能性。

●3.1.3 在特種設(shè)備制造企業(yè)的應(yīng)用

據(jù)國家質(zhì)檢總局發(fā)布的數(shù)據(jù)，截至2013年底，全國共有特種設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)55451家，生產(chǎn)特種設(shè)備及原部件139.31萬臺，出具各類產(chǎn)品合格證一百多萬份，其中不乏很多知名企業(yè)的產(chǎn)品被假冒的案例，不法分子通過假造知名企業(yè)的產(chǎn)品合格證，將小作坊生產(chǎn)的不合格、未檢驗(yàn)的特種設(shè)備配上假冒的產(chǎn)品合格證推向市場，嚴(yán)重?cái)_亂了市場秩序，侵害了知名企業(yè)的合法權(quán)益。通過激光打印或者粘貼標(biāo)貼的形式，在產(chǎn)品合格證上加入水印和二維碼，那么用戶通過手機(jī)掃描二維碼和水印，即可簡單、快速識別合格證的真?zhèn)危行Ф沤^產(chǎn)品合格證作假的現(xiàn)象，切實(shí)的保護(hù)企業(yè)的合法權(quán)益。

3.2 在金屬制特種設(shè)備產(chǎn)品中的應(yīng)用

為保障特種設(shè)備使用過程的安全、減少各類特種設(shè)備事故發(fā)生，我國對特種設(shè)備實(shí)施全方位、全過程的安全監(jiān)察，共涉及七個環(huán)節(jié)的信息，數(shù)據(jù)量大，而且關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，每個環(huán)節(jié)的信息，其他環(huán)節(jié)都需要使用，但是很多特種設(shè)備在使用過程中都會出現(xiàn)紙質(zhì)資料丟失的現(xiàn)象，監(jiān)察人員、檢驗(yàn)人員、管理人員和使用人員很難追蹤到設(shè)備的動態(tài)信息，無法正確把握設(shè)備狀況，從而埋下安全隱患，事故頻發(fā)。因此在設(shè)備本體上或者設(shè)備銘牌上通過激光蝕刻機(jī)蝕刻二維碼和水印實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息的追蹤，將設(shè)備普通信息注入二維碼內(nèi)，檢驗(yàn)信息、維修信息等詳細(xì)信息輸入數(shù)據(jù)庫內(nèi)，那么監(jiān)察、檢驗(yàn)人員和運(yùn)行人員無需翻看紙質(zhì)資料，通過手機(jī)掃描二維碼和水印即可獲得設(shè)備的所有信息，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息的動態(tài)追蹤。激光蝕刻二維碼和水印技術(shù)適用于包含鍋爐、壓力容器、壓力管道、罐車、氣瓶、安全閥、起重機(jī)、電梯、廠內(nèi)機(jī)動車在內(nèi)的所有金屬制品，可以直接蝕刻在設(shè)備本體上，也可以蝕刻在設(shè)備銘牌上，監(jiān)管人員和檢驗(yàn)人員通過手機(jī)掃描二維碼和水印即可連接后臺數(shù)據(jù)庫，快速了解特種設(shè)備的全部信息，包括上次檢驗(yàn)日期、檢驗(yàn)單位、檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)結(jié)果、下次檢驗(yàn)日期等，從而杜絕超期未檢現(xiàn)象的發(fā)生，確保特種設(shè)備的安全運(yùn)行。

4 結(jié)束語

目前證書二維碼和水印系統(tǒng)已運(yùn)用于南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院的所有制造監(jiān)檢證書以及各類檢

驗(yàn)報告中，使用以來效果明顯，受到制造企業(yè)和使用單位的一致好評，激光蝕刻二維碼和水印技術(shù)也即將運(yùn)用在罐車監(jiān)察管理中。二維碼和水印技術(shù)的完美結(jié)合，必將提高特種設(shè)備的防偽水平，使造假者望而卻步，同時二維碼的大信息容量和高編碼能力也為特種設(shè)備全方位、全生命周期內(nèi)的信息追蹤提供了途徑，為我國的特種設(shè)備行業(yè)的信息化建設(shè)帶來新的亮點(diǎn)與特色。

1 嚴(yán)建福,淺析條碼技術(shù)在特種設(shè)備監(jiān)管中的應(yīng)用[J].電子世界,2004(11).

2 劉全忠,基于數(shù)字水印技術(shù)的證件防偽系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D].西安理工大學(xué),2006(3).

3 滕旭,基于二維碼的證件管理研究與應(yīng)用[D].西安科技大學(xué),2011(6).

4 廖東方,二維碼電子標(biāo)簽的安全技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué),2008(2).

5 劉麗,周亞建,二維條碼數(shù)字水印技術(shù)研究[J].理論研究,2014(1).

6 馬智,特種設(shè)備使用管理[J].學(xué)術(shù)研究,2013(21).

The Application of Two-dimensional Code and Watermark Technology in Special Equipment Anti-counterfeiting and Information Tracking

Wang Wenwen1Ye Cheng1Gong Ningsheng2ZhouYuhua3
(1.Nanjing Boiler and Pressure Vessel Inspection Institute Nanjing 210002)
(2.Nanjing University of Technology Nanjing 210009)
(3.Nanjing Jin Chuang Non-ferrous metal Materials Science and Technology Development Co., Ltd, Nanjing 211162)

Watermark is imperceptible to the human eye by way of hiding in the two-dimensional code image. The two-dimensional code and watermark technology adding by printing and laser etching, can achieve the identifcation of product and query of product information by cell phone.This article discusses how to use the twodimensional code and watermark technology in security and information tracking of special equipment, in order to achieve the identification of special equipment andthe whole life cycle ofinformation tracking, prevent special equipment fraud phenomenon, ensure the safe operation of special equipment.

Two-dimensionalcode Watermark Anti-counterfeiting Information tracking

X924.2

：B

1673－257X(2014)11－01－04

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.11.001

王雯雯(1984～),女，工程師，碩士研究生，從事承壓類特種設(shè)備信息化研究。

2014-09-20）