張國華 張付春 吳昊

摘? 要：為解決條煙的物流溯源問題，提出一種基于加密隱形碼技術(shù)的條煙物流溯源方案。該方案通過對條煙的核心信息進行算法加密和隱形，形成一種加密的隱形碼對條煙進行物流溯源。進而，基于該加密隱形碼，設(shè)計一種適用于條煙物流溯源的加密隱形碼條煙物流溯源系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對條煙的防偽溯源。該方案能有效改善條煙物流溯源中的問題，對煙草行業(yè)有一定參考價值。

關(guān)鍵詞：隱形碼;加密算法;條煙;溯源系統(tǒng)

中圖分類號：F253.9??? 文獻標(biāo)識碼：A

Abstract： In order to solve the logistics traceability problem of strips of cigarettes， a logistics traceability scheme of strips of cigarettes based on encrypted invisible code technology was proposed. In this scheme， the core information of the cigarette is encrypted and hidden， and an encrypted invisible code is formed to trace the logistics source of the cigarette. Then， based on the encrypted invisible code， a traceability system of encrypted invisible code is designed， which is suitable for the traceability of cigarette logistics， so as to realize the security traceability of cigarette logistics. This scheme can effectively improve the traceability problems in tobacco logistics， and has certain reference value for the tobacco industry.

Key words： invisible code; encryption algorithm; the smoke; traceability system

0? 引? 言

溯源能滿足獲知某產(chǎn)品或其他組成部分的歷史信息或位置的需求。隨著社會的不斷進步與通信技術(shù)的不斷發(fā)展，部分企業(yè)已經(jīng)開始意識到防偽溯源的重要性，并開始使用防偽溯源技術(shù)[1]。條煙物流溯源，是指采用相關(guān)的技術(shù)手段來監(jiān)控條煙從生產(chǎn)到消費的流通過程，有利于保證市場的有序運行，維護市場穩(wěn)定，為消費者和生產(chǎn)商提供有力保障。當(dāng)條煙應(yīng)用物流溯源技術(shù)以后，如果發(fā)生串貨、售假等情況，稽查人員可以通過該信息定位到問題環(huán)節(jié)，明確相關(guān)責(zé)任人，方便追責(zé)與問題處理。目前，在煙草行業(yè)，國家局專賣局引入了“兩打三掃”的“一號工程”系統(tǒng)，實現(xiàn)了對條煙信息的全面準(zhǔn)確采集。每條條煙都有一個“一號工程”32位條碼，對條煙的信息進行說明[2]。目前是將32位條碼激光打碼到條煙上，該32位條碼包括生產(chǎn)該卷煙的煙廠、售出該條煙的煙草商業(yè)公司以及購買該條煙的零售戶等信息。

但隨著“一號工程”的應(yīng)用與實踐，也顯現(xiàn)出一些問題。主要體現(xiàn)在：激光條碼在非法流通時經(jīng)常被違法犯罪人員損毀篡改，導(dǎo)致信息殘缺、辨識不清、甚至消失的情況，以至于無法查證非法流通的證據(jù)，也導(dǎo)致條煙無法追根溯源。煙草行業(yè)急需新的條煙物流溯源方式來改變現(xiàn)狀。

目前，關(guān)于煙草溯源的研究主要集中于質(zhì)量追溯：鐘琳[3]研究了煙草生產(chǎn)中全過程質(zhì)量追溯，樊海峰[4]針對煙葉質(zhì)量安全追溯進行了研究，凌菁[5]等基于物聯(lián)網(wǎng)對煙草防偽與質(zhì)量溯源進行了研究，劉建利[6]等對煙草種植區(qū)溯源特征進行了研究。其中關(guān)于條煙物流溯源研究較少，而條煙物流溯源對于煙草行業(yè)良好發(fā)展有一定意義。基于此，本文提出將加密隱形碼應(yīng)用于條煙物流溯源系統(tǒng)，并形成完整的加密隱形碼條煙物流溯源系統(tǒng)，實現(xiàn)對條煙的物流溯源。

1? 條煙加密隱形碼物流溯源技術(shù)

1.1? 條煙加密隱形碼物流溯源相關(guān)理論與技術(shù)

1.1.1? 加密隱形碼相關(guān)密碼理論

加密隱形碼在形成的過程中，涉及密碼理論。在密碼理論中定義一個加密算法體制是一個五元組P、C、K、E、D，滿足以下條件：

（1）P是可能明文的有限集，且存在x∈P;

（2）C是可能密文的有限集，且存在y∈C;

（3）密鑰空間K是可能密鑰的有限集;

（4）對每一個k∈K，有一個加密規(guī)則e∈E和d∈D，每一個e： P→C和d： C→P是一個函數(shù)，它滿足dex=x，對每一個明文x∈P，每一個密文y∈C。

其主要特性是條件（4），它是說如果一個明文x使用e加密，加密后的密文接著用d解密，那么原來的明文將得到恢復(fù)。

加密過程的示意圖如圖1所示。

本文提出的條煙物流溯源方案中，主要涉及單表替換加密算法及Vigenere加密算法兩種加密算法：

（1）單表替換加密算法

單表替換加密算法是替換式加密算法中較為簡單的一種形式。在單表替換加密算法中，每個字母都映射一個唯一的與之對應(yīng)的字母，其解密時使用一個固定的替換表。具體加密原理如下：

設(shè)P=C=Z，π是由26個符號A，B，…，Z的所有可能置換組成的，對每一個置換π∈K，定義：ex=πx，且：dy=πy，此處π是π的逆置換。

單表替換加密算法的密鑰由26個字母的置換組成，這些置換的數(shù)目為26！，大于4.0×1014，是一個較大的數(shù)值，不易被輕易破解。

（2）Vigenere加密算法

Vigenere加密算法是古典加密算法中最典型的算法之一，是在單一的Caesar加密算法基礎(chǔ)上擴充出的多表加密算法。其原理是使用一串字母作為密鑰，結(jié)合Vigenere方陣，每一個密鑰字母被用來加密一個明文字母，第一個密鑰字母加密第一個明文字母，第二個密鑰字母加密第二個明文字母，以此類推，當(dāng)密鑰字母全部使用完畢后，再重復(fù)使用。在此過程中，Vigenere方陣是固定的，密鑰長度和內(nèi)容由通信雙方約定且只有通信雙方知道，并且不同的信息塊可以用不同的密鑰來加密，因此加密的可靠度較高，而破解的幾率低，能較好地保護信息安全。具體加密原理如下：

設(shè)m是某一固定的正整數(shù)，使用26個符號A，B，…，Z，定義P=C=Z。對一個密鑰K=k，k，…，k，我們定義：ex，x，…，x=x+k， x+k， …， x+k和dy，y，…，y=y-k， y-k， …， y-k。這里所有運算在Z中完成。

1.1.2? 加密隱形碼相關(guān)隱形碼技術(shù)

本文中加密隱形碼所涉及的隱形碼技術(shù)是一種可將條碼信息“消失于”包裝裝潢的圖案之中的技術(shù)，此技術(shù)既不破壞包裝裝潢整體的效果、不影響條碼功能，又能滿足防偽需要。其主要形式有：覆蓋式隱形條碼、光化學(xué)處理的隱形條碼、隱形油墨印制的隱形條碼、紙質(zhì)隱形條碼及金屬隱形條碼。

本文方案中主要應(yīng)用的是隱形油墨印制的隱形條碼技術(shù)。其隱形處理過程是：將隱形油墨噴涂在包裝上，該油墨中含有細(xì)小的熒光顆粒，直接用眼睛看不見這種顆粒的光反射，因為其反射出來的光不在人眼可見的光譜中，從而實現(xiàn)條碼的隱形。而當(dāng)使用能發(fā)出紫外線的紫色燈光照射的時候，反射出來的紫光就會讓眼睛捕捉到紫色的光感信號，從而使該條碼顯現(xiàn)。故只有使用以紫光為光源的隱形條碼識讀器才可以對該隱形條碼的信息進行識讀和采集。

1.2? 條煙加密隱形碼物流溯源技術(shù)設(shè)計

條煙隱形碼物流溯源系統(tǒng)中的加密隱形碼將隱形碼不易被察覺的特征與加密算法加密特性相結(jié)合，設(shè)計出用于條煙溯源的加密隱形碼。

為達到更好的條煙物流溯源效果，本文的方案中，通過結(jié)合上述單表替換加密算法和Vigener加密算法對條煙隱形碼進行進一步加密。在實際應(yīng)用過程中，一般選取較為核心的信息進行算法加密，保證在條煙32位碼被損毀時仍能準(zhǔn)確定位到商戶。將加密之后的核心信息，通過隱形噴墨的方式噴打在條煙外包裝上，以實現(xiàn)對條煙在流通過程中的有效溯源。

以周口市煙草的實際應(yīng)用為例，隱形碼選擇條煙32位條碼中的核心信息：年月日、市區(qū)/縣、零售商代碼組成十位編碼。年月日、市、區(qū)/縣各使用一位代碼來表示，零售商戶碼段選擇除去行政區(qū)劃代碼及零售商戶性質(zhì)的五位代碼（即32位碼中零售商戶碼段后五位）來表示。

為實現(xiàn)碼段對稱、形式工整，將所有信息組成的十位編碼劃分成兩個編碼段上下組合。通過自主選擇的密鑰對零售商代碼進行加密，通過排列組合對年月日、市、區(qū)/縣五位代碼的排列方式進行改變，以確保隱形碼的保密性。

編碼段組合示例如表1所示。

根據(jù)單表替換加密算法對年月日、市、區(qū)/縣信息進行加密;根據(jù)Vigenere加密算法，對零售商代碼進行加密。本文中的方案只是提供一種可能，在具體使用過程中，可以通過更換排列組合方式和更換密鑰的方法對信息加密形式進行調(diào)整以實現(xiàn)動態(tài)加密，進一步增加其保密性。如圖2為生成的隱形碼示例。

加密隱形碼在打碼時，本方案建議采用打碼三組相同碼的方式進行打碼（如圖2所示）。這樣可以有效避免單一打碼識別不清楚或者被遮蓋的問題，確保加密隱形碼的識別率。

2? 條煙加密隱形碼物流溯源系統(tǒng)

2.1? 條煙加密隱形碼物流溯源系統(tǒng)設(shè)計

該條煙物流溯源利用隱形碼可隱藏于條煙包裝之中、不易被察覺的特點，結(jié)合隱形碼編碼技術(shù)、打碼技術(shù)以及識別技術(shù)，形成一套完整的條煙物流溯源技術(shù)。具體表現(xiàn)為：在原有“一號工程”32位明碼的基礎(chǔ)上，添加包含商戶重要信息的隱形暗碼，并配備相應(yīng)的隱形碼識別系統(tǒng)。實現(xiàn)在條煙32位明碼被破壞的情況下，仍可以根據(jù)添加的隱形暗碼，通過配套的隱形碼識別系統(tǒng)定位商戶信息，實現(xiàn)對條煙的物流溯源。條煙隱形碼物流溯源系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

目前，條煙稽查時主要依賴人工錄碼的方式，操作繁瑣、工作量大且效率低[7]。基于此，本物流溯源系統(tǒng)添加手持圖像識別終端，從條煙復(fù)雜背景中提取加密隱形碼文本信息進行識讀破譯，關(guān)聯(lián)到具體商戶，簡化稽查流程。

2.2? 條煙加密隱形碼物流溯源系統(tǒng)保密性分析

（1）不易察覺。隱形碼的特點是不易察覺，隱形于包裝之中。相較于“一號工程”32位激光明碼，隱形碼不會被輕易察覺，增加了其保密性。

（2）多重加密算法疊加。通過多種加密算法進行組合和動態(tài)加密，需要通過密鑰才可破解，進一步增加了破譯難度。

（3）動態(tài)調(diào)整?？赏ㄟ^改變密鑰和組合方式來對隱形碼進行不定期動態(tài)調(diào)整，進一步增加了隱形碼的保密性。

3? 實施效果

本文條煙隱形碼物流溯源方案采用符合煙草行業(yè)實際需求的加密隱形碼技術(shù)，針對煙草行業(yè)的管理及煙草行業(yè)的自身特點，進一步實現(xiàn)了條煙供應(yīng)“最后一公里”的防偽溯源。保證條煙信息在流通過程中的物流溯源，為全國煙草行業(yè)在條煙物流溯源上提供了一些新思路。

在實際應(yīng)用中，已初步展現(xiàn)效果。在2021年春節(jié)前后的稽查工作中，周口市通過該加密隱形碼查獲多起條煙串貨案例。在條煙原有激光碼被破壞的情況下，稽查人員通過該加密隱形碼確定條煙真正所屬商戶，實現(xiàn)了對條煙的有效物流溯源，達到了規(guī)范條煙售賣的效果。

4? 結(jié)束語

本文研究了條煙物流溯源中追溯碼的加密溯源問題，通過加密隱形碼對條煙進行物流溯源。該加密隱形碼能有效提高對條煙的物流溯源能力，對整個煙草行業(yè)有一定參考意義。本文僅分析了借助單表替換加密算法、Vigenere加密算法生成條煙物流溯源隱形碼并將其應(yīng)用，下一步還可通過其他加密算法、隱形二維碼、隱形三維碼等方式對條煙進行物流溯源，以提高條煙物流溯源的效率。

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