基于加密隐形码技术的条烟物流溯源解决方案

张国华 张付春 吴昊

摘  要：为解决条烟的物流溯源问题，提出一种基于加密隐形码技术的条烟物流溯源方案。该方案通过对条烟的核心信息进行算法加密和隐形，形成一种加密的隐形码对条烟进行物流溯源。进而，基于该加密隐形码，设计一种适用于条烟物流溯源的加密隐形码条烟物流溯源系统，从而实现对条烟的防伪溯源。该方案能有效改善条烟物流溯源中的问题，对烟草行业有一定参考价值。

关键词：隐形码;加密算法;条烟;溯源系统

中图分类号：F253.9    文献标识码：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

溯源能满足获知某产品或其他组成部分的历史信息或位置的需求。随着社会的不断进步与通信技术的不断发展，部分企业已经开始意识到防伪溯源的重要性，并开始使用防伪溯源技术[1]。条烟物流溯源，是指采用相关的技术手段来监控条烟从生产到消费的流通过程，有利于保证市场的有序运行，维护市场稳定，为消费者和生产商提供有力保障。当条烟应用物流溯源技术以后，如果发生串货、售假等情况，稽查人员可以通过该信息定位到问题环节，明确相关责任人，方便追责与问题处理。目前，在烟草行业，国家局专卖局引入了“两打三扫”的“一号工程”系统，实现了对条烟信息的全面准确采集。每条条烟都有一个“一号工程”32位条码，对条烟的信息进行说明[2]。目前是将32位条码激光打码到条烟上，该32位条码包括生产该卷烟的烟厂、售出该条烟的烟草商业公司以及购买该条烟的零售户等信息。

但随着“一号工程”的应用与实践，也显现出一些问题。主要体现在：激光条码在非法流通时经常被违法犯罪人员损毁篡改，导致信息残缺、辨识不清、甚至消失的情况，以至于无法查证非法流通的证据，也导致条烟无法追根溯源。烟草行业急需新的条烟物流溯源方式来改变现状。

目前，关于烟草溯源的研究主要集中于质量追溯：钟琳[3]研究了烟草生产中全过程质量追溯，樊海峰[4]针对烟叶质量安全追溯进行了研究，凌菁[5]等基于物联网对烟草防伪与质量溯源进行了研究，刘建利[6]等对烟草种植区溯源特征进行了研究。其中关于条烟物流溯源研究较少，而条烟物流溯源对于烟草行业良好发展有一定意义。基于此，本文提出将加密隐形码应用于条烟物流溯源系统，并形成完整的加密隐形码条烟物流溯源系统，实现对条烟的物流溯源。

1  条烟加密隐形码物流溯源技术

1.1  条烟加密隐形码物流溯源相关理论与技术

1.1.1  加密隐形码相关密码理论

加密隐形码在形成的过程中，涉及密码理论。在密码理论中定义一个加密算法体制是一个五元组P、C、K、E、D，满足以下条件：

（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）密钥空间K是可能密钥的有限集;

（4）对每一个k∈K，有一个加密规则e∈E和d∈D，每一个e： P→C和d： C→P是一个函数，它满足dex=x，对每一个明文x∈P，每一个密文y∈C。

其主要特性是条件（4），它是说如果一个明文x使用e加密，加密后的密文接着用d解密，那么原来的明文将得到恢复。

加密过程的示意图如图1所示。

本文提出的条烟物流溯源方案中，主要涉及单表替换加密算法及Vigenere加密算法两种加密算法：

（1）单表替换加密算法

单表替换加密算法是替换式加密算法中較为简单的一种形式。在单表替换加密算法中，每个字母都映射一个唯一的与之对应的字母，其解密时使用一个固定的替换表。具体加密原理如下：

设P=C=Z，π是由26个符号A，B，…，Z的所有可能置换组成的，对每一个置换π∈K，定义：ex=πx，且：dy=πy，此处π是π的逆置换。

单表替换加密算法的密钥由26个字母的置换组成，这些置换的数目为26！，大于4.0×1014，是一个较大的数值，不易被轻易破解。

（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，是在单一的Caesar加密算法基础上扩充出的多表加密算法。其原理是使用一串字母作为密钥，结合Vigenere方阵，每一个密钥字母被用来加密一个明文字母，第一个密钥字母加密第一个明文字母，第二个密钥字母加密第二个明文字母，以此类推，当密钥字母全部使用完毕后，再重复使用。在此过程中，Vigenere方阵是固定的，密钥长度和内容由通信双方约定且只有通信双方知道，并且不同的信息块可以用不同的密钥来加密，因此加密的可靠度较高，而破解的几率低，能较好地保护信息安全。具体加密原理如下：

设m是某一固定的正整数，使用26个符号A，B，…，Z，定义P=C=Z。对一个密钥K=k，k，…，k，我们定义：ex，x，…，x=x+k， x+k， …， x+k和dy，y，…，y=y-k， y-k， …， y-k。这里所有运算在Z中完成。

1.1.2  加密隐形码相关隐形码技术

本文中加密隐形码所涉及的隐形码技术是一种可将条码信息“消失于”包装装潢的图案之中的技术，此技术既不破坏包装装潢整体的效果、不影响条码功能，又能满足防伪需要。其主要形式有：覆盖式隐形条码、光化学处理的隐形条码、隐形油墨印制的隐形条码、纸质隐形条码及金属隐形条码。

本文方案中主要应用的是隐形油墨印制的隐形条码技术。其隐形处理过程是：将隐形油墨喷涂在包装上，该油墨中含有细小的荧光颗粒，直接用眼睛看不见这种颗粒的光反射，因为其反射出来的光不在人眼可见的光谱中，从而实现条码的隐形。而当使用能发出紫外线的紫色灯光照射的时候，反射出来的紫光就会让眼睛捕捉到紫色的光感信号，从而使该条码显现。故只有使用以紫光为光源的隐形条码识读器才可以对该隐形条码的信息进行识读和采集。

1.2  条烟加密隐形码物流溯源技术设计

条烟隐形码物流溯源系统中的加密隐形码将隐形码不易被察觉的特征与加密算法加密特性相结合，设计出用于条烟溯源的加密隐形码。

为达到更好的条烟物流溯源效果，本文的方案中，通过结合上述单表替换加密算法和Vigener加密算法对条烟隐形码进行进一步加密。在实际应用过程中，一般选取较为核心的信息进行算法加密，保证在条烟32位码被损毁时仍能准确定位到商户。将加密之后的核心信息，通过隐形喷墨的方式喷打在条烟外包装上，以实现对条烟在流通过程中的有效溯源。

以周口市烟草的实际应用为例，隐形码选择条烟32位条码中的核心信息：年月日、市区/县、零售商代码组成十位编码。年月日、市、区/县各使用一位代码来表示，零售商户码段选择除去行政区划代码及零售商户性质的五位代码（即32位码中零售商户码段后五位）来表示。

为实现码段对称、形式工整，将所有信息组成的十位编码划分成两个编码段上下组合。通过自主选择的密钥对零售商代码进行加密，通过排列组合对年月日、市、区/县五位代码的排列方式进行改变，以确保隐形码的保密性。

编码段组合示例如表1所示。

根据单表替换加密算法对年月日、市、区/县信息进行加密;根据Vigenere加密算法，对零售商代码进行加密。本文中的方案只是提供一种可能，在具体使用过程中，可以通过更换排列组合方式和更换密钥的方法对信息加密形式进行调整以实现动态加密，进一步增加其保密性。如图2为生成的隐形码示例。

加密隐形码在打码时，本方案建议采用打码三组相同码的方式进行打码（如图2所示）。这样可以有效避免单一打码识别不清楚或者被遮盖的问题，确保加密隐形码的识别率。

2  条烟加密隐形码物流溯源系统

2.1  条烟加密隐形码物流溯源系统设计

该条烟物流溯源利用隐形码可隐藏于条烟包装之中、不易被察觉的特点，结合隐形码编码技术、打码技术以及识别技术，形成一套完整的条烟物流溯源技术。具体表现为：在原有“一号工程”32位明码的基础上，添加包含商户重要信息的隐形暗码，并配备相应的隐形码识别系统。实现在条烟32位明码被破坏的情况下，仍可以根据添加的隐形暗码，通过配套的隐形码识别系统定位商户信息，实现对条烟的物流溯源。条烟隐形码物流溯源系统架构如图3所示。

目前，条烟稽查时主要依赖人工录码的方式，操作繁琐、工作量大且效率低[7]。基于此，本物流溯源系统添加手持图像识别终端，从条烟复杂背景中提取加密隐形码文本信息进行识读破译，关联到具体商户，简化稽查流程。

2.2  条烟加密隐形码物流溯源系统保密性分析

（1）不易察觉。隐形码的特点是不易察觉，隐形于包装之中。相较于“一号工程”32位激光明码，隐形码不会被轻易察觉，增加了其保密性。

（2）多重加密算法叠加。通过多种加密算法进行组合和动态加密，需要通过密钥才可破解，进一步增加了破译难度。

（3）动态调整。可通过改变密钥和组合方式来对隐形码进行不定期动态调整，进一步增加了隐形码的保密性。

3  实施效果

本文条烟隐形码物流溯源方案采用符合烟草行业实际需求的加密隐形码技术，针对烟草行业的管理及烟草行业的自身特点，进一步实现了条烟供应“最后一公里”的防伪溯源。保证条烟信息在流通过程中的物流溯源，为全国烟草行业在条烟物流溯源上提供了一些新思路。

在实际应用中，已初步展现效果。在2021年春节前后的稽查工作中，周口市通过该加密隐形码查获多起条烟串货案例。在条烟原有激光码被破坏的情况下，稽查人员通过该加密隐形码确定条烟真正所属商户，实现了对条烟的有效物流溯源，达到了规范条烟售卖的效果。

4  结束语

本文研究了条烟物流溯源中追溯码的加密溯源问题，通过加密隐形码对条烟进行物流溯源。该加密隐形码能有效提高对条烟的物流溯源能力，对整个烟草行业有一定参考意义。本文仅分析了借助单表替换加密算法、Vigenere加密算法生成条烟物流溯源隐形码并将其应用，下一步还可通过其他加密算法、隐形二维码、隐形三维码等方式对条烟进行物流溯源，以提高条烟物流溯源的效率。

参考文献：

[1] 韦庆兵，李军祥，林诗悦. 基于WSID和NFC的商品追踪溯源防伪[J]. 物流科技，2015，38（7）：14-16，29.

[2] 刘峰，房华，李昌权. 基于“一号工程”的件烟分拣入库系统的设计应用[J]. 烟草科技，2010（12）：21-24，28.

[3] 钟琳，邹名扬，程思军，等. 基于多块MICA-PCA的烟草生产全过程质量追溯源系统设计[J]. 食品安全质量检测学报，2019，10（21）：7465-7469.

[4] 樊海峰. 区块链技术在烟叶质量安全追溯领域的应用展望[J]. 科技创新与应用，2019（23）：169-170.

[5] 凌菁，刘大铭，朱瑜红. 基于物联网的烟草防伪与质量溯源系统[J]. 食品工业，2014，35（12）：247-250.

[6] 刘建利，陈涛，朱晓伟，等. 基于致香成分的重庆主要烟草种植区溯源特征研究[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版），2015，43（8）：93-102.

[7] 謝志峰，吴佳萍，章曙涵，等. 基于深度神经网络的烟码智能识别方法[J]. 计算机辅助设计与图形学学报，2019，31（1）：111-117.