CN102571358A

CN102571358A - 一种基于数字签名的rfid标签的商品防伪方法

Info

Publication number: CN102571358A
Application number: CN2012100575103A
Authority: CN
Inventors: 马建; 程龙; 李雄; 张俊松
Original assignee: WUXI SMART SENSING STARS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI SMART SENSING STARS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公布了一种基于数字签名的RFID标签的商品防伪方法，包括：A.生产厂商将RFID标签封装在商品上；所述RFID标签存储有：商品的编码信息、标签ID和商品编码信息的数字签名信息、用于验证数字签名真伪的公钥的编号；B.商品用户使用移动智能终端对RFID标签进行阅读并通过验证数字签名是否为真来判断商品的真伪。本发明的主要优势是生产厂商不需要建设大型的产品信息数据库来存储商品的生产信息与RFID标签ID信息，验真过程可通过移动智能终端离线完成，具有较快的响应，有效地提升了用户体验。

Description

一种基于数字签名的RFID标签的商品防伪方法

技术领域

本发明属于普适计算领域，具体为一种基于数字签名的RFID标签的商品防伪方法。

背景技术

标识技术应用在商品生产、运输、销售、管理等各个环节，标识技术的应用正逐步深入每一个角落，尤其在工业方面的应用范围越来越广，应用的复杂性大为增加，使得标识成为各种行业生产中不可缺少的重要组成部分。随着经济社会的发展，标识技术也经历了从条形码到二维码，二维码到射频识别技术(RFID：Radio Frequency IDentification)的发展。同条形码和二维码技术相比，RFID技术具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。在沃尔玛等大型公司的推动下，RFID得到了广泛的应用。而RFID技术也日趋成熟，出现了大量基于RFID技术的应用。RFID具有体积小、重量轻，存储的信息量大，数据可加密等特点，所以RFID技术可应用于商品防伪，特别可将RFID标签包装商品的外包装上，通过验证RFID标签数据的真伪性来验证商品的真伪。同时，随着移动智能终端(如智能手机，PDA，Touch等)功能越来越强大和移动智能终端的快速普及。相信在不远的将来，大量的移动智能终端将会支持RFID阅读功能。采用移动智能终端读取商品外包装上RFID标签中的信息并通过网络对商品的真伪进行验证，是商品防伪的一种十分有效的方式。

现在大多数基于RFID的商品防伪方案都是基于RFID标签的编码唯一性来实现的。这种类型的方案的实施思路是，生产厂商在商品生产过程中将商品相关信息写入RFID标签，并将具有唯一ID号的RFID标签封装在商品的外包装上，同时将每个标签的ID号和对应的标签信息写入厂商的商品数据服务器中。当顾客购买商品时，可以通过专门的RFID阅读器(往往布设在具有合法营业执照的销售商店)读取标签中的ID号，并向厂商的后台数据库发送验真查询请求。厂商的服务器收到查询请求以后，将收到的RFID标签中的ID信息与自己的数据库中存储的ID信息进行比对，如果封装在商品上RFID标签的ID号与生产厂商的数据库服务器中所存储的ID有匹配，且该匹配ID状态显示为尚未查询，则返回结果该商品为真，并将该ID号标记为已查询；如果查询的ID号与厂商数据库中的ID号没有匹配，则返回结果该商品为假；如果该ID号在厂商的数据库中，但是已经标识为已查询，则返回结果该商品为真，且已经被查询过。

在这种类型的RFID商品防伪方案中，生产厂商必须自建一个大型的后台数据库用以存储RFID标签中储存的商品相关生产信息和标签ID号等信息，或者将该查询验证机制托管给可信第三方，如果厂商的生产量十分庞大，则服务器中RFID信息的存储和查询的代价将非常可观，一般来说该方案的查询验证依赖于部署在销售商处的RFID阅读器，一方面这增加了造假的可能，如不法分子同时伪造RFID标签和RFID阅读器使得查询假标签时返回结果为真；另一方面这削弱了用户体验，如用户在购买商品时没有查询商品的真伪，而当用户希望查询商品真伪时必须到指定的销售商处去查询，这给用户体验带来很大的损害，假如用户通过自己的手机等移动智能终端可以随时随地查询商品的真伪，这会带来用户体验的极大提升。

目前通过手机等移动智能终端查询商品的真伪主要采用集中式解决方案，其基本思路仍然需要部署一个或多个后台数据库系统，移动智能终端用户读取RFID标签的编码，通过移动智能终端接入互联网进而访问厂家的验真系统，系统返回验真结果。然而，移动智能终端接入互联网，查询厂家的验真系统，接收验真结果，这一过程往往有较大的时延，会极大地降低用户体验。此外，当用户使用集中式验真系统时，可能会暴露其消费行为等信息(用户的验真行为必然被集中式验真系统获得)，因此，采用后台验真涉及到隐私保护的问题，有可能会降低用户的积极性。

另外，对于像高端酒类等具有极高收藏价值的酒类商品来说，很多顾客购买之后并不是选择立即进行消费，而是进行长期收藏。这样，生产厂商需要为这种长期收藏的商品的RFID标签信息进行长期保存并提供查询服务。这对于生产厂商来说是个非常大的困难，同时也是一个巨大的负担。

发明内容

针对传统RFID商品防伪方案存在的不足，本发明提供了一种分布式的基于数字签名的RFID标签的商品防伪方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于数字签名的RFID标签的商品防伪方法，包括：

A.生产厂商将RFID标签封装在商品上；

所述RFID标签存储有：商品的编码信息、标签ID和商品编码信息的数字签名信息、用于验证数字签名真伪的公钥的编号；

B.商品用户使用移动智能终端对RFID标签进行阅读并通过验证数字签名是否为真来判断商品的真伪。

所述商品防伪方法，其特征是，所述商品的编码信息包括：商品产地、生产日期、保质期、生产批号、销售地等。

所述的商品防伪方法，其特征是，所述数字签名采用椭圆曲线数字签名方案。

所述的商品防伪方法，其特征是，所述RFID标签满足如下条件：标签本身是一次性的，被损毁后不能重复利用；标签要符合相应的国际标准(如国际标准ISO 18000-16b)，能通过RFID阅读器读出存储在标签中的数据；每个标签具有全球唯一的ID号。

所述的商品防伪方法，其特征是，所述RFID标签被封装在商品的封口上，一旦撕开封口，RFID标签将随之永久损毁，不能被回收利用。

所述的商品防伪方法，其特征是，所述RFID标签可写的用户内存大于等于512b。

所述的商品防伪方法，其特征是，所述移动智能终端安装有RFID阅读软件，所述软件包含验证数字签名的公钥和其对应的公钥编号。(即所述软件可以根据公钥编号找到其对应的公钥)。

所述的商品防伪方法，其特征是，生产厂商定期或不定期对所生产商品所附RFID标签所使用的公钥和私钥进行更新；用品用户通过网络对移动智能终端验真软件进行升级以更新公钥。

将上面所述的商品防伪方法应用于酒类商品的防伪，特别是葡萄酒的防伪。

本发明的有益效果：本发明的主要优势是生产厂商不需要建设大型的产品信息数据库来存储商品的生产信息与RFID标签ID信息，验真过程可通过移动智能终端离线完成，具有较快的响应，有效地提升了用户体验。

附图说明

图1：生产厂商对RFID标签进行签名

图2：用户通过移动智能终端对标签进行验证(以酒瓶为例)

图3：移动智能终端对商品的验证过程(以基于椭圆曲线数字签名为例)

具体实施方式

生产厂商在生产商品后将商品的相关信息(主要包括产地，生产日期，保质期，生产批号，销售地等信息)存储在RFID标签中(当前，符合ISO 18000-6B标准的RFID标签是使用较多的无源RFID标签，此类标签工艺成熟，且价格不断降低。此类标签容量为2Kb，在保证必要安全级别的情况下，通过数据压缩算法利用2Kb存储空间完全能满足存储数据的要求)，然后将RFID标签信息和标签ID号经过数字签名后存储在标签中，并将标签封装在商品的包装上。用户可以将验真软件装入带RFID阅读功能的移动智能终端(如智能手机，PDA，Pad、Touch等)上，当用户购买商品后可以通过移动智能终端随时随地快速地验证商品的真伪，当用户验真并使用商品后，RFID标签也随之撕毁，使得该标签不能重复使用在其他商品上。

数字签名是附加在数据单元上的一些数据，或是对数据单元所作的密码变换，这种数据和变换允许数据单元的接收者用以确认数据单元来源和数据单元的完整性，并保护数据，防止被人(例如接收者)进行伪造。常见的数字签名方案包括RSA数字签名方案；ElGamal数字签名方案；DSA数字签名方案；椭圆曲线数字签名方案(ECDSA)等。一般来说，在具有同等安全级别的情况下，椭圆曲线数字签名方案具有更短的密钥长度和签名长度，所以椭圆曲线数字签名方案比较适用于RFID标签。本专利以椭圆曲线数字签名方案为例说明该方案的执行过程，采用其他签名方案的离线RFID商品防伪方法仍在本专利的保护范围之内。

以采用椭圆曲线数字签名方案为例，本专利的技术方案如下所述，生产厂商选择基于椭圆曲线密码体系的数字签名方案，生成相应的公私钥对，并对公私钥对编号，当生产商品时，厂商每件商品的生产信息(主要包括产地，生产日期，保质期，生产批号，销售地等信息)进行编码，并使用私钥将商品的编码信息和RFID标签ID号进行数字签名，然后将商品的编码信息、所得的签名信息存储以及签名所使用的公私钥对序号存储在该RFID标签中，然后将该RFID标签封装在对应商品的包装上，如酒瓶瓶盖处等。生产厂商制作相应的移动智能终端客户端验真软件，将对应的签名验证算法使用软件方法实现，同时将生成编号后的公钥存入软件中。当用户需要进行验真时，首先将验真软件安装在移动智能终端上，启动程序，通过移动智能终端阅读商品上RFID标签的ID号码、商品编码信息及对应的公钥编号，通过编号确定该标签所对应的签名验证公钥，软件使用公钥、标签ID号、商品编码信息以及签名信息运行签名验证算法进行商品验真，假如显示的数字签名验证结果为真，则可判断该商品为真，否则，商品为假。这些经过签名的RFID被封装在商品的封口处，一旦进行商品验真并撕开封口，RFID标签将会给随之永久损毁。这就防止了RFID标签的回收再利用问题。

根据需要，生产厂商可以定期地对自己的公钥和私钥进行更新。这样，不同时期生产的产品可以采用不同的密钥进行签名。同时，生产厂商可以将不同时期所使用的公钥在自己的官方网站上进行公布，如果移动智能终端用户允许客户端验真软件连接互联网，也可以对客户端验真软件进行升级以更新公钥。消费者在进行验证的时候，只需要在客户端软件中输入所购买的产品的生产时间，就可以查找到相应的公钥。这样，就可以在不增加客户使用难度的情况下，实现密钥的更换。更有利于进行产品的真伪验证。

该方案的具体实施，包括以下几个主要步骤：

一)生产厂商的生产阶段：

1)生产厂商选择有限域F_q上的椭圆曲线E_q(a，b)：y²＝x³+ax+b，其中，q为一个安全的奇素数，a，b∈F_q为椭圆曲线方程的参数，并且需要满足：4a³+27b²≠0(modq)，此处mod运算表示取得两个整数相除后结果的余数，如7mod 3＝1可表示为7＝1(mod 3)。同时，选取椭圆曲线的基点G＝(x_G，y_G)，x_G，y_G∈F_q，G∈E_q(a，b)，G的阶为素数n，n的二进制表示的长度一般大于160比特。生产厂商随机选择自己的私钥为整数d∈[1，n-1]，相应的公钥为Q＝dG，并将公钥进行编号。生产厂商的全局参数为(q，a，b，G，n，Q)。

2)生产厂商根据自己的需要订购一定数量的RFID标签，该标签满足以下条件：1、标签本身是一次性的，标签可以封装在商品的包装上，当消费者打开商品后，标签将自动损毁。2、标签要符合相应的国际标准(如ISO 18000-6B)，能通过相关的阅读器读出存储在标签中的数据。3、每个标签具有全球唯一的ID号，且标签可写的用户内存为2Kb左右。

3)生产厂商提取商品的相关信息，这些信息主要包括产地，生产日期，保质期，生产批号，销售地等信息，使用编码算法(如LZW算法)将这些信息和该标签所使用的公钥编号编码为信息M。生产厂商使用RFID阅读器读出标签中的ID号，并通过计算机进行如下计算：

①随机选择一个介于1到n-1之间的数r，计算rG＝(x₁，y₁)，这里rG表示将椭圆曲线上的点G相加r次，x₁，y₁表示点rG在两个坐标轴上的的值。

②计算S₁＝x₁(modn)，如果S₁＝0，则返回步骤①。

③然后利用标签ID号、编码信息M以及私钥来计算S₂＝(h(ID||M)+dS₁)×r^-1(modn)，这里h表示安全散列算法SHA-1，||表示两个消息的连接，如010||01的结果为010101。如果S₂＝0，则返回步骤①。

④(S₁，S₂)即为消息ID||M的签名信息。

生产厂商将(M，S₁，S₂)存入标签中的用户内存中。

4)生产厂商将此标签包装在商品的封口处，此时，该商品可以进入流通渠道进行销售。

5)客户端软件的制作与更新：当生产厂商选定了密码体系之后，就可以着手开发自己的客户端验证软件。该软件的功能主要是验证RFID中保存的签名信息的正确性。主要实施方式是通过用户的移动智能终端读取到RFID标签的ID号，标签中存储的信息(M，S₁，S₂)以及公私钥对，结合客户端软件本身所保存的公钥(生产厂商的公钥)，然后通过相应的签名验证算法验证标签中存储的签名是否是标签ID号合法签名。其详细过程参见消费者验真阶段的描述。

当生产厂商使用一对密钥一段时间后，还可以根据自己的需要，对密钥进行更换。当生产厂商更换密钥后，必须对移动智能终端客户端软件进行更新，以便将最新的公钥也包括到客户端软件中。从而满足消费者的验证需要。

二)消费者的验真阶段

当消费者购买商品后，用户需要将生产厂商提供的客户端软件安装在具有RFID阅读功能的移动智能终端上，通过移动智能终端读取RFID标签的ID号和存储在RFID标签中的数据。然后用通过软件验证数字签名的真伪来对商品进行验真操作。其具体步骤如下：

1)用户用具有RFID阅读功能的移动智能终端读取商品上RFID标签的ID号以及RFID标签存储区的数据(M，S₁，S₂)以及验证签名的公钥编号。

2)客户端软件通过公钥编号找到该商品上RFID标签验证签名所使用的公钥Q，计算A＝h(ID||M)×S₂ ^-1(modn)，B＝S₂ ^-1×S₁(modn)，利用公钥计算椭圆曲线上的点X＝(x₁′，y₁′)＝AG+BQ，这里x₁′，y₁′表示点X在x轴和y轴上的坐标。此时，进行如下判断：如果x₁′＝S₁(modn)，则签名验证为真，也说明该商品为真。反之，若x₁′≠S₁(modn)，则签名验证为假，说明该商品为假冒商品。

该验证过程由于不会涉及到联网操作，计算的数据量相对较少，并且现在大多数移动智能终端的CPU已经具有很强的处理能力，所以验证签名所需要的时间将会很少。消费者只需要将手持移动智能终端贴近酒瓶的RFID标签处，瞬间就会得到验证结果。消费者可以得到非常好的用户体验。而且，由于生产厂商不需要维护一个庞大的后台供用户查询，对生产厂商来说，也节省了许多维护成本。

由于在签名的时候，是将RFID标签的ID号和产品的编码信息M同时进行签名。这样的话，不但能够对商品的真伪进行验证，同时还可以防止不法分子对RFID中的生产信息M进行修改。因为某些商品(比如葡萄酒)的生产信息属于敏感信息，不同年份或者不同产地的商品，其市场价格或者收藏价值等都有很大的不同。采用该签名方式后，可以消除此类隐患。

客户端验真软件可以设计为能够接入互联网，移动智能终端用户可以对客户端验真软件进行设置，如果该用户不愿意暴露其消费行为，本次验真行为将不会被记录(保护用户的隐私)。事实上，多个厂商可以共享同一个移动智能终端验真软件，每个厂商的验真程序作为该移动智能终端软件的一个插件进行安装。

Claims

1.一种基于数字签名的RFID标签的商品防伪方法，包括：

A.生产厂商将RFID标签封装在商品上；

2.如权利要求1所述的商品防伪方法，其特征是，所述商品的编码信息包括：商品产地、生产日期、保质期、生产批号、销售地。

3.如权利要求1所述的商品防伪方法，其特征是，所述数字签名采用椭圆曲线数字签名方案。

4.如权利要求1所述的商品防伪方法，其特征是，所述RFID标签满足如下条件：标签本身是一次性的，被损毁后不能重复利用；标签符合国际标准ISO 18000-16b，能通过RFID阅读器读出存储在标签中的数据；每个标签具有全球唯一的ID号。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的商品防伪方法，其特征是，所述RFID标签被封装在商品的封口上，一旦撕开封口，RFID标签将随之永久损毁，不能被回收利用。

6.如权利要求5所述的商品防伪方法，其特征是，所述RFID标签可写的用户内存大于等于512b。

7.如权利要求1所述的商品防伪方法，其特征是，所述移动智能终端安装有RFID阅读软件，所述软件包含验证数字签名的公钥和其对应的公钥编号。

8.如权利要求1所述的商品防伪方法，其特征是，生产厂商定期或不定期对所生产商品所附RFID标签所使用的公钥和私钥进行更新；用品用户通过网络对移动智能终端验真软件进行升级以更新公钥。

9.将权利要求1～8中任一权利要求所述的商品防伪方法应用于酒类商品的防伪。

10.如权利要求9所述的应用，所述酒类为葡萄酒。