基于RFID技术的产品防伪应用系统的设计与实现.doc

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1、 基于RFID技术的产品防伪应用系统的设计与实现The Design and Realization of Product Anti-Counterfeit Application System Based on RFID Technology 目 录 摘要.- 2 -ABSTRACT- 3 -1.1 研究背景和意义- 4 -1.2 国内外研究和应用- 4 -1.2.1 国外RFID防伪研究和应用- 4 -1.2.2 国内RFID防伪研究和应用- 4 -1.3 研究目的和内容- 5 -1.4 研究的线索与思路- 5 -2.1 RFID技术的基本工作原理- 5 -2.2 电子标签- 6 -2.3

2、 读写器- 6 -2.4 电子标签的安全机制- 6 -2.5 RFID技术标准- 7 -2.6 Mifare 1非接触式IC卡的技术特点- 7 -2.6.1 M1卡的主要特点和功能组成- 7 -2.6.2 M1卡EEPROM存储器的存储结构- 7 - 摘 要当前在市场上假冒伪劣商品猖獗，打击假冒伪劣商品，保护消费者权益是倍受重视的问题。许多产品防伪技术应运而生，但大多数传统的防伪技术效果不够理想，消费者面对各种真假产品无法识别。因此，寻求更加科学有效的防伪措施是亟待解决的关键问题。本文讨论了RFID无线射频识别技术在产品防伪中的应用，设计了一个基于RFID技术应用于产品防伪的应用系统。设计时将

3、数据加密、散列函数、数字签名和数字证书等网络信息安全技术应用到此系统中,实现了系统的防伪功能和安全特性。本文还对识别器中的识别电子标签模块和防伪查询客户端模块以及企业防伪管理系统进行具体设计，并模拟实现了电子标签的初始化和电子标签的识别功能模块。本文搭建的以RFID技术和网络信息安全技术为基础的防伪识别管理平台，即可以保证生产企业的利益，又保障了正规销售方和合法消费者的权益，达到多赢的结果。RFID电子标签防伪是目前行之有效的防伪技术之一,对它的研究有着非常重要的意义。关键词：RFID、防伪、电子标签、加密、身份认证ABSTRACTWith large numbers of counterfe

4、it in our market, its a highly significant problem to beat counterfeit and protect consumers benefit. In despite of the appearance of many product anti-counterfeit techniques recently, most of the conventional anti-counterfeit techniques lost their effects because of the counterfeit of anti-counterf

5、eit technique, so that the consumer would be in puzzled to distinguish the real or fake. Therefore, some scientific effective measures must be taken.This thesis discussed the application of products anti-counterfeit with RFID technology, and designed a anti-counterfeit application system based on RF

6、ID. In the designed program, it used several communication and network security technology such as data encrypt/decrypt, hash function, data signature and data certificate, that made the system with hard characteristics of anti-counterfeit and security. It also designed the model of RFID tag identif

7、ication, the client model of anti-counterfeit request and the Enterprise Anti-counterfeit Management System, and simulated the initialization and identification of RFID tag.This thesis built up a platform of anti-counterfeit and identification management system. It can protect not only the enterpris

8、es benefit, but also the legal right of selling merchant and consumer. Owing to one of the efficient anti-counterfeit technologies, RFID technology is worth doing researches.Keywords：RFID、Anti-Counterfeit、E-Tag、Encryption、Authentication第1章 绪论1.1 研究背景和意义市场经济的快速发展,促进了市场产品的多元化和丰富性，充分的满足了消费者的需求。但同时，仿造、假

9、冒产品也大量的出现。假冒伪劣商品不仅严重影响着国家的经济发展,还危及着企业和消费者的切身利益。为保护企业和消费者利益,保证社会主义市场经济健康发展，国家和企业每年都要花费大量的人力和财力用于防伪打假。目前应用于防伪领域的技术手段众多，有油墨防伪、纸张防伪、印刷防伪、物理防伪、生物防伪、结构防伪和数码防伪等。但由于有些防伪技术易于掌握，渐渐使其失去真正防伪的意义。例如，目前激光防伪标识占据较大的市场份额，可是激光假冒已是众人皆知，地摊上买来的盗版光碟也贴着激光防伪标识之事已屡见不鲜，激光防伪技术由于其低技术含量的现实，越来越不适应整个市场的需要。数码防伪技术的防伪原理是通过给每个商品分配一个唯一

10、的防伪号码，使商品拥有一个”身份证”(数字ID),从而具有数码防伪功能的。消费者或厂商无论何时何地，只需拨打热线电话或利用手提电话发短信息核实查验商品所附防伪标识上的号码(一般为1621位的数码)来确认真伪，而数码和商品一一对应,无一例重复，数码排列无规律，且空穴极大.这种办法看起来稳妥可靠，无破绽可寻，然而，当前的数码防伪技术依然存在一些漏洞. 1.2 国内外研究和应用RFID的历史悠久，最早在1948年10月美国人Harry Stockman在IRE（无线电工程师协会）学报上发表的论文利用反射的功率进行通信,首次详细描述了RFID的理论和实现方法。到今天，RFID已经走过了50多年的发展历

11、程.RFID技术在防伪领域的应用分为四类:证件防伪,如身份证、学生证、电子护照等；票务防伪，如RFID火车票、电子机票、景点门票等；产品防伪,如药品、烟酒、服装等产品的防伪；其他应用，如DVD防盗版、军车号牌防伪等.下面简要介绍国内外在利用 RFID技术进行防伪应用方面所做出的主要研究。1.2.1 国外RFID防伪研究和应用电子护照是国际RFID防伪应用的最大领域。目前，已经实施或计划电子护照的国家包括：美国、英国、瑞典、澳大利亚、新加坡和日本等。欧盟护照管理机构表示将从2006年春、夏开始发行，并决定在8月前使所有新发行的护照都装配非接触芯片。英国及其他24个欧盟成员国均有义务在8月前启动电

12、子护照项目。另一方面美国要求27个免签证入境国在10月前采用旅行档案也推动了电子护照项目的进行.全球来看,目前约有40余国家正在筹备电子护照项目。药品防伪是国际RFID防伪应用的新兴领域,业内人士一致看好。但是发展情况并不如意，仍处于实验阶段，离实际大规模应用还有一段距离。美国药品RFID防伪应用走在世界的前列。RFID应用于药品防伪的龙头是美国食品及药物管理局FDA.早在2004年2月FDA发布报告，明确提出希望药品工业可以应用RFID技术建立一个包括所有药品的电子历史系统。同年4月，美国加州通过法律，要求在加州出售的药品必须有完整的电子历史.预计2007年可能实现将RFID跟踪系统运用在所

13、有药品上。1.2.2 国内RFID防伪研究和应用国内RFID防伪主要应用于证件防伪和票务防伪.其中我国的第二代居民身份证就采用了RFID技术，是目前国内RFID应用最广，规模最大，发行最多的领域。而商品防伪和企业物流联系紧密，RFID的应用是一个系统的工程。目前国内商品应用RFID项目还没有大规模出现，主要应用也仅限于食品安全监控领域。成本是制约其发展的主要原因。在其他防伪方面，我国取得一些突破，比如军车电子号牌，出租车计价器，气瓶电子标签管理等项目都已成功实施。第二代身份证是目前国内RFID防伪最大的应用项目，2004年开始试点，2005年全面启动。截至2005年12月31日，全面共换发1.

14、02亿张。到2006年约达到2亿。按照公安部规划，到2008年将为全国8亿公民换发二代身份证。第二代身份证中采用了13.56MHz的射频识别技术。目前芯片由上海华虹、华大电子、复旦微电子等国内几家芯片研发结构提供。1.3 研究目的和内容国内市场上的防伪产品，其采用的防伪技术绝大部分仍然是在纸质材料上。这些技术或产品一出现很快就被复制，防不胜防，也不能真正起到防伪的作用.另一方面，企业也愈发重视如何对关键商品在分销网络中的有序流动实现严格的监督和控制，来提高企业的渠道管理水平，降低和规避渠道风险。无线射频识别技术作为新型数码防伪技术（电子标签防伪技术），具有高识别性、保密性、不可复制和方便性等优

15、点，很好地解决了上述问题，是目前防伪研究领域中前沿热点问题。截至目前，我国RFID防伪技术的应用尚处在发展探索阶段,还没有成熟完善的RFID防伪方案和应用系统。为此，本文运用RFID无线射频识别技术和网络信息安全技术设计一个产品防伪的应用系统。此外，在设计防伪方案时还考虑了系统的拓展，即可以在此系统基础上增加产品追踪和物流管理功能。本文研究的内容是:讨论RFID无线射频识别技术在产品防伪中的应用，并设计了一个基于RFID技术应用于产品防伪的应用系统。而且,将数据加密、散列函数、数字签名和数字证书等网络信息安全技术应用到此系统中，并分析此系统的防伪功能和安全特性。然后本文具体设计识别器中的识别电

16、子标签模块和防伪查询客户端模块以及企业防伪管理系统，并模拟实现了电子标签的初始化和对电子标签的识别功能模块。1.4 研究的线索与思路本文首先通过对假冒活动现状和当前防伪技术缺点的研究，揭示了基于RFID技术产品防伪系统研发的必要性。其次，研究RFID无线射频识别技术和网络信息安全相关的密码学理论基础知识。接着进行基于RFID技术的产品防伪应用系统整体方案的总体设计及系统分析。然后再对系统中的识别器软件模块和企业防伪管理系统进行具体设计，企业防伪管理系统包括电子标签管理子系统、防伪查询管理子系统和证书管理子系统，并在电子标签的初始化和电子标签的识别功能模块上进行模拟实验。最后,在系统的部分实现与

17、方案设计总结的基础上，提出了对RFID产品防伪系统未来研究与应用前景的展望。第2章 RFID射频识别技术2.1 RFID技术的基本工作原理射频识别技术RFID(Radio Frequency Identification)是自动识别技术的一种，即通过无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别.一个典型的RFID系统一般由RFID标签、读写器以及计算机系统等部分组成。其中RFID标签中一般保存有约定格式的编码数据，用以唯一标识标签所附着的物体。与传统的识别方式相比，RFID技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理，且操作方便快捷。能够广泛应用于生产、物流、交通、运

18、输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域，并被认为是条形码标签的未来替代品。RFID系统的工作原理如图2-1所示。读写器通过天线发送出一定频率的射频信号；当RFID标签进入读写器工作场时，其天线产生感应电流,从而RFID标签获得能量被激活并向读写器发送出自身编码等信息；读写器接收到来自标签的载波信号，对接收的信号进行解调和解码后送至计算机主机进行处理；计算机系统根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号；RFID标签的数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑，控制逻辑接收指令完成存储、发送数据或其他操作。2.2 电

19、子标签电子标签就是射频标签(也称RFID标签、射频卡）。电子标签由IC芯片和无线通信天线组成的小标签。存储在芯片中的数据,可以由读写器以无线电波的形式非接触地读取，并通过读写器的处理器，进行信息解读并进行相关管理。电子标签应用在防伪领域的优点是：每张标签都具有世界唯一码，同时还具有一定的内存空间读写资料，可加密，不可复制；使用寿命长，无机械磨损、无机械故障、无源工作、可在恶劣环境下工作、防污、读取数据距离远等；同时，因为它具有可读写空间，还可以帮助厂家解决”串货”问题。另外，电子标签采用柔性封装，可任意封装成各种形式，可以得到广泛应用，如名烟名酒防伪、证件防伪、车牌防伪等等。2.3 读写器读写

20、器是RFID系统中唯一直接与电子标签通信的硬件，读写器激活电子标签后，可以读取电子标签中的内容，也可以向电子标签写入数据。后台计算机系统通过特定的接口(如RS232、RS485等)与读写器进行通信，可以向读写器发出不同的控制指令，但是不同公司生产的读写器可以接收的指令格式和数量各不相同。2.4 电子标签的安全机制当某个电子标签首先进入读写器询问范围时，它无法断定参与通信的双方是否属于用一个应用。从读写器看，需要防止伪造数据的假冒.另一方面，电子标签同样需要防止存储数据未被认可的读出或重写。所以在电子标签的使用过程中，应该对电子标签和读写器之间进行相互的认证和鉴别。读写器和电子标签之间的互相鉴别

21、是建立在国际标准ISO 9798-2“三通互相鉴别”的基础上的，其鉴别过程如图2-2所示。2.5 RFID技术标准目前RFID技术全球统一的标准体系尚未形成，主要存在两大标准体系，即Auto-ID Center（自动识别中心）和日本的Ubiquitous ID Center(UIC)。我国RFID标准的制订工作要比国际上相关组织晚得多，随着RFID技术应用在国内的不断扩展，国家标准化管理委员会也逐渐开展了中国RFID技术标准制订工作，已经开始采用ISO/IEC 15693系列标准进行13.56MHz频率下中国RFID技术标准的制订。2.6 Mifare 1非接触式IC卡的技术特点Mifare

22、1非接触式IC卡，又称Mifare 1射频卡，以下简称M1卡。本文采用此卡作为电子标签进行模拟实验，下面简单介绍它的工作特性。2.6.1 M1卡的主要特点和功能组成1M1卡的主要特点1K字节的内存，由16个扇区组成，每个扇区有4个块，每块16个字节；每一块可由用户控制写操作条件；2M1卡的功能组成M1卡核心微模块IC S50主要由RF射频接口电路和数字电路部分两个部分组成。其中数字电路部分有8大模块：ATR模块（Answer to Request）：请求应答模块；2.6.2 M1卡EEPROM存储器的存储结构M1卡中的EEPROM存储容量为8K位(即1K字节)，共分为16个扇区，每个扇区由4块组成，每块16个字节。存储结构如表2-1 所示。- 7 -