摘要:對EPCIS的權(quán)限管理問題作了初步探討,并提出一種基于擴展權(quán)利描述語言(XrML),易于與現(xiàn)有的EPCIS架構(gòu)無縫整合的權(quán)限管理機制。該機制可有效地阻止對EPCIS系統(tǒng)和資源的非授權(quán)訪問,從而確保對EPCIS訪問的安全性。
關(guān)鍵詞: 擴展權(quán)利描述語言; EPC信息服務(wù); 權(quán)限管理; 射頻識別; 物理標志語言
中圖法分類號:TP393.08文獻標識碼:A
文章編號:1001-3695(2007)01-0177-03
隨著全球經(jīng)濟一體化和信息網(wǎng)絡(luò)化進程的加快,在技術(shù)革新迅猛發(fā)展的背景下,為滿足對單個產(chǎn)品的標志和高效識別,美國麻省理工大學(xué)Auto ID中心在美國統(tǒng)一代碼委員會(UCC)的支持下,提出了產(chǎn)品電子代碼(EPC)的概念。
EPC系統(tǒng),即實物物聯(lián)網(wǎng)(簡稱物聯(lián)網(wǎng)),它是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上,利用射頻識別(RFID)、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù),構(gòu)造的一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的“Internet of things”。它將成為繼條碼技術(shù)之后,再次變革商品零售結(jié)算、物流配送及產(chǎn)品跟蹤管理模式的一項新技術(shù)[1]。EPC系統(tǒng)主要由EPC標簽、讀寫器、RFID中間件、ONS服務(wù)器和EPC信息服務(wù)(EPCIS)組成。其中,EPCIS主要用于存儲EPC碼對應(yīng)的信息,它定義了訪問EPC相關(guān)信息的標準接口,是在整個供應(yīng)鏈范圍內(nèi)企業(yè)之間分享、交換產(chǎn)品信息的一種有效途徑[2]。
本文在分析分布式EPCIS基本模式、信息存儲方式的基礎(chǔ)上,提出了一種基于擴展權(quán)利描述語言(eXtensible right Markup Language,XrML),易于與現(xiàn)有的EPCIS架構(gòu)無縫整合的權(quán)限管理機制。通過利用XrML完備的權(quán)限描述功能對EPC信息進行訪問權(quán)限設(shè)置和管理,以阻止對EPCIS系統(tǒng)和資源的非授權(quán)訪問,從而確保對分布式EPCIS訪問的安全性。
1EPC網(wǎng)絡(luò)及EPC信息服務(wù)
EPC系統(tǒng)是一個非常先進的、綜合性的和復(fù)雜的系統(tǒng)。其最終目標是建立一個全球的、開放的標志標準。它由全球產(chǎn)品電子代碼體系、射頻識別系統(tǒng)及信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三部分組成,主要包括EPC標簽、讀寫器、RFID中間件、對象名稱解析服務(wù)(ONS)和EPCIS。
如圖1所示,每個企業(yè)都有自己的RFID讀寫器、RFID中間件以及EPCIS。這些企業(yè)擁有的這些資源構(gòu)成了EPC網(wǎng)絡(luò)。在這個EPC網(wǎng)絡(luò)中,任何一家企業(yè)都可以查詢其他三家企業(yè)的產(chǎn)品信息。EPC網(wǎng)絡(luò)中提供的服務(wù)主要包括對產(chǎn)品信息的查詢以及產(chǎn)品在供應(yīng)鏈中流動情況的查詢與更新。
EPCIS作為EPC網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分,起著關(guān)鍵的作用。它提供一個接口去存儲、管理捕獲的EPC信息。企業(yè)之間可以通過標準的接口,以統(tǒng)一的方式縱向訪問供應(yīng)鏈上的產(chǎn)品數(shù)據(jù),從而減少企業(yè)之間信息整合的次數(shù)。
EPCIS中存儲著EPC相關(guān)的事件信息以及EPC所對應(yīng)的產(chǎn)品所屬企業(yè)的擴展信息。信息格式支持EPC Global制定的PML Core規(guī)范,存儲所有的RFID事件及狀態(tài)信息,包括經(jīng)常性變動的數(shù)據(jù)(動態(tài)數(shù)據(jù))和隨時間變動的數(shù)據(jù)(時序數(shù)據(jù))[3]。它包括:
(1)EPC的觀測值。What / When / Where / Why,通俗地說,就是觀測對象、時間、地點及原因。這里的原因是一個比較寬泛的說法,它應(yīng)該是EPCIS步驟與商業(yè)流程步驟之間的一個關(guān)聯(lián),如訂單號、制造商編號等商業(yè)交易信息。
(2)包裝狀態(tài)。例如物品是在托盤上的包裝箱內(nèi)。
(3)信息源。例如位于Z倉庫的Y通道的X識讀器。
在圖1中,企業(yè)A,B,C,D構(gòu)成了供應(yīng)鏈中的四個元素。假如某批產(chǎn)品從B出庫,經(jīng)過了企業(yè)C,D最終到達企業(yè)A。當企業(yè)A需要查找該批產(chǎn)品在供應(yīng)鏈中的流動情況時,需要查找B,C,D的EPCIS,才能獲得該批產(chǎn)品在每個節(jié)點的時序數(shù)據(jù),從而構(gòu)造完整的供應(yīng)鏈信息。由于EPC網(wǎng)絡(luò)中EPCIS是分布式的,所以當需要供應(yīng)鏈完整信息時需要多個EPCIS的協(xié)同工作共同完成。
2傳統(tǒng)EPCIS架構(gòu)
如圖2所示,傳統(tǒng)EPCIS架構(gòu)包括三個部分,即EPCIS獲取接口、EPCIS數(shù)據(jù)庫和EPCIS訪問接口。
EPCIS獲取接口層主要用于接收經(jīng)過RFID中間件處理后的RFID事件,然后將事件存入EPCIS資源數(shù)據(jù)庫中,該層主要利用業(yè)務(wù)規(guī)則來對RFID事件進行基于內(nèi)容的過濾,經(jīng)過該層可以得到RFID業(yè)務(wù)相關(guān)事件,提供給上層應(yīng)用;EPCIS數(shù)據(jù)庫中存儲著與EPC相關(guān)的事件信息以及EPC所對應(yīng)的產(chǎn)品所屬企業(yè)的擴展信息;EPCIS訪問接口層提供了一個模塊化、可擴展的數(shù)據(jù)和服務(wù)的接口,主要提供的服務(wù)包括RFID事件寫入、PML信息查詢以及系統(tǒng)自身的管理,其中前兩類被EPCGlobal定義為更新(Update)和查詢(Query),而后一類則是為前兩類功能提供基礎(chǔ)服務(wù)和全面的管理。
從圖2可以看到,在實際操作中,這種供應(yīng)鏈上縱向信息共享的架構(gòu)也帶來了一系列信息安全方面的問題。首先,EPC信息記錄了商品整個生產(chǎn)、流通等環(huán)節(jié)的所有信息,所以這種跨企業(yè)的EPCIS通信必然會涉及到企業(yè)內(nèi)部信息和行業(yè)機密的訪問;而且由于供應(yīng)鏈中各方所扮演的角色不同,他們對商品信息的訪問權(quán)力也應(yīng)該是不對稱的。因此在現(xiàn)有的EPCIS架構(gòu)中引入必要的權(quán)限管理機制,使信息在一定框架下合理地共享就顯得尤為重要。
3引入權(quán)限管理的EPCIS的架構(gòu)設(shè)計
引入權(quán)限管理的EPCIS可以在架構(gòu)上分為三個部分,即EPCIS訪問接口層、資源管理層和權(quán)限管理層,如圖3所示。
在新的EPCIS架構(gòu)中,資源管理層包含EPC資源數(shù)據(jù)庫與EPCIS獲取接口。訪問接口層仍然作為一個獨立的接口用于獲取EPC信息。
為了保證與傳統(tǒng)架構(gòu)的互操作性以及與現(xiàn)行EPC網(wǎng)絡(luò)的無縫整合,該方案在不改變EPCIS訪問接口層以及資源管理層的外部接口的前提下,引入了一個新的元素,即權(quán)限管理層,從而實現(xiàn)對EPCIS的信息訪問以進行權(quán)限管理。
權(quán)限管理層實現(xiàn)了對EPCIS的訪問控制。由于訪問EPCIS的用戶包括企業(yè)內(nèi)部人員、企業(yè)合作伙伴或者上層應(yīng)用系統(tǒng)(如WMS,ERP)等,對于不同的訪問用戶所擁有的對產(chǎn)品信息的訪問權(quán)限是不同的。權(quán)限管理層實現(xiàn)了對各類用戶的權(quán)限分配和訪問認證,以確保EPCIS信息是在一定權(quán)限限制下的合理安全共享。
權(quán)限管理層包括三個模塊,即數(shù)據(jù)存儲模塊、授權(quán)服務(wù)模塊及認證服務(wù)模塊。
引入權(quán)限管理后,用戶需要在EPCIS中注冊并獲得相應(yīng)權(quán)限,才允許對EPCIS資源進行訪問。其中注冊過程主要由授權(quán)服務(wù)模塊完成,該模塊會根據(jù)用戶身份、用戶需求以及實際情況對用戶進行授權(quán),并生成權(quán)限描述數(shù)據(jù)文件存入權(quán)限管理數(shù)據(jù)庫中。認證服務(wù)模塊則完成對用戶具體的查詢請求以進行匹配、過濾。當用戶登錄時認證服務(wù)模塊根據(jù)用戶的登錄信息從權(quán)限管理數(shù)據(jù)庫中加載對應(yīng)的權(quán)限描述數(shù)據(jù)文件,從而確認用戶允許的訪問內(nèi)容和操作。當收到具體訪問請求時,認證服務(wù)模塊將根據(jù)權(quán)限描述數(shù)據(jù)文件的描述逐一進行權(quán)限匹配。在確認所有的訪問操作均為合法后,該請求將被送到資源管理層訪問EPC數(shù)據(jù);否則,該請求將被作為非法操作向用戶報告錯誤信息。
3.1權(quán)利描述的數(shù)據(jù)模型
該設(shè)計權(quán)利描述的數(shù)據(jù)模型采用現(xiàn)在業(yè)界廣泛接受的可擴展權(quán)限描述語言。該語言是基于XML的擴展權(quán)利描述語言,繼承了XML的優(yōu)點,使用了微軟的DCOM組件,有較好的跨平臺特性,它能確保數(shù)字權(quán)利管理信息的完整性及可擴展性,并能實現(xiàn)實體的驗證[4]。同時,EPCIS中信息交互采用的PML,也是一種基于XML的描述語言,因此對EPCIS的權(quán)限管理層采用XrML實現(xiàn)權(quán)限描述,能保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)一性。
XrML描述權(quán)限包括四大元素,即行為方主體(Principal)、權(quán)利(Right)、資源(Resource) 和條件(Condition)[5]。因此對EPCIS的權(quán)限描述在形式上采用四元組<主體,資源,權(quán)限,條件>定義不同用戶對系統(tǒng)資源的訪問權(quán)限,其中主體、資源、權(quán)限、條件分別按照需要組合,從而可以為層次化的系統(tǒng)資源指定權(quán)限。權(quán)限的施加原則以最小權(quán)限為準,也就是執(zhí)行某項任務(wù)只要有適當?shù)臋?quán)限就可以了,這也是安全領(lǐng)域普遍存在的觀點[6]。
3.1.1主體
主體(Principle)是行為方的標志。一般而言,主體描述了訪問EPCIS的用戶對象,其中包括企業(yè)內(nèi)部人員的訪問、企業(yè)合作伙伴的訪問以及企業(yè)級應(yīng)用的訪問,不同的訪問需要的內(nèi)容、訪問范圍,以及所能執(zhí)行的操作均不同。在該權(quán)限描述數(shù)據(jù)模型中主體用元素名稱epcis:keyHolder進行標志,將主體對應(yīng)的內(nèi)容寫入epcis:keyHolder中,這樣就簡單有效地描述了主體的內(nèi)容。
3.1.2資源
資源(Resource)是授權(quán)主體執(zhí)行權(quán)利的對象,是對于一個主體授予某種行為的對象。在EPCIS系統(tǒng)中,資源包括與EPC碼相關(guān)的動態(tài)信息和靜態(tài)信息。其中動態(tài)信息包括產(chǎn)品的流動信息,如何時入庫、何時出庫等時間信息。這些信息是根據(jù)產(chǎn)品的流動動態(tài)變化的。靜態(tài)信息主要包括與產(chǎn)品相關(guān)的基本信息,如產(chǎn)品的重量、適宜溫度、保質(zhì)期等固定屬性;靜態(tài)信息還包括與產(chǎn)品相關(guān)的企業(yè)信息,如企業(yè)的地址、聯(lián)系方式等基本信息。
在權(quán)利描述數(shù)據(jù)模型中,用元素名稱epics:resource來對資源進行標志描述。在epics:resource內(nèi)部利用epics:entity ̄Des ̄cription來對資源實體進行描述,其中包含資源名以及資源的訪問方式,從而可以準確地對資源進行描述、定位。
3.1.3權(quán)利
權(quán)利(Right)是主體對某些資源執(zhí)行的動作,即主體對于相關(guān)資源可以執(zhí)行的一種或一類行為。對EPCIS的操作主要包括查詢和更新。在數(shù)據(jù)描述模型中用Right來描述權(quán)利。在EPCIS權(quán)限管理機制中定義了以下幾類基本操作:
(1)發(fā)布(Issue)。為特定資源(通常是授權(quán)Grant)發(fā)布許可,體現(xiàn)了許可證書權(quán)威方的概念。
(2)讀(Read)。獲取資源,相當于對EPCIS的查詢操作。當條件滿足后,獲得相應(yīng)的資源 (授權(quán)Grant或授權(quán)式樣Grant Pattern)。
(3)寫(Write)。寫入信息。當獲得新的RFID事件時可以向EPCIS資源數(shù)據(jù)庫中寫入相關(guān)內(nèi)容。
(4)撤銷(Revoke)。撤回先前的聲明。例如,發(fā)布一個許可的同時也隱含著授權(quán)方有撤銷權(quán),撤銷后授權(quán)方可將權(quán)利授予其他人。
3.1.4條件
條件(Condition)指定了權(quán)利約束,說明一種對一個主體授予某種權(quán)限來操作某些資源的行為,也即說明一個或者多個在權(quán)限被執(zhí)行之前必須遵循的條件。在對EPCIS的訪問中,需要設(shè)定訪問限制條件。例如,一個主體可能需要支付費用才能行使某種權(quán)限的限制;對某種權(quán)限使用次數(shù)的限制;權(quán)限可以被行使的時間間隔的限制等。以下列出了幾種條件的描述方式:
(1)AllConditions,不限制條件,所有的條件都可以執(zhí)行;
(2)ValidityInterval ,限制權(quán)力行使的事件返回,如validityInterval varRef=\"threeWeeks\";
(3)ExerciseLimit,限制權(quán)力使用的次數(shù),也就是該用戶經(jīng)授權(quán)后能夠訪問EPCIS的次數(shù);
(4)Fee,說明需要支付的費用。
3.2授權(quán)服務(wù)模塊
由于EPCIS分布在各個企業(yè)自行管理,所以對EPCIS的訪問權(quán)限由企業(yè)內(nèi)部的管理員來授予。權(quán)限服務(wù)模塊主要完成對主體的注冊、授權(quán)以及確認。訪問EPCIS的主體包括公司內(nèi)部的人以及企業(yè)外部的合作伙伴等。
當主體首次訪問EPCIS時,需要首先在EPCIS中注冊。由主體提出注冊請求,注冊請求中應(yīng)當包含足夠能描述主體特征的信息,如主體所在公司、所屬部門以及職務(wù);然后由本地EPCIS管理員來確認該主體的合法身份。
當確認該主體的合法身份后,管理員需要界定該主體的訪問范圍。由于EPCIS中提供的信息可能涉及商業(yè)機密,需要通過授權(quán)來訪問。一般EPCIS提供給外界可以訪問到的EPC相關(guān)信息包括可更新的動態(tài)信息如產(chǎn)品的流動信息,以及不可改變的靜態(tài)信息如產(chǎn)品和公司的基本信息。這些信息將按照安全系數(shù)來劃分等級,可以根據(jù)每個企業(yè)的實際情況靈活制定授權(quán)策略,從而確定不同主體的訪問范圍。
在授權(quán)時還需要確認主體對特定資源可以執(zhí)行的操作。EPCIS中定義的操作類型主要包括查詢和更新,因此對EPCIS的操作權(quán)限主要包括讀和寫。
授權(quán)服務(wù)模塊將根據(jù)主體注冊和授權(quán)信息生成基于XrML的權(quán)限描述數(shù)據(jù),存儲于權(quán)限管理數(shù)據(jù)庫并形成索引,以備主體在訪問資源時進行權(quán)限認證。當主體的訪問權(quán)限超過有效期則需要授權(quán)服務(wù)的重新授權(quán)。
3.3認證服務(wù)模塊
權(quán)限管理中,認證服務(wù)起著關(guān)鍵的作用。所有的訪問者都需要經(jīng)過認證服務(wù)才可以訪問EPCIS。它主要完成對用戶身份的驗證以及權(quán)限的控制。
主體首先利用授權(quán)服務(wù)中獲得的登錄賬戶及密碼發(fā)出登錄請求;EPCIS中的認證服務(wù)模塊將查詢權(quán)限管理數(shù)據(jù)庫中是否存在該賬戶的記錄,判斷該賬戶是否合法,并從權(quán)限管理數(shù)據(jù)庫中加載該賬戶的權(quán)限描述數(shù)據(jù)索引;
當確認主體身份合法后,主體則根據(jù)自己的需要向EPCIS發(fā)出資源訪問請求;認證服務(wù)模塊在截獲、解析該請求后,確定主體所需訪問的資源集合,并通過已加載的權(quán)限描述數(shù)據(jù)索引,迅速定位出與該資源集合中各個元素相關(guān)的XrML權(quán)限描述數(shù)據(jù);繼而認證服務(wù)模塊將主體對資源的訪問請求與XrML描述數(shù)據(jù)中的權(quán)限數(shù)據(jù)進行匹配,從而確定包括資源訪問范圍、所能執(zhí)行的操作等權(quán)限信息。
當匹配成功,即主體對資源的請求為合法請求時,認證服務(wù)模塊則將該請求傳遞到資源管理層,以訪問資源數(shù)據(jù);否則,該請求被認為是非法請求,認證服務(wù)會及時提示用戶,報告錯誤信息,并通知系統(tǒng)管理員,從而確保系統(tǒng)的安全。
4應(yīng)用范例
這里以可口可樂銷售供應(yīng)鏈為例,在這條供應(yīng)鏈中有三個節(jié)點,分別為可口可樂制造商、倉庫和超市。這三個節(jié)點表示了實際物流中一條簡單完備的供應(yīng)鏈。制造商、倉庫和超市分別擁有自己的EPCIS,各自存儲著本地貨物的EPC相關(guān)信息和企業(yè)擴展信息,如圖4所示。
在這個實際應(yīng)用中,如果C需要查詢這批貨物的信息,如生產(chǎn)日期等,則需要通過網(wǎng)絡(luò)訪問EPCIS A。C在首次訪問EPCIS A時,EPCIS A的管理人員會首先到它本地的EPCIS的資源數(shù)據(jù)庫中查找是否有C的信息。如果沒有,則說明A和C 沒有貿(mào)易關(guān)系,因此不會給C授予權(quán)限;如果有,A會根據(jù)C的實際需要授予權(quán)限,確定C的訪問范圍、時間限制以及操作限制,并將這些權(quán)利描述信息寫入權(quán)限管理數(shù)據(jù)庫。權(quán)限描述方式如下:
<?xml version="1.0" encoding="UTF8"?>
<epcis xmlns:epcis="urn:ITEC:EPCIS:rel:relpatternscript:v1_0 "
xmlns:sx="urn:ITEC:EPCIS:rel:relpatternscript:v1_0"
xmlns:cx="urn:ITEC:EPCIS:rel:relpatternscript:v1_0">
<epcis:licence>
<epcis:grant>
<!主體定義>
<epcis:keyHolder epics:id="ID001" name="C"/>
<!資源定義>
<epcis:resourceepics:id="ID002">
<epcis:entityDescription>
<sx:name>A </sx:name>
<sx:url> http://coco/epics/PMLCore.html </sx:url>
</epcis:entityDescription>
</epcis:resource>
<!操作>
<epcis:right epics:id = "ID003">
<cx:read/>
</epcis:right>
<!條件>
<epcis:conditions epcis:id="ID0-04"epics:type="AND">
< epcis:condition>
<validityInterval varRef="oneWeek"/>
</epcis:condition >
<epcis:condition >
<exerciseLimit timeRef="50"/>
</epcis:condition >
</epcis:conditions >
</epcis:grant >
</epcis:licence>
</epcis>
以上權(quán)限描述語言說明了C有訪問A的權(quán)限,這個權(quán)限表現(xiàn)為C可以去查詢A資源數(shù)據(jù)庫中的靜態(tài)數(shù)據(jù),包括產(chǎn)品和公司的基本信息。操作限定為只讀,也就是C只能對A的資源數(shù)據(jù)庫進行查詢而不能更新。另外還限定了一些條件,包括訪問時間必須在一周內(nèi)以及訪問次數(shù)必須在50次以內(nèi),如果不滿足這些條件,C將喪失訪問A的權(quán)利,需要重新向A注冊獲得A的授權(quán)。
當C獲得授權(quán)登錄時,認證服務(wù)則會從權(quán)限管理數(shù)據(jù)庫中取出權(quán)利描述語言并進行解析,獲得用戶的身份合法即可進入授權(quán)操作。這樣有效地避免了使A的重要信息外流,保證了A的權(quán)益。
如果需要知道整個供應(yīng)鏈中的流動信息,則需要查詢以上三個節(jié)點的EPCIS。此時A,B分配給C的權(quán)限是Read,并且只可以訪問動態(tài)時間信息。通過訪問A和B的EPCIS可以獲得此批貨物在每個節(jié)點的進出時間,從而獲得該批產(chǎn)品一整條的供應(yīng)鏈流動信息。
5總結(jié)
由于在實際商業(yè)環(huán)境中,對EPC網(wǎng)絡(luò)中EPCIS的訪問存在著很大的安全隱患,本文在現(xiàn)有的EPCIS架構(gòu)基礎(chǔ)上,提出了一種基于XrML的、靈活的EPCIS權(quán)限管理方式,從而可以有效地控制供應(yīng)鏈對企業(yè)內(nèi)部EPCIS的訪問,使EPC信息的共享真正建立在一個可信任、安全的平臺上。當然,該方案仍然存在著許多值得進一步研究的問題,如訪問的效率問題、信息安全問題等,這些我們將在以后的工作中逐步解決。
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作者簡介:
趙黎(1981),女,湖北荊門人,碩士研究生,主要研究方向為RFID、分布式應(yīng)用;
徐晶,男,博士,主要研究方向為RFID與物聯(lián)網(wǎng)、物流技術(shù)、移動計算;
程文青,女,碩導(dǎo),主要研究方向為下一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。
注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文