基于RFID技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系探討

摘要：針對目前我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系中存在的問題，分析了ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ ｆｒｅｎｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術(shù)框架，討論了幾種不同的數(shù)據(jù)加密方法，通過編譯ＲＦＩＤ標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)并進行哈希處理產(chǎn)品質(zhì)量信息數(shù)據(jù)，設(shè)計了一種包含產(chǎn)品信息和公鑰的ＲＦＩＤ標(biāo)簽。最后，設(shè)計了一種基于網(wǎng)格技術(shù)的質(zhì)量追蹤分布式模型，該模型通過網(wǎng)格服務(wù)解決不同供應(yīng)商之間的質(zhì)量信息追蹤問題，并通過一個實例來描述產(chǎn)品從加工到流通環(huán)節(jié)信息追溯的實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：ＲＦＩＤ技術(shù)；農(nóng)產(chǎn)品；質(zhì)量追溯；網(wǎng)格服務(wù)

中圖分類號：ＴＳ２０７．７文獻標(biāo)識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）13－2736-04

Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ Ｓｙｓｔｅｍ Bａｓｅｄ

ｏｎ ＲＦＩＤ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ＺＥＮＧ Ｙｉ１，２

（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｒａｆｆｉｃ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００83， Ｃｈｉｎａ；

２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏｎｖｅｙａｎｃｅ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００１３， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｑｕａｌｉｔｙ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｃｈｉｎａ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎａｌｙｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｏｆ ｔｈｅ ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ fｒｅｎｑｕｅｎｃｙ iｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）， ｓｅｖｅｒａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄａｔａ ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ａ ＲＦＩＤ ｌａｂｅｌ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｕｂｌｉｃ ｋｅｙ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｃｏｄｉｎｇ ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｎ ＲＦＩＤ ｌａｂｅｌ ａｎｄ ｈａｓｈｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄａｔａ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ａ ｑｕａｌｉｔｙ ｔｒａｃｋ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｒｉｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｒｅｓｏｌｖｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｒａｃｉｎｇ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｕｐｐｌｉｅｒｓ ｂｙ ｇｒｉｄ ｓｅｒｖｉｃｅｓ， ａｎｄ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｒａｃｉｎｇ ｆｒｏｍ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｏ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｌｉｎｋｓ ｗａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｂｙ ａｎ ｉｎｓｔａｎｃｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＲＦＩＤ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ；ｑｕａｌｉｔｙ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ； ｇｒｉｄ ｓｅｒｖｉｃｅｓ

近年來，農(nóng)產(chǎn)品安全問題日益突出，引起了人們的廣泛關(guān)注。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)各方面的可追蹤性已顯得日益重要，實行農(nóng)產(chǎn)品安全標(biāo)志及追溯管理，建立農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)是有效解決食品安全問題的重要措施。農(nóng)產(chǎn)品溯源被定義為在供應(yīng)鏈上跟蹤產(chǎn)品處理過程的歷史記錄，以確定該產(chǎn)品在供應(yīng)鏈中從起源到客戶的所有輸入原料的來源地并提供相關(guān)記錄信息［１］。與此同時，各國研究人員相繼研究建立了若干追溯系統(tǒng)；Ｌａｃｈａｎｃｅ等［２］利用ＧＰＳ、條碼和ＨＡＣＣＰ技術(shù)建立了食品安全可追溯系統(tǒng)；Ｍｏｒｅｔｔi等［３］建立了漁業(yè)可追溯系統(tǒng)，美國、法國的研究人員采用電子射頻識別（ＲＦＩＤ）標(biāo)簽和條形碼相結(jié)合的追蹤模式，實現(xiàn)了對肉牛生長發(fā)育和牛肉生產(chǎn)的整個供應(yīng)鏈流程的追蹤。目前，ＲＦＩＤ技術(shù)被證實比條碼技術(shù)更適合運用于解決農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的溯源。對如何運用ＲＦＩＤ技術(shù)識別和驗證農(nóng)產(chǎn)品的方法進行研究，可以通過建立一個可溯源的分布式系統(tǒng)來實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品在供應(yīng)鏈上的數(shù)據(jù)通訊與質(zhì)量管理。

１ＲＦＩＤ技術(shù)框架

１．１ＲＦＩＤ技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

目前，ＲＦＩＤ還未形成統(tǒng)一的全球化標(biāo)準(zhǔn)，市場為多種標(biāo)準(zhǔn)并存的局面，但隨著全球物流行業(yè)ＲＦＩＤ大規(guī)模應(yīng)用，ＲＦＩＤ標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一已經(jīng)得到業(yè)界的廣泛認(rèn)同。ＩＳＯ將ＲＦＩＤ的國際標(biāo)準(zhǔn)分為空中接口標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、一致性測試標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)４個方面［４，５］。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ＩＳＯ）和ＥＰＣｇｌｏｂａｌ在ＲＦＩＤ的空中接口方面形成了多個標(biāo)準(zhǔn)，如圖１所示?，F(xiàn)有的ＲＦＩＤ技術(shù)工作在多個無線頻率范圍內(nèi)，通常情況下，ＲＦＩＤ閱讀器發(fā)送的頻率稱為ＲＦＩＤ系統(tǒng)的工作頻率或載波頻率。ＲＦＩＤ載波頻率基本上有３個范圍：低頻（３０ ｋＨｚ～３００ ｋＨｚ）、高頻（３ ＭＨｚ～３０ ＭＨｚ）和超高頻（３００ MＨｚ～３ ＧＨｚ）。

１．２ＲＦＩＤ標(biāo)簽

ＲＦＩＤ 供應(yīng)鏈管理標(biāo)簽可提供較長的讀取范圍和增強的性能，圖２給出了有關(guān)ＲＦＩＤ標(biāo)簽的數(shù)據(jù)單元所包含的信息，對ＲＦＩＤ信息的監(jiān)控能夠滿足端到端供應(yīng)鏈監(jiān)控的需要。零售、制造、配送、交通運輸行業(yè)以及政府機構(gòu)的貨物、貨箱和貨盤級應(yīng)用需要高性能、具備高效ＲＦ功能的ＲＦＩＤ標(biāo)簽，從而在各種操作環(huán)境和應(yīng)用中都能實現(xiàn)最佳性能。

１．３數(shù)字簽名－數(shù)據(jù)完整性與安全性的驗證

數(shù)字簽名是附加在數(shù)據(jù)單元上的一些數(shù)據(jù)，或是對數(shù)據(jù)單元所作的密碼變換，數(shù)據(jù)的接收者可以通過數(shù)字簽名來確認(rèn)數(shù)據(jù)單元來源和數(shù)據(jù)單元的完整性，以防偽造。數(shù)字簽名具有準(zhǔn)確性、實用性、完整性、可鑒別性和不可抵賴性等特性，同時解決否認(rèn)、偽造、篡改及冒充等問題。

有幾種方法可以保護ＲＦＩＤ標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)不被篡改，大部分的方法是使用公鑰加密和在不同的窗體的哈希函數(shù)［６］。該方法的主要缺點是數(shù)學(xué)處理能力被標(biāo)記在設(shè)置好的內(nèi)存中執(zhí)行。一種較有前途的方法是將ＲＦＩＤ技術(shù)應(yīng)用到有高附加值的產(chǎn)品中，并將進行身份驗證的防偽ＥＰＣ代碼藏于其中［７］。但是，該方法要求供應(yīng)商授權(quán)，具有一個內(nèi)部通訊的解密碼，通過解鎖來實現(xiàn)產(chǎn)品的身份識別。

利用射頻識別技術(shù)防偽，與其他防偽技術(shù)如激光防偽、數(shù)字防偽等技術(shù)相比，其優(yōu)點在于：每個標(biāo)簽都有一個全球惟一的ＩＤ號碼，此惟一ＩＤ是在制作芯片時放在ＲＯＭ中的，無法修改、無法仿造；無機械磨損，防污損；讀寫器具有不直接對最終用戶開放的物理接口，保證其自身的安全性；數(shù)據(jù)安全方面除標(biāo)簽的密碼保護外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實現(xiàn)安全管理；讀寫器與標(biāo)簽之間存在相互認(rèn)證的過程等。

因此，一個可行的解決方法是結(jié)合數(shù)字簽名技術(shù)，利用產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)庫提供的驗證標(biāo)信息，編譯一個ＲＦＩＤ標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)，進行哈希處理產(chǎn)品質(zhì)量信息數(shù)據(jù)，然后使用私鑰加密。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計出一種包含產(chǎn)品信息和公鑰的ＲＦＩＤ標(biāo)簽，如圖３所示。最后，將數(shù)字簽名附加到包含產(chǎn)品信息和公鑰的標(biāo)簽，提供給用戶一個安全的認(rèn)證源，此方法類似于互聯(lián)網(wǎng)交易中的受信任數(shù)字證書。

以上提出的解決方案必須確認(rèn)數(shù)據(jù)的完整性，并防止偽造商品包裝及數(shù)字簽名。為了提高安全性，防止標(biāo)記被克隆，每個ＲＦＩＤ標(biāo)簽對應(yīng)惟一的序列號，并將該序列號嵌入哈希值。將ＲＦＩＤ的制造標(biāo)記加密，并分別寫在對應(yīng)的生產(chǎn)訂單上。

２基于Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ的質(zhì)量追溯網(wǎng)絡(luò)分布式模型

２．１Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ平臺

Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ是一種構(gòu)建應(yīng)用程序的普通模型，并能在所有支持 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ通訊的操作系統(tǒng)上實施運行［８］。Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ令基于組件的開發(fā)和 Ｗｅｂ 的結(jié)合達(dá)到最佳，基于組件的對象模型，如Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｏｂｊｅｃｔ Ｍｏｄｅｌ（ＤＣＯＭ）、Ｒｅｍｏｔｅ Ｍｅｔｈｏｄ Ｉｎｖｏｃａｔｉｏｎ（ＲＭＩ）、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｉｎｔｅｒ－Ｏｒｂ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＩＩＯＰ）都已經(jīng)發(fā)布很長時間了，但是這些模型都依賴于特殊對象模型協(xié)議。而 Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ利用 ＳＯＡＰ 和 ＸＭＬ對這些模型在通訊方面作了進一步的擴展，以消除特殊對象模型的障礙。Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ 主要利用ＨＴＴＰ和 ＳＯＡＰ 協(xié)議使商業(yè)數(shù)據(jù)在Ｗｅｂ上傳輸，ＳＯＡＰ通過 ＨＴＴＰ調(diào)用商業(yè)對象執(zhí)行遠(yuǎn)程功能調(diào)用，Ｗｅｂ用戶能夠使用ＳＯＡＰ和ＨＴＴＰ通過Ｗｅｂ調(diào)用的方法來調(diào)用遠(yuǎn)程對象［８，９］。

客戶根據(jù)ＷＳＤＬ描述文檔，會生成一個 ＳＯＡＰ 請求消息。Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ都是放在Ｗｅｂ服務(wù)器（如ＩＩＳ）后面，客戶生成的ＳＯＡＰ請求會被嵌入在一個Ｈｔｔｐ ｐｏｓｔ請求中，發(fā)送到Ｗｅｂ服務(wù)器上。Ｗｅｂ服務(wù)器再把這些請求轉(zhuǎn)發(fā)給Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅｓ請求處理器。請求處理器的作用在于解析收到的 ＳＯＡＰ 請求，調(diào)用Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅｓ，然后再生成相應(yīng)的 ＳＯＡＰ 應(yīng)答。Ｗｅｂ服務(wù)器得到 ＳＯＡＰ 應(yīng)答后，再通過 ＨＴＴＰ應(yīng)答的方式把信息送回到客戶端。在此基礎(chǔ)上，本文建立了基于Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅｓ服務(wù)的分布式網(wǎng)絡(luò)模型，如圖４所示。

２．２質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)分布式模型

為了實現(xiàn)質(zhì)量追蹤網(wǎng)絡(luò)分布式模型在ＲＦＩＤ環(huán)境下的集成，提出了基于Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅｓ環(huán)境下開放網(wǎng)格服務(wù)架構(gòu)的追溯網(wǎng)絡(luò)分布式模型，如圖５所示。該模型引入ＲＦＩＤ技術(shù)，實現(xiàn)資源與對象之間的信息和服務(wù)共享，從而實現(xiàn)對服務(wù)周期內(nèi)的質(zhì)量追溯系統(tǒng)的資源狀態(tài)進行監(jiān)控，并將動態(tài)的質(zhì)量追溯服務(wù)通過ＳＯＡＰ協(xié)議進行封裝，用Ｗｅｂ服務(wù)描述語言（Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｌａｎｇｕａｇｅ，ＷＳＤＬ）進行統(tǒng)一的描述，通過簡單對象訪問協(xié)議（Ｓｉｍｐｌｅ ｏｂｊｅｃｔ ａｃｃｅｓｓ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＳＯＡＰ）實現(xiàn)質(zhì)量追溯信息之間的消息通訊，從而實現(xiàn)質(zhì)量追溯信息之間的分布式協(xié)同管理。當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品資源狀態(tài)隨環(huán)境發(fā)生改變時，集成在系統(tǒng)服務(wù)技術(shù)下的質(zhì)量追溯模型可以做出響應(yīng)。

２．３實例分析

為了更好地說明質(zhì)量追蹤網(wǎng)絡(luò)分布式模型對農(nóng)產(chǎn)品信息的追溯，以農(nóng)畜產(chǎn)品（如牛、豬、羊等肉制品）的實體加工分割過程為例進行信息追蹤。對各個工序的產(chǎn)品及在制品用ＲＦＩＤ進行編碼標(biāo)識（信息包含商品品名、批號、生產(chǎn)日期、數(shù)量、交貨地位置、運輸路徑等信息），每個工序上的產(chǎn)品都作為一個獨立的供應(yīng)鏈貿(mào)易單元，通過指定的信息來關(guān)聯(lián)這些貿(mào)易項目，以實現(xiàn)流通過程中產(chǎn)品及在制品之間的信息追溯。產(chǎn)品的追溯過程及ＲＦＩＤ標(biāo)簽對應(yīng)的編碼如圖６所示，其中各個加工工序中的ＧＴＩＮ是不同的，分別代表各個加工階段的產(chǎn)品；ＲＦＩＤ耳標(biāo)的編碼可以依據(jù)ＩＳＯ的規(guī)則制定，以保證編碼的惟一性；ＹＹＭＭＤＤ代表年月日；ＡＩ（２５１）數(shù)據(jù)串或者（１０）數(shù)據(jù)串可作為產(chǎn)品加工過程的搜索關(guān)鍵字。

３小結(jié)

ＲＦＩＤ技術(shù)由于其眾多優(yōu)點，在農(nóng)產(chǎn)品安全追溯中的應(yīng)用越來越廣泛。但農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的加密技術(shù)是制約ＲＦＩＤ技術(shù)廣泛應(yīng)用的一大因素，可行的解決方法是將ＲＦＩＤ編碼技術(shù)與數(shù)字簽名技術(shù)相結(jié)合，通過編譯ＲＦＩＤ標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)進行哈希處理，然后使用私鑰加密。加密信息可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺進行消息驗證，從而為用戶提供一種較便捷的服務(wù)方式，為ＲＦＩＤ技術(shù)的推廣提供了一種新的思路。為了實現(xiàn)該解決方法，本文構(gòu)建了一個基于Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ的質(zhì)量追溯網(wǎng)絡(luò)分布式模型，該模型可以通過調(diào)用網(wǎng)格服務(wù)來解決不同供應(yīng)商間的質(zhì)量信息追蹤與農(nóng)產(chǎn)品消息的驗證問題。

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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