基于MD5的防偽標簽生成器設計

王鑫　張建新　周元釘

【摘 要】在社會發展的過程中，存在著眾多的社會問題，其中盜版現象尤為猖獗。無論是文化傳播方面還是商品制造方面，盜版是如影隨形。盡管有關部門和相關法律法規在一定程度上對假冒偽劣行為采取了嚴厲打擊措施，但時至今日，盜版現象不僅沒有得到有效的根除，反而在非法暴利的驅使下，非法分子更是趨之若鶩，盜版行為更有日益漫延之勢。鑒于此種情況，借助現有的科技成果，設計一個具有哈希校驗功能的防偽二維碼生成器，通過Hash函數對商品數據進行數據摘要，生成一個有效二維碼。分析表明，該二維碼具有信息量廣、編譯碼準確、加密機制、印刷成本低等的優勢，在實際應用中可有效打擊假冒偽劣行為。

【關鍵詞】二維碼；哈希編碼；防偽印刷

中圖分類號： TP391.44；TB481 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）06-0189-004

【Abstract】In the process of social development，there are many social problems，in which piracy is the particularly serious phenomenon.Whether the cultural dissemination or commodity manufacturing，piracy is as the shadow follows with varieties of goods.Although the relevant departments，laws and regulations take tough measures to crack down on fake and shoddy behavior on a certain extent.But today，the phenomenon of piracy has not been eradicated. However， in driving illegal profiteering，illegal molecular piracy is popular；the piracy is more spreading trend.In view of this situation，a hash function security dimensional code generator is presented with the use of existing scientific and technological achievements.A two-dimensional code is generated on hash function through the data of the commodity data.The analysis shows that the QR code has extensive information，encryption mechanism，accurate and low cost advantages of printing.It can effectively combat counterfeiting behavior in practical application.

【Key words】QR code；Hash encoding；Anti-counterfeiting printing

0 引言

伴隨著國內市場經濟不斷發展，防偽技術在我國的發展也實現質的飛躍。假冒、仿造等現象是與市場經濟伴生的副產品，為了保護自身利益，防偽技術應運而生。由于版權所有者對產品防偽需求與意識的不斷強化，越來越多的防偽技術方案得到應用和推廣，防偽技術市場呈現出百花齊放、百家爭鳴的新局面。

就標簽市場而言，目前的防偽技術應用主要體現在材料防偽、設計防偽、工藝防偽、IT防偽等方面，可分為以下三個階段。

（1）標簽防偽的初級階段

標簽防偽的初級階段是單一技術防偽。國內標簽印刷最早采用的防偽技術，大多源自與人民幣相關的防偽技術，包括防偽紙張、防偽設計、防偽油墨、防偽印刷等。其后，全息圖像等技術開始進入標簽防偽領域。不過從技術應用上看，最初的防偽大多采用單一技術，即便是有組合應用，也是相對簡單的組合形式。

（2）標簽防偽第二階段

標簽防偽第二階段是印刷元素的組合式防偽。印刷組合式技術防偽最初的形式，是將已有的、印刷方面的多種防偽技術，組合運用到一個產品上。如，將防偽設計、防偽紙張、防偽油墨、乃至多種不同的印刷形式等，共同組合到一個產品標簽上。防偽不再局限于某種防偽材料、單個防偽工藝，而是變得越來越復雜，成為由多種印刷工藝和防偽技術相融合，具有較高技術含量的綜合性防偽。這個理念其實就是人民幣防偽的理念，也是目前依然較為流行的防偽形式。

近年來，隨著科學技術的發展，其他領域的某些科技成果被移植到標簽防偽中，使標簽防偽得以跨出印刷領域的范疇，開始進入又一個新的發展階段。

（3）標簽防偽第三階段

標簽防偽第三階段是跨界技術應用。防偽行業是一個非常具有活力、善于吸收先進技術的產業。很多技術一經出現，就被應用到防偽領域。

以2014年度亞洲標簽印制大獎賽中獲得智能防偽類金獎的標簽為例，這一產品就采用了多種防偽工藝，包括：防偽暗記、手感防偽及彩色可變二維碼與隱形可變碼對應，背面揭開留底對應正面的號碼，印刷工藝采用傳統凸版印刷與數碼印刷相結合，結合后道印刷工藝。單就這些印刷相關元素而言，這種標簽具有個性化多重防偽的獨特性，不易被復制與仿冒，已經將印刷組合技術發揮到極致。令其更上一層樓的是，這款標簽還加入了納米顆粒進行防偽，這是納米技術融入防偽標簽的最好例證。

除了納米技術，目前在標簽防偽領域應用的跨界技術，還包括：核徑跡技術；電話電碼技術；DNA、聲紋識別、指紋識別、面部特征識別、人眼虹膜圖像識別等生物識別技術；最新的跨界防偽則是印刷與IT技術的結合。

然而，商品的假冒偽劣現象由來已久，盡管各國都在一定程度上采取反盜版措施，以對盜版進行打擊，但時至今日，假冒偽劣現象不僅沒有得到有效的根除，反而還有日益漫延之勢。究其原因，一方面對商品的有效鑒別機制還不完善，另一方面商品的流通監管還存在漏洞，現有措施未能從根本上有效打擊假冒偽劣行為。

計算機與通信技術日趨成熟，將計算機技術與通訊技術應用于假冒偽劣產品的打擊和監管中，勢在必行。特別的，基于現有的二維碼技術，有效鑒別商品真偽，監管物品整個流通過程，可有效確保商品真實、打擊假冒商品，然而，現有聲稱的二維碼技術并不具備防偽功能，相關報告可見問[1]。

本文，基于上述問題，通過將MD5數字摘要技術結合于防偽標簽生成器的設計，基于現有印刷技術，設計一種具有防偽功能的二維碼生成器。

1 系統主要軟件的介紹

1.1 開發平臺eclipse

Eclipse是一個開放源代碼的軟件開發項目，專注于為高度集成的工具開發提供一個全功能的、具有商業品質的工業平臺。它主要由Eclipse項目、Eclipse工具項目和Eclipse技術項目三個項目組成，具體包括四個部分組成——Eclipse Platform、JDT、CDT和PDE。JDT支持Java開發、CDT支持C開發、PDE用來支持插件開發，Eclipse Platform則是一個開放的可擴展IDE，提供了一個通用的開發平臺。它提供建造塊和構造并運行集成軟件開發工具的基礎[2]。

1.2 MD5算法

MD5的全稱是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），它的作用是讓大容量信息在用數字簽名軟件簽署私人密鑰前被“壓縮”成一種保密的格式（就是把一個任意長度的字節串變換成一定長的大整數）。需要獲得一個隨機長度的信息并產生一個128位的信息摘要[3]。

MD5算法全名叫信息-摘要算法，是一種有密碼的算法，MD5算法可以對任何文件產生一個唯一的MD5驗證碼，每個文件的MD5碼就如同每個人的指紋一樣，都是不同的，這樣，一旦這個文件在傳輸過程中，其內容被損壞或者被修改的話，那么這個文件的MD5碼就會發生變化，通過對文件MD5的驗證，可以得知獲得的文件是否完整。

1.3 二維碼的編碼格式

本課題設計的二維碼的編碼格式是采用“UTF-8”編碼規則，具體規則如下：

UTF-8是Unicode的一種實現方式或者是一種具體的編碼格式，也就是對它的字節結構有特殊要求，所以我們說一個漢字的范圍是0X4E00-0x9FA5，是指Unicode值，至于放在utf-8的編碼里去就是由三個字節來組織，所以可以看出Unicode是給出一個字符的范圍，定義了這個字是碼值是多少，實現方式可以有多種多樣的編碼格式來完成[4]。

UTF-8是一種變長字節編碼方式。對于某一個字符的UTF-8編碼，如果只有一個字節則其最高二進制位為0；如果是多字節，其第一個字節從最高位開始，連續的二進制位值為1的個數決定了其編碼的位數，其余各字節均以10開頭。UTF-8最多可用到6個字節。

從上述的編碼規則可以看出，UTF-8中可以用來表示字符編碼的實際位數最多有31位，即上表中x所表示的位。除去那些控制位（每字節開頭的10等），這些x表示的位與Unicode編碼是一一對應的，位高低順序也相同。實際中是將Unicode轉換為UTF-8編碼時應先去除高位0，然后根據所剩編碼的位數決定所需最小的UTF-8編碼位數。

1.4 二維碼數據的設計

（1）產品ID號

產品ID號格式如：mm$$20160212****%%###+陜西省渭南市（最后在放6個漢字）總共位數是21位，編號容量有限，請不要考慮極端情況。

其各個符號所代表的意義。如表1所示：

表1 商品ID號的實際意義

注意：生產廠家代號，本地數據庫有一部分，遠程數據庫全部存儲。

（2）本地密鑰

本地密鑰，分為固定部分+可變部分，總共為16位。

相關規定，如表2所示：

表2 本地密鑰相關規定

（3）遠程密鑰

遠程密鑰，分為固定部分+可變部分，總共32位。

相關規定，如表3所示：

表3 遠程密鑰相關規定

可變部分為取月份的前三位英文字+13位隨機數。

（4）商品數據

對于商品ID號和密鑰的相關規定就如上述所說，在系統正常運行的情況下，按照上面的標準和規則，實例生成了有關幾個生產廠家的數據信息，以下是幾個商品ID號、本地密鑰和遠程密鑰。如表4所示：

表4 商品數據信息

2 系統程序設計

2.1 界面設計

本次畢業設計的圖形界面是采用Java應用程序的圖形用戶界面（GUI），是由Java.awt、javax.swing等包中定義的組件類對象組成的，依據面向對象機制，每個組件類都封裝了該組件的屬性和行為。

GUI的組成：包括窗體（Frame）、對話框（Dialog）、面板（Panel）、按鈕（Button）、標簽（Label）、畫板（Canves）、滾動條（Scrollbar）、列表框（List）、文本域（TextField）、文本區（TextArea）、菜單（Menu）等組件，在本系統中主要用到窗體、面板、按鈕、標簽、文本域等。面板布局采用邊界布局（BorderLayout）和網格布局（GridLayout）。同時還應用到監聽事件，這只是針對按鈕的操作，產生一定的事件反應，已達到既定的效果[5]。

2.2 Hash函數摘要處理

Hash函數對數據信息的摘要處理，即MD5算法主要是對商品數據ID號進行處理，通過HMAC公式進行計算。因為MD5算法是不可以從消息摘要中復原信息的，所以對密鑰是一種最好的保護；產生兩個哈希值，并與商品ID號級聯得到的數據，最后在該數據后面添加商品銷售地，用于區域防竄貨管理，增加造假者成本，最終得到商品防偽碼[6]。

2.3 二維碼的生成

本課題中二維碼的生成，首先構建了二維碼的生成方法類（MatrixToImageWriter），包括格式、大小、內容等；然后在建立生成二維碼的類（CodeCreator）中調用上面生成方法類，其中的數據來源于經鍵盤的輸入，在經過HMAC公式運算，得到的哈希值（本地和遠程摘要），將商品ID與兩個哈希值級聯后產生的結果（result），同時加上六個漢字的輸入，在程序中對漢字字符串做出了設置，以使漢字數據在二維碼中能夠顯示出來。最終生成的二維碼使用圖片格式保存在本地，在二維碼名稱的動態改動下能夠連續生成而且不會被覆蓋，在軟件界面中二維碼顯示區能夠顯示生成的二維碼圖片，得益于Java中的窗體刷新程序，最終能夠在生成的同時顯示在界面的生成區域。

窗體刷新代碼：

public void updateView（String name）{

if（label！=null）{

frame.remove（panel3）；

panel3.remove（label）；}}

2.4 程序運行結果

軟件運行界面結果，如圖1所示：

舉以實例

產品ID號：YQ0120160216000201180

本地密鑰：QCACsust*Win7802

遠程密鑰：QCACSUSTremote#&Feb0041551204372;

銷售地點：陜西省渭南市

運行結果：

YQ0120160216000201180

afb8303aae1c5dc6a22ee3656e0336b8498e2d3f

e1b0b3c6e65b3f9e5a315d89b82314a66635d721陜西省渭南市

二維碼生成如圖2所示：

3 總結

本文通過對系統的分析研究，利用Java語言在軟件開發平臺Eclipse的基礎上，設計一種基于MD5算法的具有防偽功能的標簽并進行了實驗系統的開發。首先，將數據信息進行編碼生成二維碼，數據信息就是商品相關信息數據，這是整個過程的第一步，然后對數據進行Hash函數摘要處理，最終得到的是信息數據的哈希值，然而，商品的原始數據是不會顯示出來的，只有通過掃碼儀器進行掃描可以得到商品的原始數據，并且可以知道商品的真假，當然，不是所有的掃碼儀器都可以得到商品的信息，這款掃碼儀器必須含有相同的Hash算法、商品的信息格式設置、掃描上限次數，等等。與此同時，可以對密鑰進行加密，即使展現在用戶面前也是進行加密后的密鑰，可以杜絕密鑰的泄露帶來的不必要的麻煩。最終，得到實現具有防偽功能的二維碼。

在程序設計過程中，首先設計Java應用程序的圖形用戶界面（GUI），然后在軟件的運行界面進行編寫和調試，最終完成并呈現整個運行界面；在二維碼的生成時，采用調用類的方法，首先編寫二維碼的生成方法，然后在構建新的二維碼類中調用上述方法；最后，通過加密算法的嵌入，與鍵入數據聯系起來進行級聯得到最終二維碼形式的防偽驗證碼的設計。

【參考文獻】

[1]二維碼防偽靠譜不靠譜？[J].中國防偽報道，2014：30-32.

[2]David Gallardo.Eclipse平臺入門[EB/OL].http：//www-900.ibm.com/DeveloperWorks/cn/linux/open-source/os-ecov/index.Shtml，2004.1.

[3]廖東方.二維碼電子標簽的安全技術研究[D].北京：北京郵電大學，2008.

[4]嚴蔚敏.《數據結構與算法分析》.清華大學出版社，2011.

[5]孫一林，彭波.Java程序設計案例教程.機械工業出版社，2011.1.

[6]王明振.QR碼在Android手機平臺的解碼算法研究[D].鄭州：鄭州大學，2011.