基于物聯網技術的商品包裝云防偽系統設計與研究

段華偉+高圳+劉慧敏

近年來，假冒產品已滲透到各行各業，不僅嚴重擾亂了市場秩序，而且對消費者的利益和商家的經濟效益帶來了惡劣影響。隨著互聯網技術的高速發展以及消費者維權意識的不斷提高，各企業都在積極研發針對自身產品的包裝防偽技術，并取得了顯著效益。下面，筆者結合我公司目前研發的項目，提出一種基于物聯網技術的商品包裝云防偽系統，為印刷包裝行業在“互聯網+”時代下更好地提高產品核心競爭力提供一種解決方案。

實現方式和運作流程

云防偽技術是利用二維碼防偽技術，通過定制的手機客戶端APP讀取二維碼信息，將信息錄入計算機服務器，服務器對信息進行解密后，在數據庫中查詢對應商品的信息并將驗證結果反饋到手機客戶端。同時，云計算作為時下最熱的技術，融合了負載均衡、網絡存儲等技術，對外可以提供豐富的接口。企業可以根據自身需求進行調用，不僅解決了花費高額費用購買設備的問題，還能憑借后臺積累的數據以及高效的云計算能力，幫助企業更好地了解市場運作動態，完成產品營銷和市場預判計劃的制定。

1.企業運用云防偽系統流程

如圖1所示，企業首先登錄云防偽系統，錄入商品信息并存儲到數據庫中，然后利用可變數據軟件為商品生成唯一的二維碼，通過數字印刷等方式印刷二維碼標簽，最后貼在商品包裝上，從而完成商品防偽包裝制作過程。在商品上架銷售過程中，企業可將消費者掃描得到的二維碼及產品流通位置存儲到相應的數據庫中，通過分析商品在不同用戶人群、不同地域的銷售情況，在提供掃碼識別商品真偽的基礎上，有針對性地向手機客戶端推送優惠消息以及提供分享抽獎等服務，建立企業與消費者之間的互動，從而提高用戶的二次購買率。

2.用戶使用云防偽客戶端流程

用戶通過云防偽網站平臺下載手機客戶端APP，按照提示完成相應安裝。如圖2所示，消費者打開手機客戶端APP二維碼掃描功能，將手機攝像頭對準商品包裝上的二維碼進行掃描，APP將掃描后的商品信息發送到服務器進行驗證，服務器對掃描信息進行解密和查詢后，再將商品真假信息反饋給消費者。

關鍵技術的設計及應用

隨著信息化時代的到來，工業設計的價值取向也在發生著巨大變化。工業設計的任務已經遠遠超出了產品造型，而是在研究和創造著新的生活方式。由于信息交互在人們生活中的統治地位日益加強，“用戶體驗”的好壞已成為工業設計成敗的關鍵。簡單、高效、低成本、用戶信息安全等體驗涵蓋了從實物產品到虛擬產品的方方面面，且與工業設計相互融合、相互促進，形成新時代工業設計新的核心價值取向。下面，筆者就為大家介紹基于物聯網技術的商品包裝云防偽系統關鍵技術的設計及應用。

1.制定商品包裝唯一碼防偽方案

目前市場上的唯一碼防偽采用了NFC、RFID、信息安全、移動和無線通信、數據庫等多項技術，技術較為復雜，導致防偽識別所需的設備成本高，用戶的手機除了具備基本的功能之外，還需要配備相應的傳感器，才能驗證商品真偽，而且在驗證時，至少需要通過連接兩次以上數據庫才能實現驗證，過程繁瑣且等待時間長。

為此，我公司采用Photoshop進行原型構想設計，使用Matlab軟件進行唯一碼生成，同時開發了相應的識別測試函數進行初步驗證。驗證可行，則進一步建立相應的數學模型，進行防偽安全和數量上的可行性分析。分析結果可行，則采用印刷機印刷，利用開發的手機圖像采集程序，對這些圖像進行采集并在數據庫中建立標準的圖像庫。使用開發的手機圖像采集程序和基于OpenCV開發的識別服務相結合的方式，測試新的唯一碼，根據測試結果修正唯一碼的設計方案。通過不斷測試和修正，得到滿足需求的唯一碼。

2.選擇二維碼作為傳輸加密的載體

二維碼憑借存儲量大、保密性高、成本低等特點，在全球范圍內得到廣泛應用和推廣。隨著二維碼技術的日益成熟，以及消費者對二維碼認知度和信任度的提高，移動互聯網與二維碼防偽技術的結合成為企業關注的焦點。

通過對典型的對稱加密算法——DES算法以及非對稱加密算法——RSA算法進行整體對比，確定將RSA算法作為數據傳輸的加密方案。利用RSA算法生成密鑰對。服務器存儲私鑰，客戶端存儲公鑰，將掃描二維碼得到的加密圖像及公鑰一同發送給服務器進行驗證。驗證完成后，服務器將當前驗證結果反饋給手機客戶端APP。

3.選擇負載均衡技術，降低服務器驗證響應時延

隨著二維碼防偽系統用戶的增多，以及請求次數的指數級增長，較大的數據訪問量對單機服務器的壓力會越來越大，這就對服務器的處理能力提出了越來越高的要求，而負載均衡技術可以很好地解決這個問題。負載均衡技術通過多個服務器或者設備提供單一的服務，避免了高并發下用戶請求響應過慢的問題。

負載均衡技術大致分為兩種實現方式，一種是硬件四層交換，另一種是軟件四層交換。從企業角度出發，軟件四層交換的性能雖然比硬件四層交換的性能略有遜色，但依然可以游刃有余地滿足一定量壓力，而且軟件實現方式有其不可替代的優點。

我公司采用基于內容的負載均衡技術，綜合手機客戶端APP的請求來進行負載均衡。這種負載均衡技術有很多優點，包括servlet可以將不同的用戶請求轉發到指定的后臺處理服務器上，如解密請求會轉發到解密服務器上，而不會轉發到商品查詢服務器上，這樣服務器就可以更加高效地完成相應的服務請求。

4.基于JDF的云印刷管理模塊開發

JDF即作業定義格式，是一種基于XML的用于印刷作業的描述及交換的文件格式。它是一種文件格式標準，凡是接受該標準的軟硬件設備，都可以利用所接收到的JDF文件執行相應的生產任務或控制相應的生產流程。同樣，要想實現開放式的印刷流程控制和管理，就必須將印刷生產作業過程以JDF格式的文件進行描述，以保證承認該標準的第三方軟硬件設備能直接接受該文件，并利用其實現生產管理和控制。

云印刷管理模塊包含生產執行和執行信息管理，通過調用服務器端提供的接口，以web方式對節點資源進行控制，實現在線任務處理、印刷任務分配等生產工序。通過將印刷生產管理納入數字化工作流程中，實現從管理到生產的數字一體化。

目前，移動終端市場發展較為迅猛，以二維碼作為載體來實現商品包裝防偽的形式將日益普遍化。本項目自主研發了印刷包裝行業的初級計算機集成制造系統，實現了物聯網技術、圖像處理技術、云計算技術在印刷包裝行業的按需使用，在有效完成商品防偽信息驗證的同時，還可以根據企業的實際需求進行二次開發整合，從而提供完整的解決方案。