【基于RFID技术的农产品质量追溯体系探讨】 农产品质量追溯体系

　　摘要：针对目前我国农产品质量追溯体系中存在的问题，分析了ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ ｆｒｅｎｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技术框架，讨论了几种不同的数据加密方法，通过编译ＲＦＩＤ标签上的数据并进行哈希处理产品质量信息数据，设计了一种包含产品信息和公钥的ＲＦＩＤ标签。最后，设计了一种基于网格技术的质量追踪分布式模型，该模型通过网格服务解决不同供应商之间的质量信息追踪问题，并通过一个实例来描述产品从加工到流通环节信息追溯的实现方法。
　　关键词：ＲＦＩＤ技术；农产品；质量追溯；网格服务
　　中图分类号：ＴＳ２０７．７文献标识码：Ａ文章编号：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
　　
　　近年来，农产品安全问题日益突出，引起了人们的广泛关注。农产品生产各方面的可追踪性已显得日益重要，实行农产品安全标志及追溯管理，建立农产品质量安全可追溯系统是有效解决食品安全问题的重要措施。农产品溯源被定义为在供应链上跟踪产品处理过程的历史记录，以确定该产品在供应链中从起源到客户的所有输入原料的来源地并提供相关记录信息［１］。与此同时，各国研究人员相继研究建立了若干追溯系统；Ｌａｃｈａｎｃｅ等［２］利用ＧＰＳ、条码和ＨＡＣＣＰ技术建立了食品安全可追溯系统；Ｍｏｒｅｔｔi等［３］建立了渔业可追溯系统，美国、法国的研究人员采用电子射频识别（ＲＦＩＤ）标签和条形码相结合的追踪模式，实现了对肉牛生长发育和牛肉生产的整个供应链流程的追踪。目前，ＲＦＩＤ技术被证实比条码技术更适合运用于解决农产品质量的溯源。对如何运用ＲＦＩＤ技术识别和验证农产品的方法进行研究，可以通过建立一个可溯源的分布式系统来实现农产品在供应链上的数据通讯与质量管理。
　　１ＲＦＩＤ技术框架
　　１．１ＲＦＩＤ技术标准
　　目前，ＲＦＩＤ还未形成统一的全球化标准，市场为多种标准并存的局面，但随着全球物流行业ＲＦＩＤ大规模应用，ＲＦＩＤ标准的统一已经得到业界的广泛认同。ＩＳＯ将ＲＦＩＤ的国际标准分为空中接口标准、数据结构标准、一致性测试标准和应用标准４个方面［４，５］。
　　国际标准化组织（ＩＳＯ）和ＥＰＣｇｌｏｂａｌ在ＲＦＩＤ的空中接口方面形成了多个标准，如图１所示。现有的ＲＦＩＤ技术工作在多个无线频率范围内，通常情况下，ＲＦＩＤ阅读器发送的频率称为ＲＦＩＤ系统的工作频率或载波频率。ＲＦＩＤ载波频率基本上有３个范围：低频（３０ ｋＨｚ～３００ ｋＨｚ）、高频（３ ＭＨｚ～３０ ＭＨｚ）和超高频（３００ MＨｚ～３ ＧＨｚ）。
　　１．２ＲＦＩＤ标签
　　ＲＦＩＤ 供应链管理标签可提供较长的读取范围和增强的性能，图２给出了有关ＲＦＩＤ标签的数据单元所包含的信息，对ＲＦＩＤ信息的监控能够满足端到端供应链监控的需要。零售、制造、配送、交通运输行业以及政府机构的货物、货箱和货盘级应用需要高性能、具备高效ＲＦ功能的ＲＦＩＤ标签，从而在各种操作环境和应用中都能实现最佳性能。
　　１．３数字签名－数据完整性与安全性的验证
　　数字签名是附加在数据单元上的一些数据，或是对数据单元所作的密码变换，数据的接收者可以通过数字签名来确认数据单元来源和数据单元的完整性，以防伪造。数字签名具有准确性、实用性、完整性、可鉴别性和不可抵赖性等特性，同时解决否认、伪造、篡改及冒充等问题。
　　有几种方法可以保护ＲＦＩＤ标签上的数据不被篡改，大部分的方法是使用公钥加密和在不同的窗体的哈希函数［６］。该方法的主要缺点是数学处理能力被标记在设置好的内存中执行。一种较有前途的方法是将ＲＦＩＤ技术应用到有高附加值的产品中，并将进行身份验证的防伪ＥＰＣ代码藏于其中［７］。但是，该方法要求供应商授权，具有一个内部通讯的解密码，通过解锁来实现产品的身份识别。
　　利用射频识别技术防伪，与其他防伪技术如激光防伪、数字防伪等技术相比，其优点在于：每个标签都有一个全球惟一的ＩＤ号码，此惟一ＩＤ是在制作芯片时放在ＲＯＭ中的，无法修改、无法仿造；无机械磨损，防污损；读写器具有不直接对最终用户开放的物理接口，保证其自身的安全性；数据安全方面除标签的密码保护外，数据部分可用一些算法实现安全管理；读写器与标签之间存在相互认证的过程等。
　　因此，一个可行的解决方法是结合数字签名技术，利用产品质量数据库提供的验证标信息，编译一个ＲＦＩＤ标签上的数据，进行哈希处理产品质量信息数据，然后使用私钥加密。在此基础上，本文设计出一种包含产品信息和公钥的ＲＦＩＤ标签，如图３所示。最后，将数字签名附加到包含产品信息和公钥的标签，提供给用户一个安全的认证源，此方法类似于互联网交易中的受信任数字证书。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 　　以上提出的解决方案必须确认数据的完整性，并防止伪造商品包装及数字签名。为了提高安全性，防止标记被克隆，每个ＲＦＩＤ标签对应惟一的序列号，并将该序列号嵌入哈希值。将ＲＦＩＤ的制造标记加密，并分别写在对应的生产订单上。
　　２基于Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ的质量追溯网络分布式模型
　　２．１Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ平台
　　Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ是一种构建应用程序的普通模型，并能在所有支持 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ通讯的操作系统上实施运行［８］。Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ令基于组件的开发和 Ｗｅｂ 的结合达到最佳，基于组件的对象模型，如Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｏｂｊｅｃｔ Ｍｏｄｅｌ（ＤＣＯＭ）、Ｒｅｍｏｔｅ Ｍｅｔｈｏｄ Ｉｎｖｏｃａｔｉｏｎ（ＲＭＩ）、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｉｎｔｅｒ－Ｏｒｂ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＩＩＯＰ）都已经发布很长时间了，但是这些模型都依赖于特殊对象模型协议。而 Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ利用 ＳＯＡＰ 和 ＸＭＬ对这些模型在通讯方面作了进一步的扩展，以消除特殊对象模型的障碍。Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ 主要利用ＨＴＴＰ和 ＳＯＡＰ 协议使商业数据在Ｗｅｂ上传输，ＳＯＡＰ通过 ＨＴＴＰ调用商业对象执行远程功能调用，Ｗｅｂ用户能够使用ＳＯＡＰ和ＨＴＴＰ通过Ｗｅｂ调用的方法来调用远程对象［８，９］。
　　客户根据ＷＳＤＬ描述文档，会生成一个 ＳＯＡＰ 请求消息。Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ都是放在Ｗｅｂ服务器（如ＩＩＳ）后面，客户生成的ＳＯＡＰ请求会被嵌入在一个Ｈｔｔｐ ｐｏｓｔ请求中，发送到Ｗｅｂ服务器上。Ｗｅｂ服务器再把这些请求转发给Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅｓ请求处理器。请求处理器的作用在于解析收到的 ＳＯＡＰ 请求，调用Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅｓ，然后再生成相应的 ＳＯＡＰ 应答。Ｗｅｂ服务器得到 ＳＯＡＰ 应答后，再通过 ＨＴＴＰ应答的方式把信息送回到客户端。在此基础上，本文建立了基于Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅｓ服务的分布式网络模型，如图４所示。
　　２．２质量网络分布式模型
　　为了实现质量追踪网络分布式模型在ＲＦＩＤ环境下的集成，提出了基于Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅｓ环境下开放网格服务架构的追溯网络分布式模型，如图５所示。该模型引入ＲＦＩＤ技术，实现资源与对象之间的信息和服务共享，从而实现对服务周期内的质量追溯系统的资源状态进行监控，并将动态的质量追溯服务通过ＳＯＡＰ协议进行封装，用Ｗｅｂ服务描述语言（Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｌａｎｇｕａｇｅ，ＷＳＤＬ）进行统一的描述，通过简单对象访问协议（Ｓｉｍｐｌｅ ｏｂｊｅｃｔ ａｃｃｅｓｓ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＳＯＡＰ）实现质量追溯信息之间的消息通讯，从而实现质量追溯信息之间的分布式协同管理。当农产品资源状态随环境发生改变时，集成在系统服务技术下的质量追溯模型可以做出响应。
　　２．３实例分析
　　为了更好地说明质量追踪网络分布式模型对农产品信息的追溯，以农畜产品（如牛、猪、羊等肉制品）的实体加工分割过程为例进行信息追踪。对各个工序的产品及在制品用ＲＦＩＤ进行编码标识（信息包含商品品名、批号、生产日期、数量、交货地位置、运输路径等信息），每个工序上的产品都作为一个独立的供应链贸易单元，通过指定的信息来关联这些贸易项目，以实现流通过程中产品及在制品之间的信息追溯。产品的追溯过程及ＲＦＩＤ标签对应的编码如图６所示，其中各个加工工序中的ＧＴＩＮ是不同的，分别代表各个加工阶段的产品；ＲＦＩＤ耳标的编码可以依据ＩＳＯ的规则制定，以保证编码的惟一性；ＹＹＭＭＤＤ代表年月日；ＡＩ（２５１）数据串或者（１０）数据串可作为产品加工过程的搜索关键字。
　　３小结
　　ＲＦＩＤ技术由于其众多优点，在农产品安全追溯中的应用越来越广泛。但农产品数据信息的加密技术是制约ＲＦＩＤ技术广泛应用的一大因素，可行的解决方法是将ＲＦＩＤ编码技术与数字签名技术相结合，通过编译ＲＦＩＤ标签上的数据进行哈希处理，然后使用私钥加密。加密信息可以通过网络平台进行消息验证，从而为用户提供一种较便捷的服务方式，为ＲＦＩＤ技术的推广提供了一种新的思路。为了实现该解决方法，本文构建了一个基于Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ的质量追溯网络分布式模型，该模型可以通过调用网格服务来解决不同供应商间的质量信息追踪与农产品消息的验证问题。
　　
　　参考文献：
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　　［３］ ＭＯＲＥＴＴＩ Ｖ Ｍ， ＴＵＲＣＨＩＮＩ Ｇ Ｍ， ＢＥＬＬＡＧＡＭＢＡ Ｆ， ｅｔ ａｌ． Ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｉｓｓｕｅｓ ｉｎ ｆｉｓｈｅｒｙ ａｎｄ ａｑｕａｃｕｌｔｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ［Ｊ］． Ｖｅｔ Ｒｅｓ Ｃｏｍｍｕｎ，２００３，２７（Ｓｕｐｐｌ．１）：４９７－５０５．
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　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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