食品安全追溯系統(tǒng)中二維條碼生成和防偽技術(shù)研究

1、本表一式二份，由學(xué)生、所屬學(xué)院、研究生處留存！碩士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告論文（設(shè)計(jì)）題目:食品安全追溯系統(tǒng)中二維條碼生成和防偽技術(shù)研究研究生學(xué)號(hào)、姓名:2111103064、曠雪梅攻讀學(xué)位類型:工程碩士專業(yè)學(xué)位所學(xué)專業(yè)或?qū)W科或領(lǐng)域:儀器儀表工程入學(xué)年月:2011.9所屬學(xué)院名稱:信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師姓名：鄭瑩娜廣東工業(yè)大學(xué)研究生處二一一年五月制注：攻讀學(xué)位類型為下列之一：工學(xué)碩士；管理學(xué)碩士；理學(xué)碩士；設(shè)計(jì)學(xué)碩士；工程碩士專業(yè)學(xué)位；工商管理碩士專業(yè)學(xué)位；工程管理碩士專業(yè)學(xué)位。12 / 13文檔可自由編輯打印學(xué)生姓名曠雪梅性別女身份證號(hào)碼攻讀本碩士學(xué)位前學(xué)歷本科已獲最高學(xué)位類別工學(xué)學(xué)位已獲學(xué)位

2、授予單位南華大學(xué)已獲學(xué)位年月2010.6主要學(xué)習(xí)、工作經(jīng)歷起止年月所在單位任職2011.9.-至今2007.9-2010.6廣東工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院南華大學(xué) 電氣工程學(xué)院碩士研究生本科生論文（設(shè)計(jì)）所屬類型（請(qǐng)單項(xiàng)選擇打）基礎(chǔ)研究 應(yīng)用研究 綜合研究 其他論文（設(shè)計(jì)）選題來(lái)源（請(qǐng)單項(xiàng)選擇打） 973、863項(xiàng)目 國(guó)家社科規(guī)劃、基金項(xiàng)目 教育部人文、社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目中央、國(guó)家各部門(mén)項(xiàng)目 省（自治區(qū)、直轄市）項(xiàng)目 國(guó)際合作研究項(xiàng)目 企、事業(yè)單位委托項(xiàng)目外資項(xiàng)目 學(xué)校自選項(xiàng)目國(guó)防項(xiàng)目 非立項(xiàng) 其他論文（設(shè)計(jì)）關(guān)鍵詞（不超過(guò)5個(gè)）食品安全；跟蹤與追溯；二維碼；編碼技術(shù)；防偽技術(shù)

3、屬于導(dǎo)師科研項(xiàng)目名稱二維碼食品安全追溯及責(zé)任保險(xiǎn)系統(tǒng)研究及應(yīng)用該項(xiàng)目來(lái)源及編號(hào)校企合作研究企12HK0340開(kāi)題報(bào)告會(huì)組成人員姓名職稱工作單位李 揚(yáng)教授信息工程學(xué)院鄭瑩娜教授信息工程學(xué)院項(xiàng) 穎教授信息工程學(xué)院朱錚濤副教授信息工程學(xué)院 石智偉 副教授信息工程學(xué)院一、選題依據(jù)（內(nèi)容包括：課題來(lái)源、研究背景及意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析）1. 課題來(lái)源北京市某大型餐飲集團(tuán)委托研究項(xiàng)目“二維碼食品安全追溯及責(zé)任保險(xiǎn)系統(tǒng)研究及應(yīng)用”。2. 研究背景及意義近年來(lái)，由于食品安全(食物中毒、瘋牛病、口蹄疫、禽流感等畜禽疾病以及嚴(yán)重農(nóng)產(chǎn)品殘藥、進(jìn)口食品材料激增等)危機(jī)頻繁發(fā)生，嚴(yán)重危及了人們的身體健康。同時(shí)也使農(nóng)

4、業(yè)經(jīng)濟(jì)遭受重大損失，食品安全問(wèn)題已經(jīng)引起了全世界的廣泛關(guān)注。為了確保大眾食品安全，特別是保證中小學(xué)學(xué)生營(yíng)養(yǎng)餐的食品安全，我國(guó)各級(jí)政府已經(jīng)將食品可追溯技術(shù)融入相關(guān)法案，并將二維碼技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)切實(shí)應(yīng)用于食品可追溯系統(tǒng)1。特別是如何對(duì)中小學(xué)生營(yíng)養(yǎng)餐的食物供應(yīng)鏈進(jìn)行有效的跟蹤和追溯，已成為一個(gè)迫切需要解決的重大課題。營(yíng)養(yǎng)餐的安全性涉及到產(chǎn)品原料的種植、養(yǎng)殖、收獲、運(yùn)輸、生產(chǎn)、加工、貯藏、銷售及食用等全過(guò)程。建立營(yíng)養(yǎng)餐食物安全可追溯體系，必須首先要從營(yíng)養(yǎng)餐食品生產(chǎn)的源頭開(kāi)始進(jìn)行全面的風(fēng)險(xiǎn)分析，同時(shí)建立整個(gè)食品供應(yīng)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)信息檔案。在此基礎(chǔ)上，才能、真正實(shí)現(xiàn)對(duì)營(yíng)養(yǎng)餐產(chǎn)品“從農(nóng)田到餐桌”的全

5、程質(zhì)量控制，提高質(zhì)量安全監(jiān)管的效率，為廣大中小學(xué)生提供安全可口的營(yíng)養(yǎng)餐。在實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)餐食物可追溯系統(tǒng)中，如何描述產(chǎn)品信息是其關(guān)鍵技術(shù)之一，也就是產(chǎn)品標(biāo)簽是追溯的關(guān)鍵。營(yíng)養(yǎng)餐食品的品質(zhì)信息包括農(nóng)產(chǎn)品的成分(和營(yíng)養(yǎng)成分)與定義、保存條件、運(yùn)輸要求、生產(chǎn)方法、生產(chǎn)處理過(guò)程、生產(chǎn)日期和保質(zhì)期、生產(chǎn)批次和批量等；農(nóng)產(chǎn)品的物理信息包括重量、形態(tài)等；有害物質(zhì)的信息包括微生物含量、農(nóng)藥、藥物和激素殘留量等?？筛鶕?jù)不同的產(chǎn)品、不同的產(chǎn)品價(jià)值和信息量來(lái)選擇不同的標(biāo)識(shí)碼。可使用的標(biāo)識(shí)碼有：一維條形碼，2D條形碼，混合條形碼，矩陣碼，電子標(biāo)簽碼(磁條信息標(biāo)簽，無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)等。相對(duì)于其他的信息載體技術(shù)，條碼技

6、術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)：輸入速度快、可靠性高、信息采集量大、靈活實(shí)用、自由度大、經(jīng)濟(jì)性好等。一維條碼數(shù)據(jù)容量較小，只能包含30個(gè)字符左右的字母和數(shù)字，無(wú)法載入漢字、圖像等信息，需要依賴數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用范圍有限。二維條碼技術(shù)是在一維條碼無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用需求的前提下產(chǎn)生的。二維條碼在信息載體的成本、信息量、保密性、抗污染和抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化等方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)二維碼技術(shù)的需求與日俱增。例如，QR（Quick Response）二維碼技術(shù)在火車票、飛機(jī)票、以及很多領(lǐng)域的電子憑證的廣泛應(yīng)用2。同時(shí)由于QR碼對(duì)漢字有更高效的編碼模式，因此更加適合在我國(guó)使用。我國(guó)較早制定了QR碼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)很多高校、研究所及

7、企業(yè)關(guān)于二維碼技術(shù)的開(kāi)發(fā)也是在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，開(kāi)發(fā)和拓寬應(yīng)用范圍。目前二維碼在生產(chǎn)制造業(yè)、銷售業(yè)、物流配送業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)、國(guó)防、圖書(shū)檔案管理、郵電等領(lǐng)域得到了不同程度的推廣和應(yīng)用，并表現(xiàn)出了突出的優(yōu)勢(shì)。隨著二維碼技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的不斷降低，二維碼將會(huì)在綠色農(nóng)業(yè)、特色農(nóng)業(yè)、餐飲行業(yè)、服裝行業(yè)、廣告行業(yè)、通信行業(yè)及各類的移動(dòng)電子商務(wù)行業(yè)中得到更為廣泛的應(yīng)用。尤其是針對(duì)食品安全領(lǐng)域關(guān)注度高、維權(quán)不易的現(xiàn)狀，日前出爐的二維碼溯源防偽系統(tǒng)3有效解決了傳統(tǒng)維權(quán)流程復(fù)雜、信息不明的問(wèn)題。因此，二維碼技術(shù)應(yīng)用于食品安全跟蹤與追溯，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品生產(chǎn)加工及物流輸送全過(guò)程的有效監(jiān)控和管理具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值

8、。本課題在研究二維碼編碼和糾錯(cuò)理論及算法的基礎(chǔ)上，針對(duì)中小學(xué)生營(yíng)養(yǎng)餐食品安全存在的亟待解決的問(wèn)題和隱患，基于QR碼的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)二維條碼編碼算法和防偽加密算法，并將其應(yīng)用到中小學(xué)營(yíng)養(yǎng)餐食品安全跟蹤與追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品加工及物流輸送全過(guò)程的有效監(jiān)控和管理。 3. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 近年來(lái)，全球食品安全屢屢出現(xiàn)問(wèn)題，從英國(guó)的瘋牛病、口蹄疫到我國(guó)的注水肉、毒韭菜、問(wèn)題奶粉、蘇丹紅等現(xiàn)象，這些對(duì)食品安全和人類健康構(gòu)成了極大的威脅，并對(duì)疫情地區(qū)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)恐慌；同時(shí)嚴(yán)重地影響了人們的身體健康，引起了全世界的廣泛關(guān)注。為了保障消費(fèi)者健康，減少損失，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)施了食品安全追溯系

9、統(tǒng)。食品安全追溯制度作為政府食品安全管理的政策，是指在食品供應(yīng)過(guò)程中對(duì)食品各種安全信息進(jìn)行記錄存儲(chǔ)的質(zhì)量保證體系，強(qiáng)調(diào)食品安全信息在單個(gè)企業(yè)內(nèi)部和供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)中的企業(yè)間要具有追溯能力?？勺匪菽芰κ前咽称吩O(shè)計(jì)成從來(lái)源到銷售的任何一個(gè)環(huán)節(jié)中能迅速召回的可識(shí)別和可追蹤產(chǎn)品的記錄體系。術(shù)語(yǔ)“產(chǎn)品跟蹤和“產(chǎn)品追溯”在可追溯的內(nèi)容上意義不同?！爱a(chǎn)品跟蹤”屬于當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)入流通過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的信息記錄，并且能知道該產(chǎn)品所走過(guò)的路線和實(shí)時(shí)蹤跡(現(xiàn)在在哪里)?！爱a(chǎn)品追溯”則屬于通過(guò)這些步驟從消費(fèi)者來(lái)溯源產(chǎn)品的生產(chǎn)者4。食品安全追溯制度實(shí)施過(guò)程中涉及的主要利益主體包括：政府(制度供給者)、食品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者(具體實(shí)施者)和

10、消費(fèi)者(主要受益者)等。在食品追溯制度的實(shí)施中，這些食品市場(chǎng)上的不同利益主體的動(dòng)機(jī)各不相同：政府為實(shí)現(xiàn)社會(huì)福利最大化以保障整個(gè)社會(huì)的食品安全為目標(biāo)，食品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者作為市場(chǎng)內(nèi)的廠商以謀取利潤(rùn)最大化為目標(biāo)，而消費(fèi)者則以自身福利最大化為目標(biāo)。結(jié)果導(dǎo)致各個(gè)利益主體對(duì)實(shí)施食品安全追溯制度的態(tài)度與行為不同，從而影響食品安全追溯制度的實(shí)施，并可能成為實(shí)施食品安全追溯制度的主要限制因素5。因此，如何確保民眾食品安全已經(jīng)成為政府機(jī)構(gòu)、消費(fèi)者和經(jīng)營(yíng)者的迫切需求。傳統(tǒng)的方法是采用食品檢驗(yàn)和對(duì)食品供應(yīng)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制等手段，但是，由于管理不嚴(yán)，操作失誤和人工誤差，經(jīng)常導(dǎo)致效率低下和較高的出錯(cuò)率。二維條碼的應(yīng)用則可

11、以很好地解決這一問(wèn)題。如在食品生產(chǎn)上使用的二維條碼標(biāo)簽，則會(huì)給每一個(gè)產(chǎn)品置入帶有唯一識(shí)別的信息，對(duì)其生產(chǎn)，加工，儲(chǔ)藏，運(yùn)輸?shù)娜^(guò)程進(jìn)行全方位的監(jiān)控和管理。企業(yè)利用二維條碼技術(shù)，對(duì)食品原料的生長(zhǎng)、加工、運(yùn)輸及零售等供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的管理對(duì)象進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并相互鏈接。一旦食品出現(xiàn)安全問(wèn)題，可以通過(guò)這些標(biāo)識(shí)進(jìn)行追溯，準(zhǔn)確地縮小食品安全問(wèn)題的范圍，查出問(wèn)題出現(xiàn)的環(huán)節(jié)，可追溯到食品生產(chǎn)的源頭6。近年來(lái)，歐盟、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已分別出臺(tái)了一系列的法律法規(guī)，要求在其國(guó)家銷售的肉制品和生鮮水果、蔬菜都要具有可追溯功能，不僅表明建立農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯制度已成為當(dāng)今世界各國(guó)的普遍要求，同時(shí)也反映出建立可追溯制度已成為

12、當(dāng)今世界各主要農(nóng)產(chǎn)品出口國(guó)所面臨的共同課題。2003年，沃爾瑪是一家美國(guó)最大食物量零售商，擁有最著名肉類消費(fèi)追蹤系統(tǒng)，曾發(fā)表聲明說(shuō)，預(yù)計(jì)從2005年1月1日起，其排名前100位供應(yīng)商能為航運(yùn)貨物提供新的無(wú)線電技術(shù)標(biāo)注無(wú)線電頻率識(shí)別技術(shù)(RFID)?？删驮?004年底，這種技術(shù)僅只少數(shù)供應(yīng)商應(yīng)用，因這種追蹤系統(tǒng)既昂貴又復(fù)雜，且難以管理，這些供應(yīng)商就終止此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用7。英國(guó)政府啟動(dòng)基于互聯(lián)網(wǎng)家畜跟蹤系統(tǒng)(CTS)，這套家畜跟蹤系統(tǒng)是家畜辨識(shí)與注冊(cè)綜合系統(tǒng)四大要素之一，即標(biāo)牌、農(nóng)場(chǎng)記錄、身份證、家畜跟蹤系統(tǒng)。荷蘭建立禽與蛋商品理事會(huì)綜合質(zhì)量系統(tǒng)(IKB)，它是一種質(zhì)量控制系統(tǒng)，其目的是保證生產(chǎn)鏈中所

13、有重要活動(dòng)都在受控情況下進(jìn)行8。日本建立強(qiáng)制性可追溯體系，要求本國(guó)所有牛肉制品從農(nóng)場(chǎng)到餐桌全程跟蹤9。挪威對(duì)食品實(shí)行產(chǎn)品跟蹤標(biāo)簽制。自2003年起，市場(chǎng)所有零售食品均將實(shí)行產(chǎn)品跟蹤標(biāo)簽制，除重視農(nóng)藥殘留等可測(cè)量技術(shù)性指標(biāo)，在食品生產(chǎn)環(huán)境等方面提出最廣泛要求10。中國(guó)食品可追溯體系建設(shè)起步較晚。在國(guó)家質(zhì)檢總局2003年啟動(dòng)“中國(guó)條碼推進(jìn)工程”大力推動(dòng)下，在中國(guó)物品編碼中心積極進(jìn)行食品跟蹤與追溯工作籌備，國(guó)內(nèi)部分蔬菜、牛肉產(chǎn)品才開(kāi)始擁有屬于自己身份證。與此同時(shí)，在進(jìn)口食品中也已啟動(dòng)這方面工作，并發(fā)布相關(guān)法規(guī)，但實(shí)際工作還不深入，不成熟11。國(guó)內(nèi)北京、上海、山東等地成功利用信息化手段管理蔬菜安全信息

14、，從蔬菜產(chǎn)品的追溯系統(tǒng)和認(rèn)證登記入手，逐步涉及到從產(chǎn)地環(huán)境到生產(chǎn)、加工各環(huán)節(jié)的技術(shù)信息管理，已經(jīng)取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。河北省蔬菜安全可追棚監(jiān)控管理與服務(wù)的復(fù)合系統(tǒng)12，在對(duì)蔬菜整個(gè)生產(chǎn)鏈條各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)的研究以二維碼技術(shù)為基礎(chǔ)，以蔬菜質(zhì)量安全監(jiān)管追溯系統(tǒng)為核心，以蔬菜產(chǎn)品環(huán)境與生產(chǎn)質(zhì)量過(guò)程監(jiān)控與認(rèn)證管理信息系統(tǒng)和涉農(nóng)企業(yè)及農(nóng)民專業(yè)組織為主體的市場(chǎng)營(yíng)銷管理信息系統(tǒng)構(gòu)建和蔬菜安全生產(chǎn)管理技術(shù)知識(shí)咨詢服務(wù)平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品從源頭到市場(chǎng)的安全可追溯。但是食品安全科追溯系統(tǒng)目前的研究集中在局部地區(qū)或農(nóng)產(chǎn)品安全管理與控制的某一環(huán)節(jié)上實(shí)現(xiàn)了追溯與控制，但將蔬菜生產(chǎn)技術(shù)、物資、市

15、場(chǎng)等信息服務(wù)與蔬菜產(chǎn)品的安全管理與控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的應(yīng)用系統(tǒng)尚未開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。追溯系統(tǒng)在畜牧業(yè)中的應(yīng)用，最常見(jiàn)的是一種基于RFID射頻技術(shù)與二維碼技術(shù)的畜產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)的解決方案13，該系統(tǒng)不僅為消費(fèi)者提供詳細(xì)的畜產(chǎn)品來(lái)源信息而且為實(shí)現(xiàn)肉品預(yù)警和追溯提供了可能。畜產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)是針對(duì)畜產(chǎn)品的全過(guò)程追溯系統(tǒng)。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及實(shí)施過(guò)程中充分考慮到了當(dāng)前國(guó)內(nèi)畜產(chǎn)品的養(yǎng)殖、屠宰、運(yùn)輸、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)，利用RFID、二維碼等先進(jìn)技術(shù)并依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息融合、查詢、監(jiān)控，為實(shí)現(xiàn)肉品安全預(yù)警機(jī)制提供了可能。為肉品生產(chǎn)企業(yè)提供了一套完整的解決方案，其應(yīng)用前景將十分寬廣。二維碼在本系統(tǒng)中主要運(yùn)用在畜產(chǎn)

16、品屠宰后，分割包裝時(shí)使用。但由于二維碼的編解碼是公開(kāi)的算法因此二維碼的防偽和防復(fù)制就是需要解決的問(wèn)題。由于二維碼最大可以存儲(chǔ)一千個(gè)左右的漢字，存儲(chǔ)空間相對(duì)較大，因此我們采用信息加密的方式解決防偽和防復(fù)制的問(wèn)題，加密后的二維碼必須通過(guò)相應(yīng)的解密算法才能讀取到相應(yīng)的信息，否則讀取到的將是一堆亂碼，從而無(wú)法使用。因此只有我們的畜產(chǎn)品追溯系統(tǒng)才能解讀該碼，其他系統(tǒng)無(wú)法讀取該碼并進(jìn)行復(fù)制。利用基于二維碼的果品質(zhì)量追溯系統(tǒng)，以信息追溯的形式將果品從種植到加工再到銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化、信息化，建立合理的信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理體系，為國(guó)內(nèi)和國(guó)際果品市場(chǎng)提供較為完善可行的質(zhì)量追溯體系。實(shí)現(xiàn)了果品追溯范圍由過(guò)去追溯產(chǎn)地、

17、品種情況發(fā)展到現(xiàn)代對(duì)果品種植加工過(guò)程、農(nóng)藥殘留量等更大范圍的追溯。達(dá)到了果品加工企業(yè)還是消費(fèi)者都知道自己得到的果品的原始種植和加工相關(guān)內(nèi)容的目的，保證了果品的的質(zhì)量及其品質(zhì)水平14。果品質(zhì)量追溯系統(tǒng)的技術(shù)相當(dāng)成熟并且投入了實(shí)際應(yīng)用中，獲得了良好的社會(huì)收益。食品安全溯源問(wèn)題是當(dāng)前迫切需要研究和解決的課題，而信息技術(shù)的發(fā)展為食品溯源體系的完善提供了可能。二維碼作為一種全新的信息存儲(chǔ)、傳遞和識(shí)別技術(shù)，具有大容量、可靠性高、防偽度強(qiáng)等特點(diǎn)，已經(jīng)在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。用二維碼技術(shù)建立食品溯源系統(tǒng)，對(duì)食品生產(chǎn)、物流、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行記錄，加強(qiáng)對(duì)食品安全的監(jiān)管，真正讓市民在食品安全上感到安心，放

18、心，舒心?；诙S條碼編碼的特點(diǎn)，許多研究機(jī)構(gòu)對(duì)QR二維條碼在我國(guó)的食品安全領(lǐng)域做了大膽而有益的嘗試。文獻(xiàn)15提供的二維碼BMP格式生成算法,具有生成速度快、圖片體積小等特點(diǎn),同時(shí)該算法所生成的二維碼圖片,不但可以在各類網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中正常顯示,還支持用戶在終端對(duì)生成的二維碼圖片下載保存與在線打印。QR二維碼之所以具有糾錯(cuò)能力強(qiáng)、譯碼可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是由于它采用了目前世界上最先進(jìn)的糾錯(cuò)碼技術(shù)之一Reed-Solomon(以下簡(jiǎn)稱RS)錯(cuò)誤控制碼。糾錯(cuò)編碼實(shí)質(zhì)是在原有信息的基礎(chǔ)上增加了信息冗余。二維條碼在實(shí)際制作、使用時(shí)用戶可以根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的糾錯(cuò)等級(jí)，通過(guò)糾錯(cuò)碼生成算法由數(shù)據(jù)碼字生成糾錯(cuò)碼字

19、。當(dāng)脫墨、污點(diǎn)等符號(hào)破損造成信息差錯(cuò)時(shí)，利用編碼時(shí)引入的糾錯(cuò)碼字通過(guò)特定的糾錯(cuò)譯碼算法可以正確譯解、還原原始數(shù)據(jù)信息16。因此對(duì)RS碼編碼與糾錯(cuò)算法的研究是設(shè)計(jì)QR Code二維條碼編解碼系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。在國(guó)際上廣泛采用的Data Matrix、PDF417，和Maxi Code等二維條碼碼制中，均運(yùn)用RS糾錯(cuò)算法實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)功能。設(shè)計(jì)二維碼的初衷并不是為了防偽，而是為了對(duì)物品進(jìn)行標(biāo)識(shí)并自動(dòng)采集信息。條碼的編碼原理、編碼結(jié)構(gòu)、譯碼算法和標(biāo)識(shí)生成都是公開(kāi)、開(kāi)源的。因此，二維碼技術(shù)不具備防偽功能。為了避免QR碼所包含的信息被無(wú)關(guān)機(jī)構(gòu)、組織和個(gè)人隨意識(shí)讀，在其傳輸和存儲(chǔ)前，有必要對(duì)其進(jìn)行加密處理，實(shí)

20、現(xiàn)二維碼真正意義上的防偽目的?，F(xiàn)代防偽技術(shù)的手段可以分為三類：一類是材料防偽，即采用紙張、油墨、金屬材料、復(fù)合材料，以及配合某種材料的特別儀器進(jìn)行防偽鑒別；第二類計(jì)算機(jī)技術(shù)防偽，也就是數(shù)字防偽，例如數(shù)字加密方法等；第三類是生物技術(shù)防偽，例如，指紋、DNA、瞳孔、氣味等17。文獻(xiàn)18在充分研究DES(Data Encryption Standard)對(duì)稱加密算法工作原理和QR碼的結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，將二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，運(yùn)用DES加密算法，對(duì)QR碼進(jìn)行加密，以保證其在傳輸和存儲(chǔ)過(guò)程中的安全性。QR碼的DES加密算法具有加密和解密速度快、加密和解密效果好、安全性高、容易實(shí)現(xiàn)和實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，為QR碼

21、傳輸和存儲(chǔ)的安全性提供了一種有效保證。數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)DES是一種分組加密算法，以64比特位為基本單位，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。DES也是一種對(duì)稱加密算法，加密和解密采用相同的算法，加密密鑰和解密密鑰完全相同，只是加密和解密所使用的子密鑰的順序相反。但是DES算法是公開(kāi)的，其安全性完全依賴于密鑰。因此利用DES加密信息時(shí)，應(yīng)避免使用弱密鑰和半弱密鑰。當(dāng)要加密的數(shù)據(jù)量特別大時(shí)，應(yīng)采用加密速度更快的加密算法。文獻(xiàn)19將二維條碼技術(shù)和數(shù)字化水印技術(shù)相結(jié)合來(lái)以提高紙幣的防偽性能。首先用RSA公開(kāi)密鑰密碼體制加密算法把紙幣的號(hào)碼進(jìn)行加密，增加保密性；其次就是對(duì)加密后的紙幣號(hào)碼生成二維條碼，并能成功地將生成的二維條碼

22、進(jìn)行解碼；最后用離散小波變換DWT（Discrete Wavelet Transform）域水印算法，把生成的二維條碼圖形嵌入到紙幣中，以增加二維條碼的魯棒性和保密性，并能成功地提取出二維條碼圖形。雖然在提取水印的過(guò)程中，有一些失真，但是仿真試驗(yàn)還是能夠辨認(rèn)出信息。因此，提高二維條生成及加密算法對(duì)更多攻擊的魯棒性是今后的研究方向。文獻(xiàn)20提出了一種結(jié)合提升小波和QR碼的盲水印實(shí)現(xiàn)。嵌入水印時(shí)，首先對(duì)需要版權(quán)保護(hù)的圖像進(jìn)行提升小波變換，然后對(duì)水印圖像進(jìn)行QR碼編碼處理，再對(duì)得到的QR碼圖像進(jìn)行混沌處理以提高算法的安全性，最后將經(jīng)過(guò)QR碼編碼、混沌處理的水印信息通過(guò)元胞自動(dòng)機(jī)處理嵌入到原始圖像的提

23、升小波逼近子圖中。水印提取時(shí)，對(duì)經(jīng)過(guò)上述處理后的圖像應(yīng)用元胞自動(dòng)機(jī)，混沌系統(tǒng)、QR碼解碼得到原始水印信息。仿真結(jié)果表明，該實(shí)現(xiàn)方法不僅具有較高的魯棒性，能夠抵抗剪切，修改、噪聲等攻擊；而且不需要大量計(jì)算，實(shí)現(xiàn)方法相對(duì)簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于版權(quán)保護(hù)領(lǐng)域，具有一定的實(shí)用價(jià)值。因此，對(duì)于要求較高或有特殊防偽要求的領(lǐng)域，可以嘗試將二維條碼技術(shù)和數(shù)字水印技術(shù)結(jié)合，將二維條碼作為水印嵌入到載體圖像中，可增加水印的魯棒性，數(shù)據(jù)的防偽性能。在一定受損范圍內(nèi)，條碼較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力能使丟失的信息得到最大限度恢復(fù)。綜上所述，基于二維碼的食品安全跟蹤與追溯系統(tǒng)主要解決的問(wèn)題是：（1）基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的二維碼編碼與解碼；（2）運(yùn)用

24、高科技手段的加密與防衛(wèi)技術(shù)的開(kāi)發(fā)；（3）二維碼信息的提取、識(shí)別及驗(yàn)證技術(shù)開(kāi)發(fā)。本課題根據(jù)國(guó)家QR二維碼編碼標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)QR二維碼的生成系統(tǒng)，匯集所有采集的食品生產(chǎn)過(guò)程信息進(jìn)行整合和編譯，生成二維碼標(biāo)簽，并采用加密算法及數(shù)字水印相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)有效的防偽認(rèn)證，并將其應(yīng)用到中小學(xué)營(yíng)養(yǎng)餐食品安全跟蹤與追溯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品加工及物流輸送全過(guò)程的有效監(jiān)控和管理。參考文獻(xiàn): 1馬娜與王璐,二維碼在高端飲品行業(yè)中的應(yīng)用分析. 電子商務(wù), 2010(7). 2.葉愛(ài)東與羅洪,二維QR碼及其在證書(shū)防偽中的應(yīng)用. 江西測(cè)繪, 2011(2): 第34-35頁(yè). 3二維碼技術(shù)食品溯源方案出爐.上海信息化，2012(

25、5) 4.劉麗梅與高永超,食品安全追溯方法研究.標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)，2012(2) 5.喬娟, 韓楊與李秉龍, 中國(guó)實(shí)施食品安全追溯制度的重要性與限制因素分析. 中國(guó)畜牧雜志, 2007. 43(6): 第10-13頁(yè). 6.林金鶯與曾慶孝,可追溯體系在食品中的應(yīng)用.現(xiàn)代食品科技, 2006. 22(4): 第189-192頁(yè). 7.周莉與劉明春,食品可追溯體系研究現(xiàn)狀. 糧食與油脂, 2008(7): 第45-47頁(yè). 8.Xu, L. and L. Wu. The Application of E-Commerce in Food Traceability System - Based on the

26、 Analysis of Consumers Behavior of Online Searching for Traceability Information. in Management and Service Science, 2009. MASS 09. International Conference on. 2009. 9楊林,基于全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的食品安全追溯體系實(shí)施戰(zhàn)略研究. 質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究, 2010(6): 第54-57頁(yè).10.詹錦川等.,對(duì)食品安全追溯體系的思考. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009. 37(28): 第13907-13909頁(yè).11.謝菊芳等.基于.NET構(gòu)架

27、的安全豬肉全程可追溯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn). 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2006. 22(6): 第218-220頁(yè).12.晏國(guó)生與劉君,河北省蔬菜產(chǎn)品安全可追溯信息系統(tǒng)研究. 農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息, 2010(3): 第23-24,36頁(yè).13邊吉榮與曾建華,基于RFID與二維碼技術(shù)的畜產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì). 電腦知識(shí)與技術(shù), 2010. 06(19): 第5342-5345頁(yè).14.李新剛與吳順德,水果溯源信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).科技風(fēng).2012(2)15.康春穎,網(wǎng)絡(luò)二維碼圖片的生成算法研究. 黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào), 2009. 26(2): 第216-219頁(yè).16.黃宏博,肖峻嶺與佟俐鵑,基于Reed-Solomon

28、算法的QR碼糾錯(cuò)編碼. 計(jì)算機(jī)工程, 2003. 29(1): 第93-95頁(yè).17.福建中安電子技術(shù)有限公司, 二維碼技術(shù)在防偽領(lǐng)域的應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)建議. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化, 2001. 1(2): 第12-13,15頁(yè).18.張定會(huì),單俊濤與江平, QR碼DES加密與解密. 數(shù)據(jù)通信, 2011(3): 第40-42頁(yè).19.數(shù)字水印QRCode二維條碼在紙幣防偽技術(shù)中應(yīng)用.20.李立宗, 高鐵杠與顧巧論, 結(jié)合提升小波和QR碼的盲水印實(shí)現(xiàn). 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2011. 47(1): 第182-184,187頁(yè).若所填內(nèi)容超出此頁(yè)可另加頁(yè)，頁(yè)碼順延。二、課題研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題1

29、. 研究目標(biāo)QR二維碼的生成系統(tǒng)是根據(jù)國(guó)家物品編碼中心制定的編碼標(biāo)準(zhǔn)，以QR碼的公開(kāi)編碼原則為核心，考慮到二維碼技術(shù)應(yīng)用在食品安全領(lǐng)域的特殊性，設(shè)計(jì)不同級(jí)別的糾錯(cuò)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，采用最常用的RS糾錯(cuò)編碼算法。與此同時(shí)，為了進(jìn)一步提高二維碼的安全性和保密性，在其進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)前，對(duì)其進(jìn)行加密和防偽處理，旨在形成一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的QR二維碼編碼系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于中小學(xué)營(yíng)養(yǎng)餐食品安全跟蹤與追溯，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品加工及物流輸送全過(guò)程的有效監(jiān)控和管理。 2. 研究?jī)?nèi)容本課題的主要研究?jī)?nèi)容：（1）QR條碼應(yīng)用過(guò)程是將物體相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)編碼，形成條碼符號(hào)，打印并粘貼在物體上，然后通過(guò)識(shí)讀器中譯碼和糾錯(cuò)程序進(jìn)行識(shí)讀

30、，得到的結(jié)果輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行處理可見(jiàn)，QR條碼數(shù)據(jù)編碼的正確與否直接影響到譯碼結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此首先要把重點(diǎn)放在QR碼的編碼上，在理解編碼原理基礎(chǔ)上，結(jié)合食品安全的溯源系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和制造我們所需要的QR碼。QR碼的計(jì)算機(jī)編碼方式非常復(fù)雜。從編碼模式來(lái)看，它含有多種不同的模式，每種模式的處理方法都不相同，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)碼字也不同，程序需要對(duì)用戶的輸入數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析并選擇適當(dāng)?shù)木幋a模式，并能在各種編碼模式之間進(jìn)行靈活的切換；從編碼攜帶的內(nèi)容方面，它不僅本身是一個(gè)流動(dòng)的數(shù)據(jù)文件，有大量的主信息內(nèi)容，而且還包含很多附加信息，如版本的選擇、糾錯(cuò)級(jí)別的選擇、模式指示符、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度指示符、糾錯(cuò)碼字、填充碼字等

31、，需要程序識(shí)別并一一對(duì)應(yīng)編碼，程序還需要將各種數(shù)據(jù)信息按照標(biāo)準(zhǔn)置入QR碼符號(hào)矩陣中的相應(yīng)模塊，外程序還應(yīng)該具備條碼符號(hào)圖形顯示的功能。綜合目前關(guān)于QR碼生成編碼的研究現(xiàn)狀，本課題二維條碼生成系統(tǒng)將全面考慮這些問(wèn)題，既要在國(guó)標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，又要在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，期望創(chuàng)造一個(gè)理論與實(shí)踐相完美結(jié)合的系統(tǒng)。QR碼編碼系統(tǒng)框架如圖1所示。圖1 QR碼編碼系統(tǒng)框圖在Windows平臺(tái)上，采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計(jì)，分析QR碼的編碼原理及生成方法,實(shí)現(xiàn)QR碼的編碼、糾錯(cuò)、生成及繪圖等功能。（2）采用成熟、先進(jìn)的差錯(cuò)控制編碼的Reed-Solomon(里德-索羅門(mén)) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)QR Code生成系統(tǒng)。

32、（3）在綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本課題研究中，在QR二維碼生成系統(tǒng)編碼階段加入DES算法；在生成QR碼條碼樣本后，對(duì)于QR條碼進(jìn)行預(yù)處理，去除空白區(qū)和位置定位探測(cè)圖形，產(chǎn)生一個(gè)載體圖，并且要統(tǒng)計(jì)其可嵌入的容量；針對(duì)QR碼數(shù)據(jù)容量和安全性的要求，必須對(duì)擬嵌入的圖像也就是水印圖進(jìn)行預(yù)處理；將處理好的水印圖嵌入載體圖形成一個(gè)新的有水印的QR碼，最后寫(xiě)成標(biāo)準(zhǔn)的BMP圖像格式。這就完成了加密算法和水印嵌入二維條碼的過(guò)程。對(duì)生成的嵌入有水印的QR碼進(jìn)行一系列的抗攻擊試驗(yàn)后，最后提取水印和分離出QR碼，通過(guò)比較和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。（如圖2所示），圖2 加密防偽技術(shù)構(gòu)想示意圖3. 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題

33、（1）編碼技術(shù)中糾錯(cuò)編碼的實(shí)現(xiàn)，即RS糾錯(cuò)編碼原理與編程實(shí)現(xiàn)；（2）加密算法和數(shù)字水印相結(jié)合的QR碼防偽驗(yàn)證技術(shù)。若所填內(nèi)容超出此頁(yè)可另加頁(yè)，頁(yè)碼順延。三、研究方法、技術(shù)路線、試驗(yàn)方案及其可行性論述1. 研究方法采用理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，從中小學(xué)營(yíng)養(yǎng)餐食品安全跟蹤與追溯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和二維碼生成系統(tǒng)的功能入手，根據(jù)我國(guó)食品安全法和二維碼國(guó)家編制相關(guān)規(guī)定而制定試驗(yàn)方案，建立追溯系統(tǒng)的QR碼生成的軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)QR碼的編碼、糾錯(cuò)及有效的防偽驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品加工及物流輸送全過(guò)程的有效監(jiān)控、管理和跟蹤追溯。2. 技術(shù)路線通過(guò)分析中小學(xué)營(yíng)養(yǎng)餐可追溯系統(tǒng)的特點(diǎn)，確定本系統(tǒng)要完成的可跟蹤和可追溯功能，通

34、過(guò)搭建硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼和糾錯(cuò)編碼，再加入一定的DES加密算法，生成一個(gè)有加密算法的QR二維條碼樣本，將預(yù)處理后的水印圖嵌入到二維條碼中，最后把帶有水印圖的QR二維條碼寫(xiě)成標(biāo)準(zhǔn)的BMP圖像格式。本課題技術(shù)路線如圖3所示。圖3 本課題技術(shù)路線3. 試驗(yàn)方案(1) 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18284 2000)制定詳細(xì)的編碼試驗(yàn)方案。(2) 針對(duì)各種模式和不同糾錯(cuò)級(jí)別與版本符號(hào)的編碼方式，分析每項(xiàng)的試驗(yàn)方法、試驗(yàn)過(guò)程、試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)分析。(3) 針對(duì)糾錯(cuò)編碼，重點(diǎn)研究RS糾錯(cuò)編碼原理和實(shí)現(xiàn)方法。(4) 經(jīng)過(guò)大量比較和研究加密防偽算法，綜合考慮在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性與安全性，選定了DES和數(shù)字水印相結(jié)合的