基于RFID 物流信息安全保障系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

馬鐘

（揚(yáng)州市江都區(qū)職工學(xué)校，江蘇 揚(yáng)州225200）

物流系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)實(shí)體物質(zhì)的流程，物流的全過程包含運(yùn)輸、裝卸、存儲(chǔ)、配送、包裝以及信息處理等多個(gè)內(nèi)容，最終滿足用戶的需求。與物流的基本內(nèi)涵一致，物流具有運(yùn)輸職能、包裝職能、流通職能以及信息處理職能等職能屬性。伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高度發(fā)展，目前物流產(chǎn)業(yè)迎來了爆炸式的增長，現(xiàn)代物流的方式、物品的種類等都導(dǎo)致了物流供應(yīng)鏈復(fù)雜程度的提升，物流路徑的復(fù)雜化也給物流系統(tǒng)的運(yùn)行帶來了挑戰(zhàn)。因此信息的準(zhǔn)確、及時(shí)以及安全成為了物流系統(tǒng)重要的需求，是目前該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題，具有重要的理論意義與實(shí)踐研究價(jià)值。

目前現(xiàn)有的物流信息安全保障系統(tǒng)由于采用的技術(shù)相對(duì)落后，物流管理的設(shè)備等相對(duì)老化等原因，物流系統(tǒng)在運(yùn)行中存在信息丟失率較高等方面的問題?；诖嬖趩栴}，本文提出一種基于RFID 的物流信息安全保障系統(tǒng)。RFID 系統(tǒng)主要是通過對(duì)電子標(biāo)簽的識(shí)讀實(shí)現(xiàn)對(duì)物流中產(chǎn)品信息的識(shí)別。在工業(yè)、物流、零售、交通等的行業(yè)RFID 也具有重要的應(yīng)用。在物流系統(tǒng)中RFID 的重要應(yīng)用就是能夠有效提升系統(tǒng)的安全性能，為智慧安全物流提供重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 基于RFID 的物流信息安全保障系統(tǒng)硬件構(gòu)成

基于RFID 的物流信息安全保障系統(tǒng)主要包含RFID 設(shè)備、無線采集器、路由器以及信號(hào)處理器，硬件設(shè)計(jì)具體如下。

1.1 RFID 設(shè)備設(shè)計(jì)

RFID 設(shè)備的主要功能主要是進(jìn)行物流信息的識(shí)別。RFID的識(shí)別器主要包含閱讀器以及應(yīng)答器兩個(gè)部分，識(shí)別器工作的時(shí)候，閱讀器通過發(fā)射特定頻率的電磁波能量驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)的輸出，閱讀器接受并進(jìn)行數(shù)據(jù)的解讀，最終完成與應(yīng)用程序之間的物流信息數(shù)據(jù)的交流。其中閱讀器的主要功能就是進(jìn)行物流信息的識(shí)讀，同時(shí)將閱讀的信息寫入標(biāo)簽，閱讀器主要由調(diào)制電路、鎖相電路、調(diào)制解調(diào)電路、處理器以及存儲(chǔ)器等部分構(gòu)成。

應(yīng)答器的組成包含調(diào)制解調(diào)電路、收發(fā)天線、邏輯控制電路等模塊構(gòu)成，調(diào)制解調(diào)電路就是完成物流信息的低頻信號(hào)與無線電波高頻信號(hào)之間的加載與識(shí)別，邏輯控制電路的目標(biāo)是進(jìn)行閱讀器信號(hào)的按照閱讀，并根據(jù)閱讀的要求進(jìn)行信號(hào)的返回。

1.2 無線采集器設(shè)計(jì)

無線采集的功能主要是實(shí)現(xiàn)物流信息的采集與識(shí)別，并且通過實(shí)驗(yàn)的采集及研究，得到關(guān)于RFID 這種射頻技術(shù)的相關(guān)結(jié)論在物流信息安全保障方面是具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)的，其中包括高速運(yùn)行的信息采集功能、大規(guī)模信息處理功能以及大量的信息交換功能。這樣，就可以高效的利用RFID 技術(shù)實(shí)現(xiàn)物流信息的安全保障了。故而，該系統(tǒng)需要應(yīng)用RFID 無線采集器，實(shí)物如圖1 所示。

圖1 RFID 無線采集器實(shí)物圖

1.3 路由器的設(shè)計(jì)

組成物流信息安全傳輸系統(tǒng)的硬件中最重要的組成部分就是路由器。這是出于對(duì)系統(tǒng)的安全情況考慮的。路由器的功能是多樣化的，具有讀取數(shù)據(jù)地址以及智能化的選擇信息的傳輸途徑。其實(shí)從專業(yè)角度來講，路由器也可以稱為網(wǎng)關(guān)設(shè)備，進(jìn)行多路數(shù)據(jù)信息的連接和轉(zhuǎn)換，多余數(shù)據(jù)本身來講，網(wǎng)關(guān)可以在數(shù)據(jù)的處理中實(shí)現(xiàn)智能化的標(biāo)準(zhǔn)操作。其中包括：多功能網(wǎng)絡(luò)的管理、大數(shù)據(jù)的連接和處理、多樣化信息量的傳輸以及網(wǎng)關(guān)協(xié)議的特殊制定等。而路由器的結(jié)構(gòu)組成也是相對(duì)比較簡單，并不是很復(fù)雜，其是由復(fù)位鍵、路由器、交換機(jī)、以及電源接口等部分共同組成的。

1.4 處理器的設(shè)計(jì)

除了路由器之外，該系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分還有處理器，這是數(shù)據(jù)運(yùn)行的核心。處理器是具有超高的數(shù)據(jù)信息處理效率，能夠極大程度的縮短系統(tǒng)處理信息數(shù)據(jù)的時(shí)間，從而提升系統(tǒng)的運(yùn)行速率，強(qiáng)化系統(tǒng)的工作性能。處理器是整個(gè)物流信息系統(tǒng)的最終執(zhí)行模塊，具備多種功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息在不同維度的控制，例如信息在系統(tǒng)中流入流出的時(shí)間的節(jié)點(diǎn)性控制，還有信息的插入性控制等。那么處理器的核心組成元素就是集成芯片，這是高度集成化的部分，主要是由大數(shù)據(jù)運(yùn)算器、時(shí)序控制電路、地址總線、寄存器堆以及數(shù)據(jù)地址組成。集成芯片結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 集成芯片結(jié)構(gòu)圖

2 物流信息安全保障的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括多個(gè)模塊，相互之間密不可分。整個(gè)傳動(dòng)鏈包括物流數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理，三個(gè)基本組成部分相互關(guān)聯(lián)。軟件的具體設(shè)計(jì)如下。

2.1 物流信息采集階段安全控制模塊

針對(duì)物流信息的采集階段，需要運(yùn)用到三個(gè)板塊，第一是需要采用RFID 設(shè)備以保證信息的完整性；第二是需要應(yīng)用無線采集器，這是為了保證信息采集的準(zhǔn)確性；第三是需要運(yùn)用安全控制程序，這是在方便信息采集的同時(shí)消除采集物流信息的時(shí)所存在的安全隱患，這三個(gè)部分缺一不可。

現(xiàn)在，對(duì)于物流信息的采集進(jìn)行全方位的安全控制有很多手段，但其中應(yīng)用的較為廣泛的方法有6 種。分別是靜電屏蔽、Kill 命令機(jī)制、主動(dòng)干擾、改變閱讀頻率、改變標(biāo)簽頻率以及阻塞標(biāo)簽。

靜電屏蔽是一種通過采用特定的金屬片撐起的容器來實(shí)現(xiàn)阻擋某種特定頻率的無線電信號(hào)以擾亂閱讀器對(duì)信號(hào)的識(shí)別，以此來實(shí)現(xiàn)保護(hù)物流信息安全的目的；Kill 命令機(jī)制，這種命令機(jī)制是通過軟件程序的命令以保證標(biāo)簽里面的物流信息的安全的；主動(dòng)干擾是通過設(shè)備通過一定額渠道發(fā)出特定的干擾脈沖磁波來擾亂附近的閱讀器，使其無法正常進(jìn)行物流信息的讀寫操作；改變閱讀頻率是在用戶和閱讀器之間建立特殊的頻率來進(jìn)行閱讀，若未經(jīng)授權(quán)，則無法進(jìn)入系統(tǒng)中進(jìn)行閱讀器內(nèi)容的竊聽與探測(cè)；改變標(biāo)簽頻率是只在傳輸過程中保留需要傳輸物流信息的自身頻率以達(dá)到過濾其他信息源的目的；阻塞標(biāo)簽是一種通過標(biāo)簽裝置發(fā)射虛假頻率的標(biāo)簽序列碼以覆蓋真實(shí)的標(biāo)簽序列碼，利用這種虛擬序列碼的存在保護(hù)和隱藏真實(shí)的的序列碼。

2.2 物流信息傳輸階段安全控制模塊

針對(duì)物流信息在傳輸階段的安全管控，在技術(shù)上主要有兩種手段：一種方法是網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)；另一種方法是通過運(yùn)用防火墻來達(dá)到安全保護(hù)物流信息的目的。

網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)技術(shù)就是一種能夠主動(dòng)發(fā)現(xiàn)并對(duì)入侵行為進(jìn)行全方位識(shí)別的技術(shù)，這種技術(shù)的原理其實(shí)就是對(duì)比參照物流信息安全保障系統(tǒng)中的關(guān)鍵性信息，并進(jìn)行全方位的信息收集，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)這些信息的篩選處理。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)出入侵的各種痕跡，其中包括源信息被攻擊時(shí)所產(chǎn)生的的行為軌跡。

而防火墻是一種為了防范危險(xiǎn)而實(shí)施的一種安全控制決策的行為，其本質(zhì)是在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的內(nèi)部與外部之間形成防護(hù)，而上述的網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)技術(shù)是對(duì)防火墻本身的一種互補(bǔ)，能夠在物流信息的傳輸安全的問題上起到協(xié)同工作的作用，以保證物流信息的傳輸正常。

2.3 物流信息處理階段安全控制模塊

在物流信息的最終處理階段，其安全控制主要方法一般只流行應(yīng)用信息簽名算法。這種對(duì)信息簽名的算法能夠使傳輸?shù)奈锪餍畔⒕哂袃煞N特性，一種是物流信息的完整性；另一種是物流信息的抗抵賴性。這種算法的處理模式是對(duì)信息單元做出相對(duì)應(yīng)的信息交換或是在某種信息模塊上實(shí)現(xiàn)依附生存。這種方法是能夠?qū)卧斓母鞣N信息進(jìn)行及時(shí)的識(shí)別判斷，以起到保護(hù)信息的作用。信息簽名算法原理如圖3 所示。

圖3 信息簽名算法原理圖

3 物流信息丟失率分析

以上論述僅僅是對(duì)物流信息安全保障系統(tǒng)在運(yùn)行上的實(shí)現(xiàn)，為了使該系統(tǒng)更加真實(shí)有效還需要通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證，檢驗(yàn)該系統(tǒng)所達(dá)到的實(shí)際功能的效果與理論上是否存在差異。那么仿真實(shí)驗(yàn)的具體過程如下。

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在實(shí)驗(yàn)開始前需要提前設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)，這是為了對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供準(zhǔn)確性的保證。仿真的實(shí)驗(yàn)參數(shù)需要嚴(yán)格設(shè)定，不能存在任何偏差。仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)的具體設(shè)置如表1 所示。

表1 仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

在本次仿真實(shí)驗(yàn)中以100 次為基準(zhǔn)，對(duì)物流信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸以及處理的仿真測(cè)算，以判斷物流數(shù)據(jù)是否存在丟失現(xiàn)象和相關(guān)物流信息的安全性，仿真實(shí)驗(yàn)的流程圖如圖4 所示。

圖4 仿真實(shí)驗(yàn)流程圖

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析

通過上述的實(shí)驗(yàn)以及仿真模擬得出物流信息的丟失率的對(duì)比情況，具體數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 物流信息丟失率對(duì)比情況%

如表2 的數(shù)據(jù)所顯示，本篇文章所設(shè)計(jì)的關(guān)于物流信息安全保障系統(tǒng)的丟失率相對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)而言是相當(dāng)?shù)偷?，最高值之間相差一倍有余。根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以表明，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在物流信息的各個(gè)環(huán)節(jié)的安全效率上要遠(yuǎn)高于現(xiàn)存系統(tǒng)，這就在很大程度上充分表明該系統(tǒng)在物流信息的安全保障上具備更加優(yōu)質(zhì)的效果。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)在物流信息的安全保障上極大的提高了物流信息的安全性，能夠使物流信息在運(yùn)行過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)得到極高的安全保證。不過根據(jù)實(shí)際的物流信息的安全性而言，該系統(tǒng)仍有一些不足有待提高，需要在不斷地實(shí)踐過程中進(jìn)行完善。