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基于NFC技术的物联网溯源系统研究与应用
资料介绍
近年来,RFID技术的高速发展掀起了物联网的革命性应用,但RFID技术存在着读写器成本较高、推广难度大等缺陷,限制了物联网在国内的进一步发展.对RFID及其衍生技术NFC进行研究,提出一种基于NFC技术的物联网溯源系统,旨在提供一种廉价的、易于大规模推广的物联网解决方案.该系统以智能手机作为NFC读写设备和GPS定位设备,在不增加硬件成本的前提下解决了标签防伪、信息溯源、GPS定位等物联网关键技术.同时支持不依赖互联网的全流程离线操作,使其更加适合中国部分农村地区网络条件差的实情.该系统已在出口农产品物流领域进行推广应用,对于探索我国出口农产品物联网监管新模式具有重要意义,也在其他物联网应用领域有着广泛的应用前景.
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（完整内容请下载后查看）第 ３５卷第 ２期
２０１８年 ２月
计算机应用与软件
Ｖｏｌ.３５ Ｎｏ．２
Ｆｅｂ．２０１８
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｓｏｆｔｗａｒｅ
基于 NFC 技术的物联网溯源系统研究与应用
郭 云 李 军* 包先雨
（深圳市检验检疫科学研究院 广东 深圳 ５１８０４５）
（深圳市超宽带通讯与射频识别重点实验室 广东 深圳 ５１８０１０）
摘
要
近年来，ＲＦＩＤ 技术的高速发展掀起了物联网的革命性应用，但 ＲＦＩＤ 技术存在着读写器成本较高、推
广难度大等缺陷，限制了物联网在国内的进一步发展。对 ＲＦＩＤ 及其衍生技术 ＮＦＣ 进行研究，提出一种基于 ＮＦＣ
技术的物联网溯源系统，旨在提供一种廉价的、易于大规模推广的物联网解决方案。该系统以智能手机作为 ＮＦＣ
读写设备和 ＧＰＳ 定位设备，在不增加硬件成本的前提下解决了标签防伪、信息溯源、ＧＰＳ 定位等物联网关键技术。
同时支持不依赖互联网的全流程离线操作，使其更加适合中国部分农村地区网络条件差的实情。该系统已在出
口农产品物流领域进行推广应用，对于探索我国出口农产品物联网监管新模式具有重要意义，也在其他物联网应
用领域有着广泛的应用前景。
关键词
近场通信 ＲＦＩＤ 物联网 溯源 加密防伪
中图分类号 ＴＰ３９１ ＴＮ９１１
文献标识码
Ａ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００-３８６ｘ．２０１８．０２．０１８
RESEARCH AND APPLICATION OF IOT TRACEABILITY SYSTEM BASED ON NFC
*
Ｇｕｏ Ｙｕｎ Ｌｉ Ｊｕｎ
Ｂａｏ Ｘｉａｎｙｕ
（Shenzhen Academy of Inspection and Quarantine，Shenzhen 518045，Guangdong，China）
（Shenzhen Key laboratory of UWB and RFID Technology，Shenzhen 518010，Guangdong，China）
Abstract
Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＲＦＩＤ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｃａｕｓｅｄ ｔｈｅ ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＩｏＴ ，
ｂｕｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｃｏｓｔ ｏｆ ＲＦＩＤ ｄｅｖｉｃｅｓ ｌｉｍｉｔｓ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＩｏＴ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ＲＦＩＤ ａｎｄ
ＮＦＣ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａ ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＩｏＴ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＮＦＣ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ．Ｉｔ ａｉｍｅｄ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａｎ ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ
ａｎｄ ｅａｓｙ-ｔｏ-ｐｒｏｍｏｔｅ ＩｏＴ ｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ＩｏＴ ｓｕｃｈ ａｓ ｌａｂｅｌ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ，ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ，ＧＰＳ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｗｉｔｈｏｕｔ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｓｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｍａｒｔ ｐｈｏｎｅｓ ａｓ ＮＦＣ ｒｅａｄｉｎｇ ／ｗｒｉｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ
ａｎｄ ＧＰＳ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｔｈｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ａｎ ｏｆｆ -ｌｉｎｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ，ｍａｋｉｎｇ ｉｔ ｍｏｒｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ
ｓｏｍｅ ｐｏｏｒ-ｎｅｔｗｏｒｋ-ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｒｅａ ｏｆ Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｍｏｔｅｄ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ
ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｅｘｐｏｒｔｉｎｇ．Ｉｔ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｏｄｅ ｏｆ ＩｏＴ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｅｘｐｏｒｔｉｎｇ
ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ｉｔ ｈａｓ ｂｏａｒｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｉｎ ｏｔｈｅｒ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ ．
Keywords
ＮＦＣ ＲＦＩＤ ＩｏＴ Ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ
别和交换数据。
0 引 言
ＮＦＣ 技术由 ＲＦＩＤ 技术进化发展而来［２］，ＲＦＩＤ 技
术的高速发展掀起了物联网的革命性应用，但是 ＲＦＩＤ
技术本身的局限性又限制了其进一步发展：ＲＦＩＤ 标签
读写依赖与专业设备，成本高昂，在带来便利的同时会
增加企业负担。二维码以其技术简单、成本低廉的特
征迅速抢占了生活消费应用市场，但二维码本身存在
ＮＦＣ［１］是由飞利浦公司发起，诺基亚、索尼等联合
主推的一种近距离无线通信方式。它是由 ＲＦＩＤ 及互
联互通技术整合演变而来，其读写模式是指用 ＮＦＣ 阅
读器来读取 ＮＦＣ 标签，在近距离内与兼容设备进行识
收稿日期：２０１７－０４－２７。深圳市科技计划项目（ＪＣＹＪ２０１３０１０１１６１３３００１２）；国家 质检总 局科技 计划项 目 （２０１５ＩＫ２６２，
万方数据
２０１５ＩＫ２６１）。郭云，工程师，主研领域：物联网技术与应用。李军，研究员。包先雨，高工。
第 ２期
郭云等：基于 ＮＦＣ 技术的物联网溯源系统研究与应用
１０３
防伪性能差、易损坏等缺点，因此大多见于低端应用场
景。ＮＦＣ 技术作为 ＲＦＩＤ 技术的延伸，具有成本更
低、容量更大、安全性更高的优点。近年来，各大手
机厂商均推出了多款支持 ＮＦＣ 技术的智能手机，为
ＮＦＣ 技术的大范围推广应用建立了良好的硬件基
础。目前 ＮＦＣ 技术主要应用于高端酒类、奢侈品防
伪、大额移动金融支付等对安全性要求较高的物联
网应用场景。
Ａ Ｊｕｎｔｕｎｅｎ［３］于 ２０１０年提出了一种应用于移动票
务服务的 ＮＦＣ 技术关键业务模型，尝试将旅行卡、会
员卡等传统票务集成到手机 ＮＦＣ 芯片上，并建立了一
套称为 ＳＴＯＦ 的 ＮＦＣ 通信框架模型，从而实现安全可
图 １ 基于 ＮＦＣ 技术的防伪溯源系统架构
［４］
靠的手机票务服务。Ｊ Ｐｅｓｏｎｅｎ 于 ２０１２年探索了
本系统的标签选型型号为飞利浦 ＭＦ１Ｓ５０感应式
芯片，分为 １６个扇区，每个扇区分为 ４块，每个块容量
大小为 １６字节，一起构成了容量为 １０２４字节的标签
物理层。标签物理层是防伪溯源信息的实际载体。
该标签的特点是容量大，远超过一般的 ＲＦＩＤ 标
签（一般只含有一个 ８字节的 ＩＤ 号和 １２字节的 ＥＰＣ
数据区）。因此，可将防伪溯源信息直接写入标签，从
而实现不依赖于互联网的防伪溯源功能。为充分利用
标签容量，我们从逻辑层面对电子标签进行分区，分为
ＩＤ 号存储区、密文区、数据区、定位信息区和保留区 ５
个分区，形成标签的逻辑层。
ＮＦＣ 技术在现代旅游业中的应用，尝试从商业模式、生
态系统、软件和应用、安全和硬件等四个方面建立起基
于 ＮＦＣ 技术的旅游模型。在国内，国酒茅台于 ２０１３
年推出了基于 ＮＦＣ 技术的茅台酒防伪溯源体系［５］，并
在 ２０１５年进一步整合优化，逐步推向产品市场，实现
了“手机扫一扫 可验身茅台”的预期目标。南开大学
软件学院的马捷［６］提出了一种基于 ＮＦＣ 技术的蓝牙
设备快速配对技术，使得蓝牙设备可通过 ＮＦＣ 近场通
信，实现快速、安全、简易的配对。华南理工大学的黄
梅珍［７］尝试将 ＮＦＣ 通信技术与谷歌 Ａｎｄｒｏｉｄ 软件开发
平台相结合，设计、开发出一种高效、便捷、易于推广的
手机操作系统与手机支付模式并进行了实验验证。
基于上述文献分析，ＮＦＣ 近场通信技术适用于以
智能手机为读写设备的大规模推广应用场景，具有安
每个 ＮＦＣ 标签在出厂时都固化有全球唯一的 ＩＤ
号，该 ＩＤ 号在防伪性能上有着特殊的意义，保证了标
签的不可复制性。本系统在此基础上更进一步，利用
ＲＳＡ 等加密算法对 ＩＤ 号进行加密，将密文存储至标签
的密文区，手机查验 ＡＰＰ 可通过解密算法进行离线真
伪验证。
全、可靠、低成本和操作简便等特征。包先雨等［８］
于
２０１４年对 ＮＦＣ 技术在集装箱电子铅封领域中的应用
进行了研究，主要侧重于防伪。在此基础上进行创新
研究，开发设计出一种通用的基于 ＮＦＣ 技术的电子标
签防伪溯源系统，具有加密防伪、信息溯源、可定位、可
支持无网络环境读写等特征，并将其在进出口物流行
业内进行推广应用。
标签通过接口 ＡＰＩ 同软件平台、手机查验 ＡＰＰ 等
应用系统进行数据交换，实现溯源信息读写、真伪查验
等应用功能。
2 NFC 标签逻辑层设计
本系统的标签选型型号为飞利浦 ＭＦ１Ｓ５０感应式
芯片，其容量为 １０２４字节，分为 １６个扇区，每个扇区
分为 ４块，每个块容量大小为 １６字节。该标签的特点
是容量大，远超过一般的 ＲＦＩＤ 标签（一般只含有一个
８字节的 ＩＤ 号和 １２字节的 ＥＰＣ 数据区）。因此，在标
签设计时可在标签物理层的基础上引入了“逻辑层”
的概念，对 １０２４字节的存储容量进行逻辑划分，目的
是将防伪信息和关键溯源信息直接存储至标签指定逻
1 系统架构
基于 ＮＦＣ 技术的防伪溯源系统可分为标签物理
层、标签逻辑层、加密防伪算法模块、溯源信息存储模
块、通信接口 ＡＰＩ、防伪溯源数据库、ＮＦＣ 防伪溯源系
统和手机查验 ＡＰＰ 等几大部分，系统架构如图 １
万方数据
所示。
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