Лазерный мир

Е. Пряхин, Е. Ларионова, Е. Захаренко // Журнал Фотоника, №6 2014, стр 12-19

Огромные обороты контрафактной продукции указывают на малую эффективность существующих способов защиты легальной продукции. Использование в качестве маркировки двухмерных матричных кодов продемонстрировало эффективную защиту. В статье рассмотрена лазерная технология нанесения информационных носителей в виде Нанобар-кода.

NANOBAR-CODE – Multifunctional System for Product Identification and Protectio
Large turnovers of counterfeit products indicate the low efficiency of the existing methods for legal products protection. In many cases use of counterfeit products is connected with the risks for human lives and it is applicable, in particular, to the medicinal agents, foodstuffs and consumer goods.

Известные в качестве информационных носителей двухмерные матричные коды – QR Сode, Data Matrix – получают широкое распространение, и это можно считать положительным фактом. Ведь с использованием приложений для гаджетов у большинства пользователей появляется возможность приобретать через Интернет мобильную информацию об интересующих их продуктах. В какой-то мере эти коды, давая определенную информацию о продуктах, способствуют их защите от подделок. Но эффективно защищать продукцию они не могут по следующим причинам. Во-первых, это открытые общедоступные коды, они легко клонируются и копируются. Следовательно, их легко можно продублировать на нелегальной продукции, которая в этом случае сразу приобретает статус легальной и уже без проблем реализуется на производственном и потребительском рынках.

Во-вторых, как правило, коды наносятся на промежуточные носители – этикетки, бирки, упаковку и тому подобное. Это обстоятельство способствует легкой замене одних кодов другими, в том числе псевдолегальными. В связи с этим защита могла стать более эффективной, если бы коды наносились непосредственно на материал самого продукта, то есть – на металл, пластик, стекло и др. В этом случае замена кода исключается. Кроме того, информационная емкость таких кодов относительно небольшая при тех допустимых размерах кодов, которые могут быть реально размещены на готовой продукции или использоваться в качестве информационного носителя. Как правило, это 100–200 символов, такой объем зачастую недостаточен для передачи полной информации о продукте. Поэтому эти коды часто используются как информационный указатель, отправляющий пользователя на соответствующий сайт через Интернет. Но в этом случае появляется риск попадания в систему ссылок на вредоносные Интернет-ресурсы (вирусы, спам, руткиты, буткиты и другие), а также отправка пользователя на заведомо ложные сайты, не связанные с легальными базами данных (и соответственно подтверждающих «легальность» нелегальной продукции).

Мы создали гибкую многофункциональную систему защиты продукции, включающую в себя непосредственное формирование на поверхности изделия оригинального двухмерного кода – Нанобар-кода (НБК) и представление кода в виде цифрового растрового изображения bmp формата (рис.1).

Нами была разработана система защиты продукции, обладающая конкретными преимуществами. Приведем главные из них.

•Двухмерный матричный код с оригинальным дизайном (рис.2) содержит в центре кода поле для логотипа компании и информационное поле с дополнительными вспомогательными элементами в виде прямоугольников для выравнивания ориентации кода при считывании. Код наносится непосредственно на поверхность самого изделия, для этого используется лазерная технология маркировки продукции. В случае необходимости нанесения кода на промежуточный носитель может быть использована технология трансферной или термотрансферной печати или использование специальной полимерной пленки TessaLaser.
•Информационная емкость двухмерного кода существенно увеличена за счет использования ультравысокой записи информации. При сравнении НБК и QR Сode при одинаковом количестве символов наглядно видно преимущество НБК – как по размеру кода, так и по информационной емкости (см. таблицу). Благодаря специальному программному обеспечению в НБК возможно размещать большой объем информации – на несколько порядков больше, чем в любом другом двухмерном коде. Визуализация НБК в виде изображения указывает на его схожесть по внутренней структуре со стандартными двухмерными кодами (QR Сode, Data Matrix), но размер ячеек у НБК в 5–10 раз меньше.
•Важной особенностью НБК является возможность записи в нем не только символьной, но и любой другой цифровой информации – графической, аудио, видео (рис.3).
•Особенность НБК в том, что специальное программное обеспечение позволяет выполнять многоуровневое шифрование перед кодированием информации (рис.4).
•Размещаемая в двухмерном коде информация может быть частично или полностью закрытой для посторонних пользователей, то есть она может шифроваться с использованием как стандартных алгоритмов, так и оригинальных криптостойких алгоритмов шифрования. При этом в НБК применяется и симметричное AES, и асимметричное RSA шифрование.
В общем виде в системе заложена мультифункциональность, предполагающая генерирование различных комбинаций самого НБК. В данной системе можно формировать и полностью открытый (без шифрования) и полностью закрытый (вся информация зашифрована), и комбинированный НБК. Комбинированный НБК содержит в себе «открытые» и «закрытые» области (части), позволяющие выполнять декодирование и проверку информации на разных уровнях, в зависимости от прав доступа потребителя. Кроме того, НБК может содержать электронную цифровую подпись (ЭЦП) (рис.5).

При формировании «открытого» НБК имеется возможность использовать его в качестве локальной базы данных, то есть хранилища большого объема информации (до 10 000 000 знаков или до 10 Мб битовой информации). При этом для доступа не требуется сети Интернет. Достаточно произвести сканирование такого НБК, обработать его с помощью программы декодирования? и можно получить на ПК полную информацию об объекте.

При использовании полностью «закрытого» или «частично закрытого» НБК (комбинированный) в программе кодирования заложена функция формирования симметричных и асимметричных ключей, которые формируются на этапе шифрования из информации, введенной пользователем в виде пароля (AES) или заранее сгенерированных симметричных и ассиметричных ключей (RSA). При этом при формировании полностью «закрытого» НБК формирование симметричных или асимметричных ключей может происходить либо в ручном, либо в автоматическом режимах. При декодировании ключ вводится вручную или загружается из базы хранилища ключей в автоматическом режиме.

При использовании комбинированного НБК формирование симметричных или асимметричных ключей осуществляется тоже либо в ручном, либо в автоматическом режиме, но отдельно для каждой из частей НБК.

При использовании НБК с ЭЦП формирование асимметричных ключей также происходит и в ручном, и в автоматическом режиме. В этом случае вторая часть НБК выступает «подписью» первой (открытой) части, подтверждая ее подлинность и целостность. При декодировании ключ вводится вручную или загружается из базы хранилища ключей в автоматическом режиме.

Таким образом, НБК может использоваться для идентификации и защиты от подделок (контрафакта) легальной продукции. В этом случае могут быть рекомендованы два варианта технологии формирования НБК: нанесение НБК непосредственно на поверхность защищаемого изделия и нанесение НБК на специальные полимерные пленки (TessaLaser). Вторая технология позволяет в автоматическом режиме формировать этикетки разного размера, при этом они обладают способностью разрушаться при попытке снять их с поверхности изделия.

В обоих указанных выше вариантах НБК наносится на поверхность изделия – на пленку с помощью маркировочных лазеров. Особенностью таких лазеров является их способность проводить высокоскоростную и одновременно качественную маркировку, в том числе при движении изделий в потоке (могут применяться в поточных линиях). Время маркировки одного изделия от 5 до 20 с (в зависимости от размера НБК), а время формирования одной этикетки на пленке TessaLaser – 15 секунд.

При нанесении НБК непосредственно на изделия для одной группы лазеров (волоконных) в качестве маркирующих материалов могут использоваться различные металлы, пластики и резина, а для другой группы лазеров (С02) возможно нанесение НБК на дерево, бумагу, картон, стекло и оргстекло.

Определяющим фактором при выборе лазерной установки является обеспечение таких условий работы лазерного комплекса, при которых НБК мог бы идентифицироваться при его считывании во всем диапазоне изменения размера ячейки, т. е. в интервале от 30 до 150 мкм. То, что эта задача является не тривиальной, становится понятным, если сравнить размеры ячеек НБК с размерами ячейки 250 мкм стандартного QR Code. А, кроме того, необходимо учитывать, что при уменьшении расстояния между ячейками усиливается взаимное влияние ячеек друг на друга, и получить у НБК нужное контрастное считываемое изображение с необходимой детализацией на изделии оказывается очень непросто. По существу эта часть технологии по созданию НБК на изделии является важной составляющей всей технологии, поэтому соответствующее лазерное оборудование должно быть очень многофункциональным.

Для решения этой задачи мы использовали лазерный комплекс 2М-20 производства компании «Лазерный Центр», обладающий возможностью гибко варьировать важные параметры процесса лазерной обработки поверхности. Изменения таких параметров, как частота и длительность импульса, мощность и скорость перемещения лазерного луча, а также параметры линеатуры изображения, позволяют добиться максимально качественного изображения.

Важной составной частью всей системы применения НБК для идентификации и защиты продукции является этап считывания и распознавания информации, помещенной в НБК. Учитывая ультравысокую плотность, записанной в НБК информации, для считывания НБК разработаны мобильные и стационарный сканеры, обеспечивающие возможность увеличения считываемого изображения до 10 раз и специальное программное обеспечение для преобразования изображения и декодирования информации, содержащейся в НБК. Кроме того, создано специальное мобильное приложение, работающее в OC Android, позволяющее считывать и декодировать информацию с помощью мобильных телефонов.

С помощью этих оптических систем НБК считывается как по USB, так и по Wi-Fi соединению, изображение передается на ПК, где и происходит его распознавание и декодирование информации.

Таким образом, общий цикл всей системы применения НБК включает в себя следующие этапы (рис.6):

•кодирование информации на ПК;
•формирование управляющей программы для лазера;
•процесс непосредственного нанесения НБК на изделие с помощью лазера;
•считывание с использованием оптической системы НБК и перенос его изображения на ПК;
•декодирование НБК;
•идентификация продукции.
НБК можно также использовать для защиты информации в различных форматах емкостью до 10 кБ (текстовый, графический, аудио- и видео-) с возможностью ее хранения в базе данных, либо с целью пересылки по Интернету другому пользователю без опасения ее вскрытия и прочтения третьими лицами. При этом защита информации обеспечивается многоуровневой системой, основанной на использовании алгоритмов симметричного и асимметричного шифрования и генератора случайных чисел. Такая система вполне пригодна для защиты простого потребителя или пользователя ПК.

Полное содержание статьи: https://www.photonics.su/files/article_pdf/4/article_4397_449.pdf