摘 要：本发明涉及一种工业大麻溯源监管系统及方法，该系统包括监管服务器、公证服务器和无人机，监管方使用无人机对工业大麻的种植区域进行航拍，由公证服务器对航拍的图像数据进行公证，从而提供了工业大麻可溯源监管的基础。
技术要点
1.一种工业大麻溯源监管系统的监管方法，其特征在于，该系统包括监管服务器、公证服务器和无人机，无人机携带具有航拍功能和通信功能的软硬件系统。该方法包括以下步骤：
（1）监管服务器和公证服务器分别生成一个随机数R1和R2，并交换生成的随机数；
（2）监管服务器和公证服务器基于所述随机数，生成初始密钥Key1，即：Key1＝R1⊕R2；
（3）监管服务器确定所要拍摄的工业大麻种植区域、航拍高度、航拍时段，并将所述种植区域划分为网格；
（4）监管方在所述航拍时段，于所述种植区域附近释放无人机，所述无人机根据预定的拍摄顺序以及所述航拍高度，拍摄该种植区域中的每个网格的图像；
当无人机拍摄了一个网格内种植区域的图像后，所述无人机获取当前所在网格的四个角的GPS坐标，基于所述GPS坐标、航拍高度、航拍时段和初始密钥Key1，生成当前网格的网格密钥Key2，即：
Key2＝Key1 ⊕ (Hash(P)||Hash(ID))；
其中，P是航拍信息，其包括当前网格四个角的GPS坐标、所述航拍高度和所述航拍时段，ID是所述无人机的唯一标识符，Hash是一个哈希函数；
设无人机拍摄的当前网格的图像数据为image，则无人机基于所述网格密钥Key2，计算image的认证码H，即H＝HMAC(image ,Key2) ；其中HMAC是一个哈希运算消息认证码函数，其使用密钥Key2对image进行HMAC计算；
在计算得到所述认证码后，无人机生成二元组<image，H>，并将所述二元组发送给公证服务器；
所述种植区域拍摄完成后，所述监管服务器将本次拍摄的网格数据和无人机标识符ID一起发送给所述公证服务器；所述网格数据包括每个网格的四角GPS坐标、所述航拍高度和所述航拍时段，以及本次拍摄的网格顺序；
所述公证服务器按序读取每个网格数据，针对每个网格，计算相应的网格密钥，并进一步计算该网格的图像数据的认证码，如果计算得到的认证码和从无人机接收得到的认证码相同，则所述公证服务器接受对该网格的图像数据的公证，将该网格的图像数据记录到公证数据库中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述随机数的位数相同。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述随机数为256位。
4.根据权利要求1-3所述的方法，其特征在于，监管方将种植区域按照预定的规则划分多个网格，每个网格呈长方形，确定每个网格四个角的经纬度作为其GPS坐标。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预定规则包括网格的最大面积限制。
6.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，所述无人机安装了GPS定位装置，根据其GPS定位数据，确定其所在的网格。
7.根据权利要求1-6所述的方法，其特征在于，所述步骤5中，假设每个经度或纬度均使用k个字节表示，则网格四个角的坐标包括的经纬度总共8k个字节，再加上所述航拍高度和航拍时段，组成了所述航拍信息P。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述Hash函数是MD5。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，无人机是按照预定顺序拍摄各个网格，所述二元组也按照该顺序发送给公证服务器，公证服务器记录二元组的接收顺序。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对种植区域的图像进行公证后，对种植区域的图像进行分析，分析种植区域内的植株形态的特征，判断是否包含有违规的大麻品种，并预判种植区域内的工业大麻产量。
技术领域
本发明属于安全监管和信息技术领域，尤其涉及一种工业大麻溯源监管系统及方法。
背景技术
工业大麻是指四氢大麻酚含量低于0 .3％的大麻，不具有致幻成瘾的问题，可广泛应用于纺织、造纸、食品、医药、日化、汽车、建筑、装饰、包装等领域，有很高的经济和药用价值。因此，工业大麻在监管下可以合法种植。
为了加强监管，有必要对工业大麻的供应链进行严格管理。然而现有的供应链溯源监管难以深入到工业大麻的种植流程进行安全追溯。鉴于工业大麻的高敏感性，迫切需要一个符合法规、可靠可信的工业大麻溯源管理系统，从工业大麻的种植环节开始进行严格监管，一方面保障工业大麻的生产质量，另一方面是避免出现潜在的安全风险。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种工业大麻溯源监管系统及方法，对工业大麻的种植环节进行可信溯源监管。
本发明采用的技术方案具体如下：
一种工业大麻溯源监管系统的监管方法，该系统包括监管服务器、公证服务器和无人机，无人机携带具有航拍功能和通信功能的软硬件系统。该方法包括以下步骤：
(1)监管服务器和公证服务器分别生成一个随机数R1和R2，并交换生成的随机数；
(2)监管服务器和公证服务器基于所述随机数，生成初始密钥Key1，即：
Key1＝R1 ⊕ R2；
(3)监管服务器确定所要拍摄的工业大麻种植区域、航拍高度、航拍时段，并将所
述种植区域划分为网格；
(4)监管方在所述航拍时段，于所述种植区域附近释放无人机，所述无人机根据预定的拍摄顺序以及所述航拍高度，拍摄该种植区域中的每个网格的图像；
(5)当无人机拍摄了一个网格内种植区域的图像后，所述无人机获取当前所在网格的四个角的GPS坐标，基于所述GPS坐标、航拍高度、航拍时段和初始密钥Key1，生成当前网格的网格密钥Key2，即：
Key2＝Key1 ⊕ (Hash(P)||Hash(ID))；
其中，P是航拍信息，其包括当前网格四个角的GPS坐标、所述航拍高度和所述航拍时段，ID是所述无人机的唯一标识符，Hash是一个哈希函数；
(6)设无人机拍摄的当前网格的图像数据为image，则无人机基于所述网格密钥
Key2，计算image的认证码H，即H＝HMAC(image,Key2) ；其中HMAC是一个哈希运算消息认证码函数，其使用密钥Key2对image进行HMAC计算；
(7)在计算得到所述认证码后，无人机生成二元组<image，H>，并将所述二元组发送给公证服务器
(8)所述种植区域拍摄完成后，所述监管服务器将本次拍摄的网格数据和无人机标识符ID一起发送给所述公证服务器；所述网格数据包括每个网格的四角GPS坐标、所述航拍高度和所述航拍时段，以及本次拍摄的网格顺序；
(9)所述公证服务器按序读取每个网格数据，针对每个网格，计算相应的网格密钥，并进一步计算该网格图像数据的认证码，如果计算得到的认证码和从无人机接收得到的认证码相同，则所述公证服务器接受对该网格图像数据的公证，将该网格图像数据记录到公证数据库中。
进一步地，所述随机数的位数相同。
进一步地，所述随机数为256位。
进一步地，监管方将种植区域按照预定的规则划分多个网格，每个网格呈长方形， 确定每个网格四个角的经纬度作为其GPS坐标。
进一步地，所述预定规则包括网格的最大面积限制。
进一步地，所述无人机安装了GPS定位装置，根据其GPS定位数据，确定其所在的网格。
进一步地，所述步骤5中，假设每个经度或纬度均使用k个字节表示，则网格四个角的坐标包括的经纬度总共8k个字节，再加上所述航拍高度和航拍时段，组成了所述航拍信息P。
进一步地，所述Hash函数是MD5。
进一步地，无人机是按照预定顺序拍摄各个网格，所述二元组也按照该顺序发送给公证服务器，公证服务器记录二元组的接收顺序。
进一步地，在对种植区域的图像进行公证后，对种植区域的图像进行分析，分析种植区域内的植株形态的特征，判断是否包含有违规的大麻品种，并预判种植区域内的工业大麻产量。
本发明的有益效果是：在工业大麻不同的种植阶段，对工业大麻种植区域的种植图像进行相应的数据公证，提供了工业大麻可信溯源监管的基础。
附图说明
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明系统的逻辑结构图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参见附图1，其示出了本发明系统的基本逻辑结构图。本发明的系统包括监管服务器、公证服务器和无人机。
所述监管服务器由工业大麻的监管方所有，其负责对工业大麻的监管，在本发明中，主要负责控制无人机对工业大麻种植区域进行航拍。
所述无人机用于在监管方的控制下，对工业大麻种植区域进行拍摄，每个无人机具有一个唯一标识符。无人机携带具有航拍功能和通信功能的软硬件系统。
所述公证服务器为对工业大麻种植进行公证的公证处所有，其接收无人机拍摄的工业大麻种植区域的图像，对所述图像进行公证。
由于公证处对于公证数据的严格要求，因此对于无人机拍摄的图像数据，需要进行相应的数据认证，因此本发明在上述系统的基础上，提出了相应的监管方法，下面进行详细说明。
(1)监管服务器和公证服务器分别生成一个随机数，并交换生成的随机数。
具体的，监管服务器生成一个随机数R1 ，公证服务器生成一个随机数R2 ；两个随机数的位数相同，优选情况下，两个随机数都是256位。
在生成随机数之后，两方服务器交换随机数，即监管服务器将生成的随机数R1发送给公证服务器，公证服务器将生成的随机数R2发送给将监管服务器。需要说明的是，为了数据安全，服务器之间的通信都是在安全信道上进行的，例如通过SSL协议，因而随机数的传输是保密的。
(2)监管服务器和公证服务器基于所述随机数，生成初始密钥Key1，即：
Key1＝R1 ⊕ R2 。
基于步骤2生成的初始密钥作为监管方和公证方共同的初始秘密，这一初始密钥是基于双方的随机数生成的，因此相当于双方达成了初始一致，并且任何一方均不能伪造该初始密钥。
在完成初始密钥的生成之后，监管方的无人机就可以基于初始密钥进行数据的安全认证。
(3)监管服务器确定所要拍摄的工业大麻种植区域、航拍高度、航拍时段，并将所述种植区域划分为网格。
具体的，在无人机拍摄工业大麻种植区之前，监管方需要确定拍摄的区域、航拍高度、航拍时段，然后将种植区域按照预定的规则划分多个网格，每个网格呈长方形，可以以网格的四个角的坐标来确定每个网格。也就是说，监管服务器可以确定每个网格四个角的经纬度作为其坐标。由于无人机上安装了GPS定位装置，因此无人机可以根据GPS数据，确定其所在的网格。
为了方便无人机的拍摄，所述预定规则包括了网格的最大面积限制，使得无人机在预定高度下，就可以拍摄得到整个网格的图像。
(4)监管方在所述航拍时段，于所述种植区域附近释放无人机，所述无人机根据预定的拍摄顺序，拍摄该种植区域中的每个网格的图像。
具体的，根据本发明的一个具体实施例，所述无人机可以通过网络连接到监管服务器，在监管服务器的控制下，按照预设顺序，飞行到每个网格的预定位置。通常情况下，所述预定位置可以在网格中心点的预定高度上。
当无人机飞行到每个网格的预定位置后，就可拍摄获取每个网格的图像。
基于本发明的其他实施例，所述无人机也可以在人手动控制下飞行和拍摄；或者由在无人机内置程序的控制下，自行飞行和拍摄。本发明对此不作限制。
(5)当无人机拍摄了一个网格内种植区域的图像后，所述无人机获取当前所在网格的四个角的GPS坐标，基于所述GPS坐标、航拍高度、航拍时段和初始密钥Key1，生成当前网格的网格密钥Key2。具体的，设无人机当前所在网格的四个角的GPS坐标(即经度和纬度)为(x1 ,y1) ， (x2 ,y2) ，(x3 ,y3) ，(x4 ,y4)。无人机生成航拍信息P，所述航拍信息P包括上述4个坐标和航拍高度、航拍时段。例如，假设每个经度xi或纬度yi均使用k个字节表示，则4个坐标包括的经纬度总共8k个字节，这8k个字节再加上航拍高度、航拍时段组成了所述航拍信息P。无人机所需的上述信息都可以通过网络从监管服务器获得，也可以在事先从监管服务器下载到无人机中。
然后，无人机计算当前网格的密钥Key2，即
Key2＝Key1 ⊕ (Hash(P)||Hash(ID))
其中，ID是所述无人机的唯一标识符；Hash是一个哈希函数，优选的可以使用MD5算法。表示两个数值相连接，例如，如果Hash是MD5，则Hash(P)和Hash(ID)分别生成128位的数值，将两个128位的数值相连接，则得到一个256位的数值。
基于上述计算，Key2中同时包括了初始密钥、网格坐标和无人机标识符的信息，因此，该密钥Key2相对于不同网格、不同无人机都是不同的，具有唯一性，方便后续的数据认证。
(6)设无人机拍摄的当前网格的图像数据为image，则无人机基于所述网格密钥Key2，计算image的认证码H，即：
H＝HMAC(image ,Key2)。
其中，HMAC是一个哈希运算消息认证码函数，其使用密钥Key2计算image的消息认证码。优选的，可以采用基于MD5的HMAC函数。
(7)在计算得到所述认证码后，无人机生成二元组<image，H>，并将所述二元组发送给公证服务器。
每次无人机拍摄完一个网格后，其都会生成一个所述二元组，因此如果种植区域包括了n个网格，公证服务器将会接收到n个二元组，并将这些二元组存储于公证服务器的数据库中。
由于无人机是按照预定顺序拍摄各个网格，因此所述二元组也是按照该顺序发送给公证服务器，公证服务器记录二元组的接收顺序，以方便后续的认证。
(8)所述种植区域拍摄完成后，所述监管服务器将本次拍摄的网格数据和无人机标识符ID一起发送给所述公证服务器。
具体的，在拍摄完成后，监管方回收拍摄的无人机，此时可以指示监管服务器拍摄完成，然后监管服务器读取本次拍摄的所有网格数据，所述网格数据包括每个网格的四角GPS坐标、所述航拍高度和所述航拍时段，以及本次拍摄的网格顺序。具体的，监管服务器可以按照所述顺序给网格编号，每个网格编号附加其四角GPS坐标，组成网格数据包，和无人机ID一起发送给公证服务器。
至此，公证服务器就获取了每个网格的四角GPS坐标、航拍高度、航拍时段、图像数据image、认证码H、无人机标识符ID，基于此，公证服务器可以进行后面的数据公证。
(9)所述公证服务器按序读取每个网格数据，针对每个网格数据，计算相应的网格密钥，并进一步计算该网格图像数据的认证码，如果计算得到的认证码和从无人机接收得到的认证码相同，则所述公证服务器接受对该网格图像数据的公证，将其记录到公证数据库中。
具体的，公证服务器可以按照无人机的拍摄顺序，依次读取相应的网格数据，根据网格数据中的四角GPS坐标、航拍高度、航拍时段、初始密钥Key1和无人机的标识符ID，可以计算得到该网格的网格密钥Key2，计算方法与步骤(4)相同。
然后公证服务器就可以根据该网格数据中的图像数据image和网格密钥Key2，计算得到相应的认证码，计算方法与步骤(5)相同。将计算得到的认证码和该网格二元组中的认证码H相比较，如果相同，则说明图像数据是正确的，公证处可以对此网格的图像数据给予公证，后续可以出具相应的公证书等。如果不相同，则公证处拒绝对此网格的图像数据进行公证。
在对种植区域的图像进行公证后，就可以对图像进行智能图像分析。由于合法工业大麻和违法大麻具有不同的植株外观形态，因此通过智能图像分析技术，自动分析提取工业大麻种植区域内的植株形态的特征，即可智能判断种植区域内是否包含有违规的大麻品种，并预判种植区域内的工业大麻产量，进行常态化监管。
上述方法将无人机航拍和公证相结合，使得公证处可以对工业大麻的种植区域进行公证，在此基础上进行监管。本发明的方法针对每个网格数据进行相应的数据认证，保证了数据可靠性，有利于公证处的数据公证。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
摘自国家发明专利，发明人：吴浩扬，李德文，申请号：201910873628.5，申请日期：2019.09.17
