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Produktkennzeichnung und Identifikation mit Matrixcodes
Ausgangspunkt des Verfahrens zur Produktkennzeichnung und -identifikation ist ein proprietärer, hochdichter und patentierter Matrixcode (DataGrid), eine besondere Art eines zweidimensionalen Codes, der ursprünglich ausschließlich für das Abspeichern einer möglichst hohen Datenmenge an der Hochschule Mannheim entwickelt wurde.
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Abb.3: DataGrid (Quelle: Epyxs GmbH)
Der DataGrid weist dabei die höchste Datenspeicherdichte aller bekannten zweidimensionalen Codes auf und kann mit unterschiedlichem Speichervolumen in verschiedenen Größen, Druckauflösung (150, 300, 600, 1200 dpi) und Formen (Rechteck, Quadrat) und auch mit Overlay und in Farbe erzeugt und ausgedruckt werden.

Das hochdichte DataGrid speichert bei einer Druckauflösung von 1200 dpi in einer Fläche von 4,57 mm x 3,81 mm eine Nettodatenmenge von 180 Byte.

Besonderheiten des verwendeten Matrixcodes sind:

  • unempfindlich gegen Zerstörungen durch eine Redundanz von 66%,
  • die Eignung für Authentifizierung durch den Druckprozess-Fingerabdruck,
  • die Integration in Druckelemente als unsichtbarer Fälschungsschutz,
  • die Software zum Erstellen und Lesen der Codes (Encoder/Decoder) ist nicht öffentlich verfügbar und durch erprobte Techniken geschützt, wodurch eine zusätzliche Barriere für Fälschungsangriffe entsteht.

Die Kombination von DataMatrix oder QR-Codes mit dem DataGrid-Code ist in Abb. 3 dargestellt. Das DataGrid wirkt wie ein Raster, das über dem standardisierten Matrixcode liegt. Der gezeigte Code speichert zusätzlich zu den Daten im DataMatrix-Code 180 Bytes Daten im DataGrid.

Aber auch standardisierte Matrixcodes wie DataMatrix oder QR-Code wurden erfolgreich getestet (Günter 2010, Wirnitzer 2010).
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Abb.4: Die Kombination von DataMatrix- und DataGrid-Code (links) und eingebettete DataGrid-Codes in vier gerasterten Farbelementen (rechts) (Bild: Hochschule Mannheim, Projekt EpiCode-3D BMBF-FKZ PNT51503)
  1. Kryptographie:
    Durch Verwendung von asymmetrischer Kryptographie kann sichergestellt werden, dass nur der Produkteigentümer mit seinem geheimen Schlüssel die Matrixcodes erstellen kann. Der Zugang zu der Prüfung wird durch den öffentlichen Schlüssel ermöglicht.
  2. Authentifizierung mit NanoGrid, ClusterCode und EpiCode:
    Die Authentifizierung, d.h. die Möglichkeit, eine Kopie von einem Original zu unterscheiden, basiert auf einem dreistufigen, an die Sicherheitsanforderung adaptierbaren Konzept aus dem sogenannten NanoGrid, ClusterCode und EpiCode.
    Alle drei Authentifizierungsmerkmale basieren auf einem auf ein Trägermaterial (z.B. Papier) aufgebrachten Matrixcode, wie z.B. dem DataMatrix oder dem DataGrid, und können optional verwendet werden (siehe Tab. 1).
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Tab.1: Kennzeichnung durch DataGrid und die Eigenschaften der daraus extrahierbaren Authentifizierungsmerkmale NanoGrid, ClusterCode, EpiCode
Das NanoGrid ist ein Pseudozufallscode, der dem DataGrid überlagert wird, und der beim Kopiervorgang verloren geht. Welcher Pseudozufallscode konkret zum Einsatz kommt, ist im DataGrid-Code verschlüsselt gespeichert. Damit kann die Erkennung einer Kopie basierend auf dem NanoGrid autark, d.h. ohne Datenbankanbindung erfolgen.

Der EpiCode beschreibt die Individualität jedes einzelnen gedruckten Matrixcodes. Die Grundidee beruht darauf, dass jedes Papier (siehe Abbildungen unten) und jedes Druckbild (z.B. durch minimale Prozess­störungen, Farbannahmestörungen auf dem Trägermaterial und auch durch das Substrat selbst) eine individuelle und nicht reproduzierbare Struktur aufweist. Jedes Druckbild selbst ist somit in Verbindung mit dem Untergrund bei genauer Analyse ein individuelles Ergebnis, besitzt somit einen „Fingerabdruck". Zur Überprüfung der Originalität ist für jeden Druck ein Datenbankzugriff auf den registrierten EpiCode nötig.

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Abb.5: Vergrößerte Papierstruktur (Quelle: manroland AG)
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Abb.6: DataGrid (links), eingescannter DataGrid (rechts) (Quelle: manroland AG, Epyxs GmbH)
Das Verfahren ist zudem äußerst robust gegen Beschädigungen und Papierstaub: Denn aufgrund der hohen Datendichte des gedruckten Codes sind die Daten mehrfach redundant hinterlegt. Störungen werden bei der Decodierung sicher erkannt und der betroffene Bereich in der Analyse der Papier- bzw. Druckstruktur ausgeschlossen. Diese hohe Robustheit ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber den Verfahren, die auf der reinen Analyse der Papierstruktur beruhen. Bekanntlich sind Faltschachteln beim Abfüllprozess und während Transport und Lagerung vielfältigen Belastungen ausgesetzt.

Der ClusterCode basiert im Wesentlichen auf der Individualität der im Offsetdruck verwendeten Druckplatte. Eine Überproduktion ist mit dem ClusterCode daher nur bedingt erkennbar. Das Prinzip gilt allgemein für alle Massendruckverfahren, die eine Druckform verwenden. Zur Fälschungserkennung ist für viele Drucke nur ein einmaliger Datenbankzugriff auf den registrierten ClusterCode nötig.

Das Konzept von NanoGrid, ClusterCode und EpiCode kann auf den standardisierten DataMatrix- und QR-Code übertragen werden (Günter 2010).
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Abb.7: Individualität eines gedruckten DataGrids bei Offsetdruck (links) und Digitaldruck (Laserdruck, rechts). Hieraus lassen sich der ClusterCode und der EpiCode extrahieren (Bild: Hochschule Mannheim)
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Karlsruher Institut für Technologie PTKA