数字指示秤作弊检测系统的设计

本系统将嵌入式软件自动化 测试技术应用于计量行业中数字 指示秤作弊检测领域，实现了数 字指示秤作弊检测中自动栽荷、 自动按键、读数捕获、数值判断、 动作反馈、结果记录的全流程自动化操作。本文阐述了该系统的 设计方案及上层控制软件的设计.

数字指示秤具有称量方便、计价简便、重 量数据显示直观等特点，在大型超市、集贸市 场等场所已经得到了广泛的使用。但由于市场 监管不够规范，集贸市场经营者法制意识薄弱， 诚信度缺失，利用数字指示秤作弊、缺斤少两， 损害消费者权益的事件屡有发生，在社会上形 成了负面影响。数字指示秤最主要的作弊方法 包含以下三个方面：（1)人工手段干预读数。 包括留底数法、冲击法等。（2)内部改装。 包括修改显示电路、修改信号调理电路、加装 无线模块（检测可通过查看传感器电压是否超 高、是否有无线发射模块）。（3)芯片软件 作弊。为目前最常见的作弊方式，当输入一串 按键码后数字指示秤便进入作弊模式，可根据 需要变为9两，8两甚至6两秤，再按下某一 恢复键即可恢复正常模式。这种作弊模式隐蔽 且难以复现，本文针对这种作弊特点，设计了 一套数字指示秤作弊检测系统，能够检测出数 字指示秤软件系统中存在的按键作弊码。

1.系统构架

为检测出软件作弊（数字指示秤中的按键 作弊码），数字指示秤作弊检测系统引入了嵌 入式软件自动化测试技术，搭建了数字指示秤 自动化测试环境，使用高危作弊码算法生成测 试用例对数字指示秤进行自动化黑盒测试。上 位机从云端服务器获取高危作弊码序列，并根 据本地化适配转换为按键序列；上位机将该序 列传入动作执行器，动作执行器控制键盘按钮 闭合操作模拟对应的物理按键按下；再由动作 执行器生成重量信号模拟载荷，待示数稳定后 由动作执行器获取数字指示秤LCD/LED喆示 信号，将转换后的数值传入上位机检测是否出 现作弊情况，如图1。

2.系统设计

2.1动作执行器设计

动作执行器采用32位ARM单片机系统， 包括三个部分：按键执行模块、载荷模拟模块、 显示抓取模块。执行器通过串口与上位机通信, 协议采取自定格式，校验采用CRC校验和， 如图2。

2.1.1按键执行模块

用于接收上位机发送的按键序列，解析 拆分序列信息后控制键盘相应按键依次依时按 下，达到模拟输入作弊码行为的目的。按键模 拟既然要真实模拟手工按下的效果，就包括三 个信息，按下的键码、按键按F的时间长短、 两个按键按下之间的间隔时间。所以按键序列 包括键码、按下时延以及键间时延这三种参数。 键码为00-99代表最多99个按键信息，按下 时延为0-9代表按F时间为0.1秒至9秒，键间时延为0-9代表两个按键按下的时间间隔0.1 至9秒。如正常按下按键1+2+3，按键序列码 为0100 0200 0300。时延设置的越长，则该用 例执行的时间越长，如图3。

按键模拟模块釆用电子开关，一一对应 真实物理桉键，通过控制电子开关的闭合来模 拟按键被物理按下的过程。

2.1.2载荷模拟模块

通过接收上位机发来的数据控制称重重 量信号。载荷模拟使用数字电位器串联至传感 器的信号激励脚，通过改变数字电位器的阻值 拉低传感器信号电压的方式改变重量信号。 

2.1.3显示抓取模块

包括LCD信号抓取模块和LED信号抓取 模块。显示抓取模块采用单片机作为主控芯片， 采集LCD/LED显示屏各管脚模拟值信息，分 析处理后得到显示屏信息通过串口传给上位机 进行处理。

2. 2上位机软件设计

上位机软件由五大模块组成：样品管理 模块、按键序列生成模块、作弊检测模块、键 盘适配模块、历史作弊码模块，如图4。

2.2.1样品管理模块

记录送检样品信息、按键适配信息、作弊 码信息以及测试过程数据信息。通过样品管理 模块可复现电子秤作弊检测过程数据，实现多 样品（疑似同一作弊码）并行检测，中断/继 续检测操作。

2.2.2键盘适配模块

匹配各款电子秤按键上字符信息与底层 控制单片机管脚的对应关系（按键数字与物理 连接线适配）。保证字符形式的作弊码数据库 能够适配所有电子秤。

2.2.3按键序列生成模块

用于获取服务器高危作弊码序列、本机生成按键序列。模块提供模板编辑器，可根据所 输入的按键序列表达式生成相应的按键序列， 并提供测试用例总数预测、测试时间预测、按 键序列导出导入。

2.2.4作弊检测模块

为系统的核心模块，用于向动作执行器 发送控制指令。从服务器端读取待测的密码序 列，根据键盘适配生成相应的单片机管脚序列 发送至动作执行器，读取动作执行器返回的数 字指示秤显示信息，判断示数是否正常，如果 发现异常则将此组按键序列数据标识为可疑序

2.2.5历史作弊码模块

该模块为B/S构架，用于查询维护作弊 密码库，可通过型号，地域等信息查询常用的 作弊称密码。此模块有网络接口，可通过互联 网上传/查询数据。

3.高危作弊码算法

通过遍历所有按键生成测试用例序列的 方法对于四位以内的作弊码很有效果，但是对 于五位以上的作弊码检出效率很低，掺杂着很 多不可能是作弊码的按键（如纯数字按键）。 因此对于5位以上作弊码的检测要采用高危作 弊码算法，该作弊码算法由云端服务器根据历 史库、经验库动态生成，通过公式的形式下发 至测试机。数字指示秤按键可分为三类，一类 是数字按键信息，使用N来表示；一类是控 制按键（如去皮累计），使用C来表示；最后 一类是单价按键（如Ml、单价1)，使用M 来表示。加上时延信息，高危作弊码可以通过 类似N*0;C*0;M*0这样的公式来表示，此公 式表示生成所有第一位是数字，第二位是控制按键，第三位是单价按键且每个按键之间的时 延为0的三位按键组合序列。

4.结语

本文概要描述了数字指示秤作弊检测系 统的硬件实现原理和上层软件设计，实际使用 中该系统能够很快的检测出位数在5位以内的 作弊码，对市面上存在的“作弊秤”起到了一 定的震慑作用，也为其他计量器具软件的检测 方法也起到了 一定的借鉴作用。

对于复杂作弊码（参杂了按键时长等信 息），其检测时间的长短取决于高危作弊码算 法的检测效率以及历史作弊码的积累，对高危 作弊码算法的优化是今后系统改进的方向。