Thiết kế và chế tạo thử thiết bị giám sát dữ liệu ứng dụng kiểm soát cho ngành bán lẻ

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG ĐH KHOA HỌC TỰ NHIÊN SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ PTN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM - SELab BÁO CÁO NGHIỆM THU (Bản tóm tắt) Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ THIẾT BỊ GIÁM SÁT DỮ LIỆU, ỨNG DỤNG KIỂM SOÁT CHO NGÀNH BÁN LẺ Chủ nhiệm đề tài : PGS.TS DƯƠNG ANH ĐỨC Cơ quan quản lý : SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TP.HCM Cơ quan chủ trì : TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP.HCM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 06/2015 THƠNG TIN CHUNG ĐỀ TÀI Tên đề tài: Thiết kế chế tạo thử thiết bị giám sát liệu, ứng dụng kiểm soát cho ngành bán lẻ Chủ nhiệm đề tài : PGS.TS Dương Anh Đức Cơ quan chủ trì : Trường Đại học Khoa học Tự nhiên-TP.HCM Thời gian thực hiên : Tháng 11/2011 đến tháng 12/2012 Kinh phí duyệt : 520.000.000 đồng Kinh phí đợt cấp : 300.000.000 đồng Theo thơng báo số 168/TB-KHCN ngày 09/12/2011 Kinh phí đợt cấp : 220.000.000 đồng Theo thông báo số 221/TB-SKHCN ngày 26/10/2015 Mục tiêu đề tài:  Thiết kế chế tạo thử thiết bị giám sát liệu an toàn, dùng để kết nối máy POS máy in hóa đơn bán lẻ đáp ứng yêu cầu sau: o Bắt (capture) lưu trữ toàn liệu xuất máy in o Dữ liệu lưu trữ mã hóa bảo mật o Dễ dàng cài đặt thu thập liệu o Hoạt động với hầu hết máy in hóa đơn bán lẻ phổ biến thị trường o Phục vụ nhu cầu giám sát quan nhà nước giám sát nội doanh nghiệp  Thiết kế xây dựng phần mềm giải mã đọc liệu từ thiết bị giám sát liệu an tồn  Đề xuất giải pháp kiểm sốt cho quan quản lý nhà nước TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2.1 Tính cấp thiết đề tài Hầu hết doanh nghiệp bán lẻ sử dụng máy in hóa đơn (bill printer/POS printer) để in hóa đơn người mua hàng để trả tiền cho nhân viên bán hàng Giao dịch bán lẻ ghi nhận lại hệ thống quản lý POS (Point of Sales) quan thuế phận quản lý doanh nghiệp kiểm tra liệu cần thiết Vấn đề phát sinh liệu bán hàng bị thay đổi có chủ ý nhân viên bán hàng doanh nghiệp bán lẻ nhằm mục đích gian lận khai báo lợi nhuận với công ty mẹ hay quan thuế nhà nước Đặc biệt vấn nạn gian lận thuế bán lẻ khó phát quan thuế dựa vào liệu doanh nghiệp cung cấp Hình thức gian lận xảy chưa có phương pháp hiệu để theo dõi cụ thể lượng hàng hóa bán giá bán xác giao dịch bán lẻ Đề tài thiết kế giải pháp lưu trữ lại tồn liệu hóa đơn xuất máy in giúp doanh nghiệp quan thuế theo dõi xác số lượng hàng hóa giá bán giao dịch bán lẻ thực nhân viên bán hàng người mua hàng Việt Nam thị trường bán lẻ hấp dẫn giới, đạt 39 tỉ USD vào năm 2008 dự kiến đạt 85 tỉ USD vào năm 2012 Với kích thước thị trường lớn vậy, gian lận bán lẻ gây thiệt hại lớn cho doanh nghiệp bán lẻ thất thu thuế cho nhà nước Sản phẩm đề tài góp phần giúp giải vấn nạn đem lại lợi ích to lớn cho doanh nghiệp bán lẻ ngân sách nhà nước 2.2 Nội dung nghiên cứu STT Nội dung công việc Nghiên cứu giao thức truyền liệu 03 dịng máy in hóa đơn phổ biến thị trường bao gồm: Epson, Star, Citizen Kết Hoàn thành Thiết kế chế tạo thử thiết bị giám sát liệu an toàn Hoàn thành Thiết kế kiến trúc firmware cho thiết bị Hoàn thành Cài đặt module firmware cho thiết bị Hoàn thành Thiết kế xây dựng phần mềm giải mã đọc liệu hóa đơn từ thiết bị giám sát liệu an toàn Hoàn thành Thiết kế xây dựng phần mềm giám sát trung tâm Hoàn thành Thử nghiệm kiểm thử 03 dòng máy in nói trên, dịng thử model khác Hoàn thành Thử nghiệm thực tế đơn vị chuyên bán lẻ (siêu thị, nhà sách, nhà hàng…) Hoàn thành Đề xuất giải pháp áp dụng cụ thể cho chủ doanh nghiệp quan thuế nhà nước việc quản lý chống gian lận lĩnh vực bán lẻ Hoàn thành NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Giao thức truyền liệu sản phẩm máy in 3.1.1 Giao thức UART Hình 1: Các chân cổng COM 3.1.2 Giao thức USB Hình 2: Quá trình phát triển chuẩn USB Mô tả chân kết nối USB Pin Tín hiệu Màu (của dây nối) Mơ tả VCC Mang giá trị điện 5V D- Dữ liệu D+ Dữ liệu GND Nối đất 3.2 Tổng quan mơ hình tồn hệ thống, đưa kiến trúc khối xử lý thành phần liên quan 3.2.1 Mơ hình tổng thể USB Device USB Host STM32F4 UART Ethernet UART SDCard Web App Hình 3: Mơ hình tổng thể ứng dụng 3.2.2 Mơ hình hoạt động Hình 4: Mơ hình hoạt động 3.3 Trình bày rõ module liên quan cấu thành nên thiết bị giám sát lưu trữ đứng khía cạnh kỹ thuật phần mềm 3.3.1 General-purpose Input/ Output ports (GPIO) Hình 5: Chip STM32F407 3.3.2 SD Card Hình 6: SD Card SD Card giao tiếp qua 9-pin (Clock, Command, 4xData 3xPower dòng) thiết kế để hoạt động phạm vi điện áp thấp Các thông số kỹ thuật SD Card ban đầu xác định MEI (Công ty Matsushita Electric), Tập đồn Toshiba Tổng cơng ty SanDisk Hiện nay, thơng số kỹ thuật kiểm sốt Hiệp hội Secure Digital (SDA) Các thẻ SD có dung lượng nhớ lên đến 1.024.000.000 byte cách sử dụng chip nhớ flash, thiết kế đặc biệt để sử dụng ứng dụng lưu trữ 3.3.3 USB Hình 7: Cổng USB Hình 8: Quy trình giao tiếp board capture với PC Printer 3.4 Thiết kế phần cứng cho thiết bị giám sát Phần trình bày sơ đồ thiết kế mạch khối ngoại vi liên quan khía cạnh kỹ thuật phần cứng 3.4.1 Sơ đồ thiết kế khối Hình 9: Sơ đờ các khối xử lý 3.4.2 Thành phẩm Hình 10: Thiết bị thành phẩm-mặt trước Hình 11: Thiết bị thành phẩm – mặt sau 3.5 Thiết kế phần mềm giải mã đọc thông tin ghi nhận SD Card thiết bị 3.5.1 Giao diện người dùng Hình 12: Giao diện phần mềm giải mã đọc hóa đơn 3.5.2 Các chức sử dụng Giải mã văn bản: Hình 13: Giao diện xem hóa đơn dạng văn 10 Lập báo cáo doanh thu: Hình 14: Giao diện báo cáo doanh thu theo hóa đơn 3.6 Trình bày phần webservice liên quan đến phân hệ quản trị, cấu hình quản lý thông tin liệu từ thiết bị POS 3.6.1 Cấu hình webservice với Ruby On Rails RoR Framework cho phép phát triển ứng dụng web bao gồm hai phần:  Phần ngôn ngữ Ruby  Phần Framework Rails bao gồm nhiều thư viện liên kết Được viết David Heinemeier Hansson Thế mạnh RoR:  Cú pháp câu lệnh dễ học  Server có sẵn kèm theo ứng dụng  Tiết kiệm thời gian viết mã so với ngôn ngữ khác  Được sử dụng theo mơ hình MVC (Model View Control)  Có nhiều plugins hỗ trợ, cài đặt thêm plugin dễ dàng 11 Hình 15: Kiến trúc mơ hình MVC 3.6.2 Các giao thức định dạng gói tin POST GET HTTP (Hypertext Transfer Protocol) giao thức mạng cho phép hệ thống thông tin phân phối, cộng tác với HTTP nên tảng giao tiếp liệu cho WWW REST (Representational State Transfer) kiểu kiến trúc phần mềm cho hệ thống phân tán siêu truyền thông WWW HTTP method (GET, PUT, POST, DELETE,…):  GET: dùng để tải biểu diễn tài nguyên (có thể bao gồm HTML, JPG, …)  PUT: dùng để lưu biểu diễn vào tài nguyên, đăng tải tập tin vào vị trí xác định website Nếu PUT thực hai lần lần sau đè lên lần trước  POST: tạo tài nguyên tương tự PUT, server định cách lưu trữ thay client PUT  DELETE: dùng để xóa tài nguyên RESTful Web service: Là web service đơn giản sử dụng HTTP tính chất REST Tập hành động hỗ trợ web service sử dụng HTTP method GET, POST, PUT, DELETE tương ứng với hành động RESTful Web service Create, Read, Update, Delete (CRUD) 12 3.6.3 Quy trình hoạt động khối xử lý trung tâm Hình 16: Quy trình hoạt động khối xử lý trung tâm 3.7 Các kết thực nghiệm dịng máy in hóa đơn thơng dụng EPSON CITIZEN 13 3.7.1 Mơ hình Data X Get Data Print Data Y Cashier PC Key Encrypt Read SD Printer Write SD Decrypt HTTP message Server Key Data X Post Server Trạng thái hoạt động Data Y: Dữ liệu mã hóa từ Data X Trạng thái hoạt động lúc nhàn rỗi (IDLE) Data X: Dữ liệu gốc nhận từ PC Hình 17: Mơ hình gửi liệu từ Cashier PC đến Server doanh nghiệp 3.7.2 Kết đạt Đối với Printer Epson hỗ trợ giao thúc truyền UART:  Thời gian in: In phần mềm test Dữ liệu In với dạng Dữ liệu lớn In với dạng chữ khơng (1000 byte) (21000 chữ có dấu có dấu byte ) Thời gian từ lúc lệnh in đến lúc máy in bắt đầu in Trực tiếp 2s 2s 2s 2s Qua board 3s 4s 4s 3s Thời gian từ lúc lệnh in đến lúc in hoàn tất Trực tiếp 6s 6s 6s 6s Qua board 8s 9s 7s 7s 14  Ghi SD card Post server so với liệu in: In phần mềm test Dữ liệu SD Card Dữ liệu server In với dạng chữ có dấu In với dạng chữ khơng có dấu Dữ liệu (1000 byte) Dữ liệu lớn (21000 byte ) 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 3.8 Giải pháp triển khai ứng dụng thiết bị biện pháp bảo mật thông tin 3.8.1 Mơ hình triển khai Hệ thống triển khai gồm phạm vi: Chi cục thuế: Nơi quản lý tập trung thông tin doanh nghiệp Doanh nghiệp: Đơn vị bán lẻ Quầy tính tiền doanh nghiệp bán lẻ: Nơi lắp đặt sử dụng thiết bị giám sát liệu 15 Hình 18: Sơ đờ triển khai thiết bị giám sát liệu 3.8.2 Các nguy cách bảo mật phòng chống Phòng chống nguy phá hoại thiệt bị: Nguy phá hoại thiết bị bao gồm:  Xóa thơng tin ghi nhận thiết bị  Không nối thiết bị với mạng nội bộ, không nối với máy in Giải pháp phòng chống:  Chi cục thuế niêm phong SD Card giao thiết bị cho doanh nghiệp  Trạng thái thiết bị (đang bật / tắt) máy chủ ghi nhận cập nhật thường xuyên Phòng chống nguy liệu bị làm giả: Nguy liệu bị làm giả bao gồm:  Thơng tin hóa đơn làm giả gửi thẳng lên máy chủ, khơng thơng qua thiết bị Giải pháp phịng chống: 16  Máy chủ nhận thông tin từ thiết bị có địa MAC cấu hình BPC Platform  Dữ liệu gửi lên phải kèm mã hóa (AES) giải mã khóa chi cục thuế cấp  Quy trình mã hóa liệu có người phát triển hệ thống biết Phịng chống nguy phá hoại đường truyền mạng: Nguy phá hoại đường truyền mạng bao gồm:  Thông tin bị rị rỉ q trình truyền từ máy chủ doanh nghiệp đến máy chủ chi cục thuế  Thông tin bị trình truyền  Kết nối mạng doanh nghiệp chi cục thuế bị ngắt có chủ đích Giải pháp phịng chống:  Cấu hình sở liệu nhân viên chi cục thuế quản lý  Dữ liệu SD Card bảo vệ giấy niêm phong mở  Cả rõ mã hóa hóa đơn đồng lên máy chủ chi cục thuế  Kết nối máy chủ doanh nghiệp máy chủ chi cục thuế HTTPS, có máy có khóa secret_key cấp kết nối với máy chủ chi cục thuế KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỰC TẾ 4.1 # Tiêu chí đánh giá định tính Mức độ đáp ứng Tiêu chí Rất Thiết bị dễ lắp đặt Thiết bị dễ chỉnh sửa cấu hình Thao tác nhân viên quầy POS không bị ảnh hưởng Tốc độ in hóa đơn quầy POS khơng bị ảnh hưởng 17 Kém Trung Tốt Rất tốt bình                     Phần mềm xử lý trung tâm chi cục thuế dễ cài đặt Phần mềm xử lý trung tâm doanh nghiệp dễ cài đặt Trang Web Admin Portal chi cục thuế có đầy đủ chức dễ sử dụng Trang Web Admin Portal doanh nghiệp có đầy đủ chức dễ sử dụng Phần mềm đọc giải mã liệu BPC Reader dễ sử dụng 10 Hệ thống BPC không ảnh hưởng đến hoạt động hệ thống có doanh nghiệp 11 Giúp kiểm sốt xác thơng tin hóa đơn quầy POS Ý kiến phản hồi khác: 4.2 #                                    Tiêu chí đánh giá định lượng Số lượng Tiêu chí mẫu đánh giá thử nghiệm (0) Thiết bị BPC Capture quầy POS (1) Số Số mẫu mẫu đạt không đạt Máy chủ doanh nghiệp (2) Số mẫu ghi nhận Hóa đơn ngắn (dưới 1000 byte) Hóa đơn dài (trên 1000 byte) 18 Số mẫu không ghi nhận Máy chủ chi cục thuế (3) Số mẫu ghi nhận Số mẫu không ghi nhận Tỉ lệ thành công 4.3 Phản hồi doanh nghiệp 4.3.1 Công ty TNHH Song phát: Kết đánh giá định tính: # Mức độ đáp ứng Tiêu chí Rất Kém Trung bình Tốt Rất tốt Thiết bị dễ lắp đặt Thiết bị dễ chỉnh sửa cấu hình Thao tác nhân viên quầy POS khơng bị ảnh hưởng Tốc độ in hóa đơn quầy POS không bị ảnh hưởng Phần mềm xử lý trung tâm chi cục thuế dễ cài đặt Phần mềm xử lý trung tâm doanh nghiệp dễ cài đặt Trang Web Admin Portal chi cục thuế có đầy đủ chức dễ sử dụng Trang Web Admin Portal doanh nghiệp có đầy đủ chức dễ sử dụng Phần mềm đọc giải mã liệu BPC Reader dễ sử dụng                                              10 Hệ thống BPC không ảnh hưởng đến hoạt động hệ thống có doanh nghiệp 11 Giúp kiểm sốt xác thơng tin hóa đơn quầy POS Ý kiến phản hồi khác:           19 Kết đánh giá định lượng: # Tiêu chí đánh giá Số lượng Thiết bị BPC mẫu thử Capture nghiệm quầy POS (1) (0) Số Số mẫu mẫu đạt không đạt Hóa đơn 960 ngắn (dưới 1000 byte) Hóa đơn 960 dài (trên 1000 byte) Máy chủ doanh nghiệp (2) Máy chủ chi cục thuế (3) Số mẫu ghi nhận Số mẫu không ghi nhận Số mẫu ghi nhận Số mẫu không ghi nhận Tỉ lệ thành công 960 960 960 100 % 959 1(4) 960 960 99.9 % 4.3.2 Siêu thị Sài Gịn (Satra) Kết đánh giá định tính: # Mức độ đáp ứng Tiêu chí Thiết bị dễ lắp đặt Thiết bị dễ chỉnh sửa cấu hình Thao tác nhân viên quầy POS không bị ảnh hưởng Tốc độ in hóa đơn quầy POS khơng bị ảnh hưởng Phần mềm xử lý trung tâm chi cục thuế dễ cài đặt Phần mềm xử lý trung tâm doanh nghiệp dễ cài đặt Trang Web Admin Portal chi cục thuế có đầy đủ chức dễ sử dụng Trang Web Admin Portal doanh nghiệp có đầy đủ chức dễ sử dụng Phần mềm đọc giải mã liệu BPC Reader dễ sử dụng 20 Rất Kém Trung bình Tốt Rất tốt                                              10 Hệ thống BPC không ảnh hưởng đến hoạt động hệ thống có doanh nghiệp 11 Giúp kiểm sốt xác thơng tin hóa đơn quầy POS Ý kiến phản hồi khác:           Kết đánh giá định lượng: # Tiêu chí đánh giá Số lượng mẫu thử nghiệm (0) Hóa đơn in thực tế quầy thu ngân siêu thị 7568 Thiết bị BPC Capture quầy POS (1) Số Số mẫu mẫu đạt không đạt 7566 2(4) Máy chủ doanh nghiệp Máy chủ chi cục thuế (3) (2) Số mẫu ghi nhận 7566 21 Số mẫu không ghi nhận Số mẫu ghi nhận Số mẫu không ghi nhận 7566 Tỉ lệ thành công 99.7% KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ Những kết đạt Nhóm hồn thành việc thiết kế “firmware” phần mềm giám sát trung tâm hỗ trợ cho việc giám sát liệu qua máy in hóa đơn quầy thu ngân siêu thị cài đặt board tích hợp chip STM32F407VET6 Kiến trúc hệ thống trình bày chương thực hóa, cài đặt thành công kiểm thử Các sản phẩm kết nghiên cứu bao gồm:  Nghiên cứu giao thức truyền liệu 02 dòng máy in hóa đơn phổ biến thị trường bao gồm: Epson, Citizen  Thiết kế kiến trúc firmware cho thiết bị  Cài đặt module firmware cho thiết bị o USB o UART o RTC o SD card o Ethernet  Tích hợp chức firmware hệ điều hành thời gian thực FreeRTOS  Thiết kế xây dựng phần mềm giám sát trung tâm o Quản lý thiết bị: trạng thái mở hay tắt o Quản lý người dùng (phân hệ người quản trị) o Thống kê số lượng hóa đơn o Hiển thị nội dung hóa đơn  Phát triển chức thống kê doanh thu, sản phẩm bán hệ thống giám sát trung tâm phần mềm hỗ trợ đọc liệu giải mã từ thiết bị giám sát  Thử nghiệm kiểm thử 02 dòng máy in nói o In qua cổng UART: dịng máy EPSON TM-220B o In qua cổng USB: dòng máy CITIZEN Ngồi ra, giai đoạn đề tài, nhóm tiến hành bổ sung mơ hình triển khai, đề xuất bảo mật với việc triển khai thực tế hai doanh nghiệp Song Phát Siêu thị Sài 22 Gòn (SATRA) Kết triển khai thực tế chứng minh sản phẩm đề tài đạt tiêu chuẩn cần thiết lắp đặt quầy POS ghi nhận hóa đơn mà khơng gây ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động thường ngày doanh nghiệp Những kiến nghị chuyển giao đưa vào sử dụng thực tế Những kết kết bước đầu nghiên cứu, nhóm đề tài cố gắng tiến hành nhiều thử nghiệm phịng thí nghiệm thực tế doanh nghiệp, số vấn đề kỹ thuật phải hồn thiện thêm Chúng tơi nhận thấy sản phẩm/giải pháp thực có tiềm ứng dụng nhiều cấp độ khác (doanh nghiệp, quản lý nhà nước,…), nhóm đề tài mong muốn tạo điều kiện để phát triển đề tài dự án sản xuất thử nghiệm thành phố với phối hợp đơn vị liên quan Chi cục Thuế, hệ thống siêu thị, công ty cung cấp thiết bị ngành bán lẻ,… 23