今天我们来聊一聊如今与我们日常生活联系非常密切的一样东西——我们出行，就餐，购物，几乎是每天都可能会用到。没错，就是二维码。 谁能料到，一个小小的黑白码竟有如此广泛的用途，谁能料到这个看起来普普通通的黑白小方格正在潜移默化地改变着我们的生活？ 扫码添加好友：随时随地扩大自己的社交圈。 扫码支付：现在连路边卖水果的大爷都在微信、支付宝收款了，如果你还固执的使用现金支付，那真的是”out”了。 行程跟踪码：疫情以来，个人一码通作为疫情管控期间个人出行的关键电子凭证，为防疫流调打下了坚实的基础，是市民安全的重要保障。 这些都只是二维码最普通的应用场景，常见的还有扫一扫获取产品电子说明书，会员管理，广告推送等等。 还记得你是从什么时候开始使用二维码的吗？你了解二维码吗？为什么我们见到的二维码都有三个回形小方块呢？今天就让我们来揭开它神秘的面纱吧。 现在我们广泛使用的二维码是QR(Quick Response)码，最早出现在1994年，并在2001年引入中国后，迅速地融进了我们的生活。 二维码的组成和原理 二维码是由条形码改造而来。在商品包装上最常见，由黑白相间粗细不同的的竖条纹组成，商品的信息就藏在这个条形码中。 收银员通过扫描条形码就可获得商品信息，从而实现快速结账。条形码是在一个维度上携带信息的条码，二维码顾名思义就是在水平，垂直两个维度上都携带了信息，因此从条形变成了方块状。无论是条形码还是二维码，本质上都是个信息入口。 一个完整的二维码是由若干个黑色小方块和白色小方块组成的，首先是将数字、字母、符号等字符经过一定的运算编码规则转换成二进制的“0”和“1”，再经过一系列优化算法就得到了二维码。二维码上的白色小方块表示二进制的“0”，黑色小方块表示“1”。 二维码进行读取时，通过颜色反差读取到二维码上的01顺序，之后通过数字，字节，特殊字符，混合编码，汉字编码等来将二进制进行转为我们可以认识的字符。 二维码的生成遵循二进制编码，它们的排列方式就是信息的体现。它的基本功能区划分为： 位置探测图形、位置探测图形分隔符、定位图形：二维码的三个角落都分布着一个较大的回形黑白方块--位置探测图形，它和位置探测图形分隔符、定位图形一起帮助二维码在形成的过程中进行定位，减少错误排列的出现。不管你的手机是横着扫、竖着扫，还是斜着扫，它都知道二维码应该从哪个方向开始读。对每个QR码来说，它们的位置都是固定存在的，只是大小规格会有所差异。 格式信息：表示该二维码的纠错级别，级别越高，纠错能力越强。例如，需要编码的码字数据有100个，并且想对其中的一半，即对50个码字进行纠错，则计算方法如下。纠错需要相当于码字2倍的符号（RS编码※），因此在这种情况下的数量为50个×2＝100码字。因此，全部码字数量为200个，其中用作纠错的码字为50个，所以计算得出，相对于全部码字的纠错率就是25%。这一比率相当于QR码纠错级别中的“Q”级别。Level L：最多7% 的字码可被修正。Level M：最多15% 的字码可被修正。Level Q：最多25% 的字码可被修正。Level H：最多30% 的字码可被修正。 校正图形：在图像有一定程度损坏的情况下，译码软件可以通过它同步图像模块的坐标映像。不同规格的二维码校正图形的数量和位置是不一样。规格确定，它的数量和位置也就确定了。 数据和纠错码字：实际保存的二维码信息和纠错码字。这是二维码的一种容错机制，举个例子假设一个二维码有30%以下的面积被遮盖或者去除时，二维码扫描器依然能够从这个残缺的二维码中准确获取信息。 版本信息：即二维码的规格，QR码符号共有40种规格的矩阵，从21x21（版本1），到177x177（版本40），每一版本比前一版本在纵向和横向各自增加4个模块。二维码的各个版本结合数据量、字符类型和纠错级别，均有对应的最多输入字符数，需根据实际需求选定。如果增加数据量，就需要更多的码元，二维码就会越大。 当扫描设置开始扫描二维码时，根据位置探测图形、位置探测图形分隔符、定位图形迅速提取待识别区域。有时候我们用手机或者其他设备扫描二维码时并不是正对着二维码，或者，即使是正对着二维码，也会在一定程度上造成二维码倾斜，拉伸等等变形。但是我们发现这并不能影响二维码的识别，那么设计成一些固定比例的长方形块的校正图形就可以帮助设备对被扫描图片进行正确的矫正。 总结下，我们二维码的的识别过程大致如下：打开手机或其他设备扫一扫对准二维码，扫描失败，告知返回上一步，重新开始。显示扫描框，方便用户对准二维码。 二维码会被耗尽吗？ 如今地球上几乎每个国家每天都在使用二维码，而且每日使用的数量超过100亿个，那么二维码终有一天会被用完吗？这就要看看人类能够制作出多少个二维码了。 二维码有很多种类（QR码只是其中一种，其他常见的还有QR Code、Code 49、Code 16K等等），每一种二维码都可以承载很多信息。同一种二维码，由于各种版本的差异，每个版本都能搭载很多信息。二维码的编码方式不同，包含的信息也是不同的。二维码是可以重复使用的，比如，可以让同一个二维码可以实现不同链接跳转，用同一个二维码可以让在不同时间不同地点人们扫描看到不同的内容。我们目前使用的最小二维码为例，规格是21×21，其中就包含了21×21个可排列的点，这些点都能表示1或者0。因此按照排列组合的方法进行计算，那就是2的441次方，展开的话就是5.678×10^132，这个数字已经是天文数字了。仅仅一个版本一种编码方式的二维码就可以存储如此多的信息量，以人类一天用掉100亿个二维码的速度来进行计算，我们完全不用担心二维码会用完。 二维码安全问题 “码上生活”给我们带来便利的同时，安全问题也随之而来。由于二维码生成器很容易从网上获得且发布又没有限制，因此很容易被一些不法分子利用实施网络诈骗。 分享一个真实的案例：李先生在某电商平台购物时，看中一家网店的液晶电视，价格要比市面上的便宜近千元。店主声称可以拿到低价“私货”，李先生便接受了店主让他通过扫描二维码进行支付的要求。李先生通过手机扫描了店主发来的二维码后，进入一个支付界面，输入银行账号和密码后点击支付，但发现支付失败。店主告诉他可能是系统出现故障，让他重新扫描。李先生先后扫描了七次，全都以失败告终，无奈只能取消交易。但随即发现自己银行卡被扣17000余元，此时才反应过来自己被骗了。因此树立防范意识，提高对二维码的认识，学会正确使用二维码十分必要。 骗子虽狡猾，但换汤不换药。我们日常使用的时候，要留心哦。 以下是一些二维码的常见陷阱，大家要多加小心哦： 二维码诈骗钓鱼二维码免费领奖品等等那么如何能加强二维码安全，降低扫码风险呢？ 要保障二维码的安全，需要在以下四个方面作出努力： 企业在对外提供二维码时，要确保二维码的安全。我们在扫描二维码时，一是使用由安全鉴别功能的终端，二是要有安全意识，不扫描来路不明的二维码。国家立法保护与二维码支付有关的行为。技术发展，有更安全、适合汉字、包含更多信息的“汉信码”。 目前二维码主要适用于移动支付，所以我们国家支付清算协会向各个支付机构下发了《条码支付业务规范》，在此规范中明确指出支付机构开展条码业务需要遵守的安全标准，这也是保证我们在日常使用二维码时更加安全。而我们也要树立防范意识，提高对二维码的认识，正确使用二维码，购物支付时注意保护支付码，让二维码给我们的生活带来更多便利。 随着我国科学技术的发展，我们国家也在研发属于我们自己的“二维码”--汉信码，2021 年 7 月 28 日，汉信码 ISO 国际标准项目获全票通过。8 月 27 日，汉信码 ISO 国际标准 ISO/IEC 20830《信息技术 自动识别与数据采集技术 汉信码条码符号规范》（Information technology — Automatic identification and data capture techniques — Han Xin Code bar code symbology specification）正式出版。这是我们国家自主研发，并且相较于国际上其他的二维码而言，汉信码更适合汉字信息的表示，并且能够容纳更多的信息。 转载内容仅代表作者观点 不代表中科院物理所立场 如需转载请联系原公众号 来源：中兴文档
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