你扫码时发生了什么？二维码背后的“大科技”

从扫码购物到“码”上创业，小小的二维码已在众多领域得到广泛应用。清华大学中国经济社会数据研究中心与腾讯联合发布的《2020码上经济战疫报告》显示，2020年第一季度，中国“码上经济”交易额同比增加25.86%，1月23日至5月6日，政企个人总用码量达1400亿次，人均节约耗时29.2小时。

　　现实与虚拟连接，线上与线下融合，人们越来越离不开这些“小方块”，然而轻松一扫的背后其实隐藏着“大科技”。

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　　日本公司发明了首个二维码

　　上个世纪60年代至70年代，条形码联合发明人诺曼·伍德兰德发明了一维码(条形码)，然而在几十年的发展中，由宽度不等的多个黑条和空白组成的一维码出现数据容量小、损坏后无法读取等多种问题。

　　为了弥补这些缺陷，1994年，日本电装公司正式宣布公开首个二维码。“在二维码图案中，白色的方块代表0，黑色的方块代表1。二维码技术将一个字符串转换成二进制编码，然后加上定位标志信息、定时标志信息、校正标志信息以及内容信息等主要信息，最后经过混乱技术得到最终的编码。”南京邮电大学计算机学院教授徐小龙在接受采访时说。

　　以矩阵形式承载信息的二维码为何能超越它的“前辈”一维码？对此，徐小龙表示，首先，二维码的信息容量更大。“一维码只能由数字和字母组成，数据容量小，而二维码能存储汉字、数字图片、指纹和声音等多模态信息；一维码只能在一个方向(一般是水平方向)上表达信息，而二维码在水平和垂直方向都可以存储信息。”此外，二维码译码更准确。为了防止信息被盗取，二维码中还可以引入加密措施。

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　　二维码上为何有三个小方块？

　　一般来说，二维码是一个字符串形式的网页URL，而当我们拿起手机扫描二维码，就是识别出这个网页URL并点击访问的过程。徐小龙进一步说明，当手机等终端的软件扫描二维码，会给云端服务器传送数据，即发送一条信息给服务器；服务器在收到数据后，就会反馈对应的信息在手机等终端上，说明该二维码链接被扫描了，并且用户可以进行对应的操作；这里需要特别当心，如果是恶意二维码，对应着恶意的URL链接，可能导致下载病毒等恶意代码导致手机被侵害。

　　细心的读者可能会发现，每一枚二维码上都会有三个小方块，这对于扫码来说有何作用？实际上，这三个方块是二维码位置信息，用于二维码的定位，可以帮助机器正确地解读和识别。换句话说，有了这三个小方块，就可以完整定位一个正方形，从而确定数据范围。不管是正着扫、倾斜扫甚至是镜像翻转，手机都能正常识别。

　　在实际生活中，为什么有的二维码被污损了也可以被正常识别？奥秘正是二维码中“容错机制”的存在。即使没有辨识到全部的条码，容错机制也可以帮助扫码正确还原条码上的信息，确保残损条码的可靠性。东南大学网络空间安全学院副教授宋宇波表示：“为了提高扫描成功率，二维码中不仅会引入纠错码，还会加入冗余信息，即信息数据在不同位置重复放置。因此，即便部分缺失有误，也不妨碍对二维码的‘整体识别’，它可进行一定范围的信息推演。”

　　有意思的是，人们经常都在扫描二维码，那么它是否有一天会被用完？答案是：理论上二维码的数量是有限的，但现实中根本用不完。以目前40个尺寸的二维码能组合的条码数来看，根据专家推算，全球七十多亿人每秒换一个二维码，用从宇宙大爆炸到今天的138亿年的时间，也仅仅能消耗一小部分。宋宇波告诉记者：“二维码包含200多个字节的信息量，短时期内能够满足市场所需。”

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　　中国二维码应用占全球九成以上

　　外出购物没带钱包，扫码支付即可以轻松脱“困”；给孩子买的牛奶不知真伪，扫码溯源，“码”上安全；疫情期间，手机屏幕上一枚绿色的“健康码”成为了全国各地人正常出入公共场所的“身份证”。中关村工信二维码技术研究院院长张超表示，中国已成为二维码应用最广泛的国家，中国二维码应用占全球九成以上。

　　不过，“码上经济”繁荣外表之后仍存在一些安全隐患。“比如有黑客会将一个更小的黑白方块嵌入在二维码中间，使用者很难识别这种陷阱，一旦按流程输入信息，就可能受到网络安全攻击。”宋宇波告诉记者，提高信息含量、提升安全性能是当前二维码发展的两个重要方向。技术界将通过算法优化、软件升级等办法为二维码“加密”，提升安全性能。