從掃碼購(gòu)物到“碼”上創(chuàng)業(yè)，小小的二維碼已在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。清華大學(xué)中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)研究中心與騰訊聯(lián)合發(fā)布的《2020碼上經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)疫報(bào)告》顯示，2020年第一季度，中國(guó)“碼上經(jīng)濟(jì)”交易額同比增加25.86%，1月23日至5月6日，政企個(gè)人總用碼量達(dá)1400億次，人均節(jié)約耗時(shí)29.2小時(shí)。

現(xiàn)實(shí)與虛擬連接，線上與線下融合，人們?cè)絹碓诫x不開這些“小方塊”，然而輕松一掃的背后其實(shí)隱藏著“大科技”。

超越一維碼，小小“方塊”脫穎而出

上個(gè)世紀(jì)60年代至70年代，條形碼聯(lián)合發(fā)明人諾曼·伍德蘭德發(fā)明了一維碼(條形碼)，變革了全球商業(yè)活動(dòng)，為消費(fèi)者的超市購(gòu)物節(jié)省了大量時(shí)間。然而在幾十年的發(fā)展中，由寬度不等的多個(gè)黑條和空白組成的一維碼出現(xiàn)數(shù)據(jù)容量小、損壞后無法讀取等多種問題。

為了彌補(bǔ)這些缺陷，1994年，日本電裝公司正式宣布公開首個(gè)二維碼(QuickResponseCode，QRCode)。“在二維碼圖案中，白色的方塊代表0，黑色的方塊代表1。二維碼技術(shù)將一個(gè)字符串轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼，然后加上定位標(biāo)志信息、定時(shí)標(biāo)志信息、校正標(biāo)志信息以及內(nèi)容信息等主要信息，最后經(jīng)過混亂技術(shù)得到最終的編碼。”南京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授徐小龍?jiān)诮邮苤芸浾卟稍L時(shí)說。

以矩陣形式承載信息的二維碼為何能超越它的“前輩”一維碼?對(duì)此，徐小龍表示，首先，二維碼的信息容量更大。“一維碼只能由數(shù)字和字母組成，數(shù)據(jù)容量小，而二維碼能存儲(chǔ)漢字、數(shù)字圖片、指紋和聲音等多模態(tài)信息;一維碼只能在一個(gè)方向(一般是水平方向)上表達(dá)信息，而二維碼在水平和垂直方向都可以存儲(chǔ)信息。”此外，二維碼譯碼更準(zhǔn)確。二維碼的譯碼誤碼率為千萬分之一，這比普通條形碼百分之二的譯碼誤碼率要低很多。為了防止信息被盜取，二維碼中還可以引入加密措施。

根據(jù)QR碼國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)，目前普通二維碼有40個(gè)版本，版本越大，尺寸越大。最小的版本1是一個(gè)21×21的正方形，版本號(hào)每加1，正方形的邊長(zhǎng)就多4格，最大的版本40是一個(gè)177×177的正方形。那么，不同密度的二維碼所包含的信息有區(qū)別嗎?“不同密度的二維碼所包含的信息，其編碼的字符、容錯(cuò)率均不同。密度越低，編碼的字符個(gè)數(shù)越少、容錯(cuò)率越低。”徐小龍解釋，二維碼容錯(cuò)率即二維碼圖標(biāo)被遮擋多少后，仍可以被掃描出來的能力。目前，典型的二維碼的容錯(cuò)率分為7%、15%、25%、30%四個(gè)等級(jí)，容錯(cuò)率越高，越容易被快速掃描。“但是，容錯(cuò)率越高，二維碼里面的黑白格子也就越多。因此，對(duì)于目前主流手機(jī)，在絕大多數(shù)掃描場(chǎng)景下，仍普遍應(yīng)用7%容錯(cuò)率的二維碼就能滿足需求。”

二維碼上為何有三個(gè)小方塊?

一般來說，二維碼是一個(gè)字符串形式的網(wǎng)頁URL，而當(dāng)我們拿起手機(jī)掃描二維碼，就是識(shí)別出這個(gè)網(wǎng)頁URL并點(diǎn)擊訪問的過程。徐小龍進(jìn)一步說明，當(dāng)手機(jī)等終端的軟件掃描二維碼，會(huì)給云端服務(wù)器傳送數(shù)據(jù)，即發(fā)送一條信息給服務(wù)器;服務(wù)器在收到數(shù)據(jù)后，就會(huì)反饋對(duì)應(yīng)的信息在手機(jī)等終端上，說明該二維碼鏈接被掃描了，并且用戶可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作;這里需要特別當(dāng)心，如果是惡意二維碼，對(duì)應(yīng)著惡意的URL鏈接，可能導(dǎo)致下載病毒等惡意代碼導(dǎo)致手機(jī)被侵害。

細(xì)心的讀者可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，每一枚二維碼上都會(huì)有三個(gè)小方塊，這對(duì)于掃碼來說有何作用?實(shí)際上，這三個(gè)方塊是二維碼位置信息，用于二維碼的定位，可以幫助機(jī)器正確地解讀和識(shí)別。換句話說，有了這三個(gè)小方塊，就可以完整定位一個(gè)正方形，從而確定數(shù)據(jù)范圍。不管是正著掃、傾斜掃甚至是鏡像翻轉(zhuǎn)，手機(jī)都能正常識(shí)別。

在實(shí)際生活中，為什么有的二維碼被污損了也可以被正常識(shí)別?奧秘正是二維碼中“容錯(cuò)機(jī)制”的存在。即使沒有辨識(shí)到全部的條碼，容錯(cuò)機(jī)制也可以幫助掃碼正確還原條碼上的信息，確保殘損條碼的可靠性。東南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院副教授宋宇波表示：“為了提高掃描成功率，二維碼中不僅會(huì)引入糾錯(cuò)碼，還會(huì)加入冗余信息，即信息數(shù)據(jù)在不同位置重復(fù)放置。因此，即便部分缺失有誤，也不妨礙對(duì)二維碼的‘整體識(shí)別’，它可進(jìn)行一定范圍的信息推演。”

有意思的是，人們經(jīng)常都在掃描二維碼，那么它是否有一天會(huì)被用完?答案是：理論上二維碼的數(shù)量是有限的，但現(xiàn)實(shí)中根本用不完。以25x25的二維碼為例，除去定位用的方塊和冗余糾錯(cuò)的方塊等，還剩下478個(gè)方塊。按照二進(jìn)制，每個(gè)方塊只有黑或白兩種選擇，所以478個(gè)小方塊理論上一共可以組合2^478個(gè)二維碼。以目前40個(gè)尺寸的二維碼能組合的條碼數(shù)來看，根據(jù)專家推算，全球七十多億人每秒換一個(gè)二維碼，用從宇宙大爆炸到今天的138億年的時(shí)間，也僅僅能消耗一小部分。宋宇波告訴記者：“二維碼包含200多個(gè)字節(jié)的信息量，短時(shí)期內(nèi)能夠滿足市場(chǎng)所需。”

“碼上經(jīng)濟(jì)”激發(fā)價(jià)值裂變

外出購(gòu)物沒帶錢包，掃碼支付即可以輕松脫“困”;給孩子買的牛奶不知真?zhèn)危瑨叽a溯源，“碼”上安全;疫情期間，手機(jī)屏幕上一枚綠色的“健康碼”成為了全國(guó)各地人正常出入公共場(chǎng)所的“身份證”。中關(guān)村工信二維碼技術(shù)研究院院長(zhǎng)張超表示，中國(guó)已成為二維碼應(yīng)用最廣泛的國(guó)家，中國(guó)二維碼應(yīng)用占全球九成以上。

通過二維碼支付構(gòu)成了以小程序、公眾號(hào)、二維碼支付等工具為核心的“碼上經(jīng)濟(jì)”開放生態(tài)，實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈向價(jià)值網(wǎng)的升級(jí)，激發(fā)傳統(tǒng)商業(yè)價(jià)值裂變。以微信支付為例，2019年微信生態(tài)帶來的“碼上經(jīng)濟(jì)”規(guī)模達(dá)到8.58萬億元，微信帶動(dòng)“碼上經(jīng)濟(jì)”就業(yè)機(jī)會(huì)2601萬個(gè)。中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院研究員吳靜表示，微信開放生態(tài)推動(dòng)二維碼在社會(huì)經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了基于二維碼的社交網(wǎng)絡(luò)到商業(yè)網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值裂變。

不過，“碼上經(jīng)濟(jì)”繁榮外表之后仍存在一些安全隱患。“比如有黑客會(huì)將一個(gè)更小的黑白方塊嵌入在二維碼中間，使用者很難識(shí)別這種陷阱，一旦按流程輸入信息，就可能受到網(wǎng)絡(luò)安全攻擊。”宋宇波告訴記者，提高信息含量、提升安全性能是當(dāng)前二維碼發(fā)展的兩個(gè)重要方向。技術(shù)界將通過算法優(yōu)化、軟件升級(jí)等辦法為二維碼“加密”，提升安全性能。