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什么是二维码,其工作原理是什么?

您可能看到过二维码。从网站到广告,它们无处不在。它们看起来有点像条形码,但不是垂直条纹,而是由方形图案组成。随着越来越多的企业开始使用二维码,它们变得越来越可识别,许多智能手机现在都内置了二维码阅读器。

链接到 kaspersky.com 的二维码

但这些所谓的二维码到底是什么,其工作原理是什么?本文为您提供上述所有问题的答案...

定义:二维码中的 QR 代表什么?

QR 代表“Quick Response”(快速响应)。

虽然二维码看起来很简单,但实际上能够存储大量数据。但无论二维码包含多少数据,当用户扫描时,应该能立即获取信息 – 因此它被称为快速响应码。

二维码的简要历史

第一个二维码系统由日本公司 Denso Wave(Toyota 的子公司)于 1994 年发明。他们当时需要一种在制造过程中准确跟踪车辆和零件的方法。为了实现这一目标,他们希望开发一种可以编码汉字、假名和字母数字字符的条形码。

超越条形码

普通条形码只能从一个方向读取 – 从上到下。这意味着它们只能存储少量信息,通常为字母数字格式。

但是二维码从两个方向进行读取(因此有时也称为“二维条形码”)– 从上到下和从右到左。这样可以容纳更多数据。

二维码背后的开发团队希望让条码易于扫描,这样操作人员不会将时间浪费在调整正确的扫码角度上,并且他们希望其设计独特以便于识别。这使得他们选择了至今仍在使用的标志性正方形。

第一代二维码花了一年多的时间开发。它能够容纳多达 7000 个数字加汉字字符,并且读取速度比普通条形码快十倍。

二维码变为开源

二维码在发布后迅速被汽车行业采用。这在当时尤其重要,因为日本的许多消费者要求大型公司提高透明度。他们希望确切地知道其产品的来源 – 不仅是汽车,还有食品、药品和其他产品。二维码从而逐渐融入整个制造业。

Denso Wave 非常大方地公开了他们的二维码,同时声明他们不会行使专利权。这意味着任何人都可以制作和使用自己的二维码,即使在今天也是如此。然而,这个理念的实施却很缓慢。虽然二维码本身很容易制作,但二维码阅读器一般不对公众开放。直到...

2002 年:第一台移动式二维码阅读器

2002 年,第一台包含内置二维码阅读器的手机在日本上市。这使得使用二维码的公司数量增加,并且首批面向消费者的二维码开始出现。

同时,该技术也继续发展。2004 年,微型二维码问世,2008 年,iQR 二维码(具有矩形模块)发布。

另外,大约在这个时候,第一代 iPhone 上市,让二维码阅读器到了全球更多消费者的手中。在意识到二维码在销售和营销方面的潜力后,许多品牌和组织开始打造自己的二维码。

二维码的黄金时代

2012 年,二维码在诞生十八年后,被授予工业设计优良设计奖。

此时,二维码已经遍及全球 – 从广告牌到杂志再到传单,甚至在一些相当不寻常的地方,都能看到它的身影。

即使到了 2020 年的今天,Denso Wave 仍在继续改进其原始设计。他们的现代二维码具有集成的解决方案,如可追溯性、品牌保护和防伪措施。二维码还有许多新用途,从转账支付到确定增强现实中物体的位置。

二维码的工作原理

二维码内的图案代表二进制代码,经过解释后可显示代码存储的数据。

二维码阅读器可以根据二维码外侧的三个较大方块来识别标准二维码。当它识别出这三个形状后,就知道整个方块内包含的内容是一个二维码。

二维码阅读器随后将整个二维码分解到网格进行分析。它查看每个网格方块,并根据方块是黑色还是白色来为其分配一个值。然后将网格方块组合在一起,创建更大的图案。

手机上的二维码

二维码由哪些部分组成?

一个标准的二维码可基于六个组成部分进行识别:

静态区域 (Quiet zone)

这是二维码外侧的空白边框。如果没有这个边框,二维码阅读器会因为外界因素的干扰而无法确定二维码包含和不包含的内容。

寻像图案 (Finder pattern)

二维码通常在左下角、左上角和右上角包含三个黑色方块。这些方块告诉二维码阅读器它看到的是一个二维码,以及二维码的外部边框在哪里。

校准图案 (Alignment pattern)

这是二维码右下角附近的某个位置包含的另一个较小方块,用于确保二维码在倾斜或有角度的情况下仍然可以阅读。

定位图案 (Timing pattern)

这是一条 L 形线,在寻像图案的三个方块之间。定位图案帮助阅读器识别整个二维码中的各个方块,同时使损坏的二维码仍有可能被阅读。

版本信息 (Version information)

这是二维码右上角寻像图案附近的一小块信息区域。它标识了正在阅读的二维码的版本(请参阅“二维码有哪四个版本?”)。

数据单元 (Data cell)

二维码的其余部分传达实际信息,即所包含的 URL、电话号码或消息。

二维码有哪四个版本?

二维码可用于多种不同用途,但谈到类型时,有四种被广泛接受的类型。所使用的版本决定了数据的存储方式,称为“输入模式”。它可以是数字、字母数字、二进制或汉字。模式的类型通过二维码中的版本信息区域传达。

数字模式

此模式对应十进制数字 0 到 9。这是最高效的存储模式,最多可存储 7089 个字符。

字母数字模式

此模式对应十进制数字 0 到 9,加上大写字母 A 到 Z,以及符号 $、%、*、+、-、.、/、: 和空格。 最多可存储 4296 个字符。

字节模式

此模式对应 ISO-8859-1 字符集中的字符。最多可存储 2953 个字符。

汉字模式

此模式对应 Shift JIS 字符集中的双字节字符,用于对日语字符进行编码。这是 Denso Wave 最初开发的原始模式。不过,这种模式后来变得效率最低,只能存储 1817 个字符。

还有一种汉字模式称为扩展通道解释 (ECI) 模式,它指定汉字字符集 UTF-8。然而,一些较新的二维码阅读器无法读取此字符集。

还有两种模式是其他类型的修改:

结构化追加模式

此模式可将数据编码到多个二维码,最多可以同时阅读 16 个二维码。

FNC1 模式

此模式允许二维码用作 GS1 条形码。

一个二维码能使用多种模式吗?

可以,只要每种二维码都包含正确的版本信息区域。

使用二维码支付

二维码的优势是什么?

二维码旨在改进条形码的设计。

它可以比条形码包含更多信息

一个条形码只能包含一串数字代码形式的信息。这在零售等环境中非常实用,因为它可以快速准确地标识附有唯一编号的产品。不过,它的能力也仅限于此。

而二维码可以包含更多不同类型的信息(例如单词和字符)。实现这一切所占用的空间与条形码大致相同,而且同样易于生成和打印。

错误更少

您是否遇到过这种情况:拿商品去结账并扫码,结果机器显示出完全错误的商品?这种情况很罕见,但确实会发生,通常是因为条形码没有防止复制。但是,二维码的信息存储容量更大,这给了它内置防故障机制的空间。

易于阅读

条形码需要特殊技术来阅读和解释,而二维码可以使用智能手机和数码相机进行阅读和理解。这使得二维码在面向消费者的市场营销活动等方面更加有用。

易于打印

和条形码一样,二维码只需要黑白印刷(虽然可以使用任意颜色甚至多种颜色)。

更安全

可以对二维码中的信息进行加密,提供额外级别的保护。

二维码有哪些不同类型?

可以创建多种不同形状和样式的二维码,但有五种类型是最常见的。它们的作用相同 – 只是看起来略有不同。

二维码

这是 Denso Wave 在上世纪 90 年代创造的二维码的原始版本。可以很容易地通过左下角、左上角和右上角的三个寻像图案来识别。

Aztec 码

Aztec 码看起来与二维码相似,它由 Welch Allyn 开发,仅包含一个位于中间的寻像图案。

链接到 kaspersky.com 的 Aztec 码

MaxiCode

美国邮政服务使用这种类型的二维码。它与 Aztec 码相似,将寻像图案放在中间,但它使用的是一个蜂窝图案而不是方块。

链接到 kaspersky.com 的 Maxicode

PDF417

在 1991 年由 Symbol Technologies 的 Ynjiun Wang 发明,这个名字很奇怪的 PDF417 比二维码早了三年。它看起来像是二维码和条形码的混合,可以很容易地通过其矩形形状识别。

链接到 kaspersky.com 的 PDF417

Semaco

由同名软件公司开发,Semacode 是一个数据矩阵,看起来很像普通的二维码,但没有可识别的寻像图案。

链接到 kaspersky.com 的 Semacode

如何在 iPhone、iPad 或 Android 设备上扫描二维码?

大多数智能手机有内置的二维码扫描器。一些最近上市的智能手机(如最新的 Google Pixel 手机和 iPhone)已在摄像头中内置了二维码扫描器。

如何使用二维码

甚至一些平板电脑(例如 Apple iPad)也在摄像头中内置了二维码阅读器。

某些较旧的设备可能需要特殊的应用程序才能阅读二维码,但您会发现在 Apple App Store 和 Google Play 上不乏这些应用程序。

使用您的设备扫描二维码再简单不过了:

  1. 在智能手机上打开二维码阅读器应用程序或摄像头
  2. 将其指向二维码 – 您应该能从任何角度对准相机,并且仍会收到必要信息
  3. 数据会立即显示在屏幕上 – 例如,如果二维码包含联系人详细信息,这些信息应该立即下载到您的手机上

二维码可以包含哪些信息?

和条形码一样,二维码也能存储数据。这些数据可以包括网站 URL、电话号码或多达 4000 个字符的文本。

二维码还可以用于:

  • 直接链接下载 Apple App Store 或 Google Play 上的应用程序
  • 对在线帐户进行身份验证并验证登录详细信息
  • 通过存储 SSID、密码和加密类型等加密信息来接入 Wi-Fi
  • 发送和接收支付信息

在哪里可以找到二维码?

二维码最初是为了帮助在汽车制造中跟踪零件而发明的,但至今仍在整个制造业中使用。

您还会发现,其他需要密切关注产品和供应的企业(如建筑、工程和零售行业)也在使用二维码。

它们也被世界各地的邮政服务使用。由于它们包含了大量信息(如邮政地址),它们正越来越多地用来跟踪包裹。

现在,大学也使用二维码来帮助与学生互动。从教室到图书馆,二维码无处不在,比如用来帮助学生找到他们正在寻找的书籍。

二维码在营销和广告活动中的使用示例

然而,在日常生活中,更有可能在销售和营销活动中看到二维码。

许多广告商喜欢在他们的活动中使用二维码,因为它提供了比手动输入 URL 更快更直观的方式来引导人们访问网站。

二维码甚至可以用来直接链接到在线产品页面。例如,如果您在寻找海报中模特所穿的服装,一个二维码就可能直接链接到可以购买该服装的网页。

您可能还会在一些您喜欢的产品的包装上找到二维码。这些二维码可以显示有关产品的信息(例如营养信息)或者您可以在下次购买时使用的特别优惠。

二维码的使用和定义

您可以在任何地方放置二维码。所以,如果您开始看到它们出现在从名片到指示牌甚至收据上的任何地方,都不要感到惊讶。

如何制作二维码?

制作二维码比您想象的要容易得多。

通过 Apple App Store 和 Google Play 可以下载几十种适用于智能手机的二维码生成器。

您也可以使用许多网站在线生成二维码,例如:

使用二维码生成器的好处是,您可以根据输入的信息(无论是 URL、联系卡、日历事件还是文本)轻松生成二维码,使用不同的颜色自定义设计,并立即下载和分享图像文件。

设计完二维码后,您可以使用不同的介质重现它。只要二维码的形状可以被智能手机读取和理解,可以用几乎任何东西制作二维码。

制作二维码的创意方法

2017 年,在中国郑州,西亚斯国际学院的 2500 多名学生聚集在一起,组成了世界上最大的人体二维码。学生们撑起雨伞拼出长宽各达 51 米的二维码。在扫描该二维码后,学生们获得了来自滴滴快车的特别优惠。

还是在中国,在西林水村,超过 13 万棵桧柏种植在 12 亩土地上形成二维码的形状,可以从高空俯瞰。该二维码会引导用户查看西林水的官方旅游页面。

很多公司想出了其他富有创意的地方来制作二维码。以下是一些更有想象力的二维码使用方式:

  • 作为橡皮图章
  • 印在 T 恤上
  • 圣诞节礼物标签上

二维码 - 常见问题

二维码必须是黑白的吗?

不,它们其实可以是任何颜色的,只要明暗区域对比明显即可。事实上,二维码甚至可以是多色的。

很多人使用二维码吗?

数据显示,二维码的使用在增加。根据 Scanova 和 Statista 的数据,估计 2020 年将有 1100 万个家庭扫描二维码 – 这比 2018 年估计的 976 万次扫描有很大增长。

这主要是因为三个原因:智能手机的普及率从 2014 年的 10% 上升到 2018 年的 36%,同时高速移动互联网从 2014 年的 48% 增长到 2018 年的 61%。而且,现在许多新智能手机都内置了二维码扫描器,使更多人在外出时能够扫描二维码。

二维码安全吗?

由于二维码包含大量数据,因此有可能被用于隐藏网络钓鱼信息。

老练的黑客还可以利用二维码引导用户下载伪装的恶意软件,或者强制用户手机发送高价收费短信。

对于指向 URL 的二维码,它们将用户引导到的域有可能被黑。在一个著名的例子中,一家不愿透露名字的德国调味品公司意外地将扫描其二维码的用户引导至一个成人网站。

如何防范恶意二维码

难以预料您在何时何地会遇到受感染的二维码。因此选择可以信任的二维码扫描器至关重要。

Kaspersky QR Scanner 会在所扫描的链接向用户提交任何信息前即时检查该链接是否安全。

这样您就知道二维码背后是否存在危险,例如:

  • 网络钓鱼诈骗
  • 强制下载应用或高价收费短信诈骗
  • 危险链接

Kaspersky QR Scanner 仍然提供了您需要的一切二维码扫描器功能,例如将联系人添加到手机中。但它还会创建一个过去扫描操作的日志,这样您可以追溯何时何地可能被入侵。

相关链接:

二维码指南及如何扫描二维码

什么是二维码,其工作原理是什么?对于这些神秘而创新的条形码,我们将介绍您需要了解的一切。
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