每天都掃的二維碼，你知道它的技術(shù)原理嗎？ 每天都掃的二維碼，你知道它的技術(shù)原理嗎？

引言

二維碼已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚慕M成部分了，登錄需要掃一掃二維碼、買東西付錢需要掃一掃二維碼、開會簽到也需要掃一掃二維碼，那么如此廣泛使用的二維碼技術(shù)，背后的原理是怎樣的呢？本文將結(jié)合二維碼的發(fā)展歷程以及典型應(yīng)用場景，分析二維碼背后的技術(shù)原理。

?

二維碼發(fā)展簡史

2.1 條形碼的誕生

在理解二維碼技術(shù)原理之前，我們先來簡單看下它是怎么發(fā)展起來的。早在1948年，伯納德·塞爾沃還是費城煤氣科技學(xué)院的一名研究生，在一次偶然的機(jī)會他得知當(dāng)?shù)氐囊患页械睦习逑胍洪L幫忙設(shè)計一種可以掃描商品價格的裝置，用以提高超市內(nèi)貨品銷售的效率。因為超市里的收銀員在結(jié)算貨品的時候每次都需要手動輸入架構(gòu)，超時客流量達(dá)的時候，收銀員結(jié)算效率十分低下。但是院長覺得這是一件非常不容易做到的事情。

然而伯納德·塞爾沃與他的朋友約瑟夫·伍德蘭德卻覺得這是一個巨大的商機(jī)，決定要好好設(shè)計做出個可以商用的產(chǎn)品出來。在嘗試了紫外線照射石墨發(fā)光的方案、盲點系統(tǒng)以及點線符號系統(tǒng)等方案之后，由于當(dāng)時的技術(shù)限制，都沒有得到廣泛的應(yīng)用。

轉(zhuǎn)眼時間來到了20世紀(jì)60年代，伍德蘭德始終沒有放棄當(dāng)年那么沒有實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的金點子。此時他已經(jīng)是IBM的一位工程師了，在公司期間，他不斷闡述自己關(guān)于條形碼的技術(shù)實現(xiàn)想法，同事不斷強(qiáng)調(diào)條形碼的商業(yè)價值。與此同時，激光以及計算機(jī)已經(jīng)開始應(yīng)用起來，條形碼實現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)完成。大概在1969年，伍德蘭德參與到IBM公司投入的由喬治·勞雷爾負(fù)責(zé)的超市掃描儀和標(biāo)簽研究項目組中，經(jīng)過幾年的潛心研究，IBM終于推出了可識別的條形碼。

在1974年6月26日的這一天，世界上第一個條形碼掃描器被安裝在俄亥俄州特洛伊的馬什超市里。第一件被掃描的商品是10包箭牌的多汁水果味口香糖，這包口香糖如今已被美國歷史博物館收藏 。而后，條形碼被廣泛應(yīng)用于商品、書籍、郵政等系統(tǒng)中，極大地提升了業(yè)務(wù)運行效率。

我們可以看得出來推動技術(shù)進(jìn)步的往往都是現(xiàn)實生活中的業(yè)務(wù)需求。但是隨著條形碼的廣泛用，它的不足之處逐漸顯現(xiàn)出來：

1、條形碼的數(shù)據(jù)表示內(nèi)容非常有限，只能表示數(shù)字以及字母，無法表示更多的其他字符信息；

2、條形碼表示的數(shù)據(jù)量也非常有限，如果想要包含更多的數(shù)據(jù)只能不斷的進(jìn)行水平拉伸，導(dǎo)致條形碼越來越大，不利于商用；

3、條形碼如果出現(xiàn)變形或者條形丟失就會造成數(shù)據(jù)的不可獲取，影響業(yè)務(wù)的正常使用；

正因為條形碼存在著這樣以及那樣的不足之處，人們對于出現(xiàn)有一種可以表達(dá)更多信息的的期望與日俱增。

2.2?二維碼橫空出世

雖然二維碼的應(yīng)用在中國大放異彩，但是實際上它是日本人發(fā)明的。日本 Denso Wave 公司（日本電裝株式會社（Denso Corporation）旗下的子公司）的騰弘原是二維碼的發(fā)明者。在公司的業(yè)務(wù)中需要對汽車的零部件標(biāo)注屬性信息，包括產(chǎn)地、生產(chǎn)時間、生產(chǎn)批次等等信息，傳統(tǒng)的條形碼無法滿足大量信息的標(biāo)注，因此需要一種涵蓋更加多信息的標(biāo)注方式。

騰弘原想到既然一維的條形碼沒辦法表達(dá)更多消息，那么是不是可以增加維度來讓其表示更多的信息，這就是二維碼的思考雛形。但是緊接著又遇到了如何讓這個二維碼能夠?qū)崿F(xiàn)高速的讀取。技術(shù)攻關(guān)小組利用正方形的四個角中的三個來作為定位符，然后通過剩余的一個角來判斷實際二維碼的方向，從而達(dá)到無論是從什么方向進(jìn)行掃描，都不影響二維碼內(nèi)容的讀取。

經(jīng)過幾年的反復(fù)測試，騰弘原的攻關(guān)小組終于攻克技術(shù)難關(guān)，這個小小的方塊二維碼在信息存儲上相比條形碼提升了300倍，而在二維碼的識別速度上提升了10倍。在1994年，DENSO WAVE公司面向全日本開始推廣二維碼技術(shù)，并將其命名為“Quick Response Code”。時至今日，二維碼已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，尤其是在中國可以說是發(fā)揮到了極致。

技術(shù)原理

在網(wǎng)上我們可以輕松找到在線制作二維碼的工具網(wǎng)站，這些網(wǎng)站中，可以轉(zhuǎn)化為二維碼的信息包含了，文本、URL、圖片以及音視頻等等。由此可知二維碼的本質(zhì)實際就是一種數(shù)據(jù)信息的表現(xiàn)方式。

我們都知道二維碼是由很多個白色方塊以及黑色方塊組成，實際上就是對應(yīng)計算機(jī)世界中的0-1二進(jìn)制語言。其中黑色小方塊代表1，白色小方塊代表0。因此這些看似沒有規(guī)律的黑白方塊二維碼組合在一起就是0-1組成的信息組合。而0-1組成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)實現(xiàn)對于信息的編碼，也是計算機(jī)可以看懂的語言。

手機(jī)進(jìn)行二維碼掃描的時候，由于二維碼是黑白相間的二位點陣，通過光的反射進(jìn)入手機(jī)攝像頭時候，手機(jī)中的CMOS感光元件將接收到的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，而二維碼代表的0-1組合實際在手機(jī)中就是對應(yīng)的高低電位，最終解析為二維碼對應(yīng)的標(biāo)注信息。

?

掃碼登錄

掃碼登錄是二維碼非常典型的應(yīng)用場景，以前我們登錄網(wǎng)站需要輸入用戶名以及密碼，有時候還為一時想不起來密碼是多少而非常著急。自從有了二維碼登錄之后，只要拿出手機(jī)掃一掃web端的二維碼就可以完成登錄操作非常方便，那我們就來分析下二維碼掃描登錄的技術(shù)原理是怎樣的吧。

對于登錄這件事情來說，其本質(zhì)實際包含了兩件事情，第一件事情是告訴平臺你是誰，第二件事情是向平臺證明你就是你不是別人。那傳統(tǒng)的用戶名以及密碼登錄的方式，用戶名實際就是告訴平臺你是誰，而密碼就是向平臺證明你就是你。那么放在二維碼掃碼登錄的場景下，實際也是需要完成這兩件事情的支撐。下面我們就看下掃碼登錄的實現(xiàn)機(jī)制。

在進(jìn)行掃碼登錄之前，我們需要先在客戶端進(jìn)行登錄操作。在客戶端登錄的時候，需要輸入用戶名以及密碼信息，此后的客戶端與服務(wù)端的交互過程大致如下所示：

1、首先用戶在客戶端輸入用戶名以及密碼進(jìn)行登錄操作；

2、客戶端攜帶用戶名、密碼以及設(shè)備信息向服務(wù)端發(fā)起登錄請求；

3、服務(wù)端校驗用戶名以及密碼信息，同時將賬號信息與設(shè)備信息進(jìn)行綁定，并返回token信息；

4、客戶端保存token信息；

5、再次登錄的時候不需要再傳遞用戶名以及密碼，將token信息以及設(shè)備信息傳遞給服務(wù)端，服務(wù)端校驗token以及設(shè)備信息；

這里的token信息實際就是代替了賬號以及密碼信息，可以理解為一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲了賬號、設(shè)備等信息，用以后期的服務(wù)端校驗。

上面所說的是客戶端登錄的大致步驟，它是客戶端掃碼登錄的基礎(chǔ)，接下來我們再看下掃碼登錄的大致業(yè)務(wù)流程，如下所示：

在這個過程中最重要的是生成臨時的token，這個臨時token實際就是一種登錄的憑證，并且與二維碼一一對應(yīng)，用過一次就會失效。那為什么要有這個臨時的token呢？實際是為了解決掃碼這個動作與登錄的連接關(guān)系，系統(tǒng)需要確認(rèn)二維碼是被客戶端掃描后進(jìn)行的登錄操作。

總結(jié)

本文主要結(jié)合了二維碼的技術(shù)發(fā)展歷程，闡述了二維碼的技術(shù)原理，同時對二維碼典型的應(yīng)用場景進(jìn)行了技術(shù)原理的分析，相信通過本文大家對于二維碼的原理有了更加深刻的理解。

有道無術(shù)，術(shù)可成；有術(shù)無道，止于術(shù)

歡迎大家關(guān)注Java之道公眾號

好文章，我在看??