頻繁“掃碼” 你知道“碼”背后的故事嗎？

這是一篇科普，也是一組趣聞。

條形碼、二維碼、小程序菊花碼、無人超市里的RFID、Apple Pay綁定公交卡用的NFC……當我們在生活中頻繁“掃碼”的時候， 可知道這些“碼”背后的故事?

一

“難道之前都沒有條形碼的存在?”

問這句話的是一個商店的收銀員。他正在替面前的一對夫妻結賬，而當他用掃描器對準商品條碼時，那位妻子驕傲地對他說到，“這個條形碼可是我丈夫發(fā)明的。”

讓他疑惑的并不是喬治·約瑟夫·勞爾的出現(xiàn)，而是條形碼竟然是被發(fā)明出來的。

作為一名收銀員，他應該永遠無法想象，在沒有條形碼的“之前”，商店和超市都是靠手動來完成結賬和庫存清點。

IBM的讀卡機器

在電腦還是只能處理數(shù)據(jù)的大型機器時，人們?yōu)榱四芴幚砀鄶?shù)據(jù)，陸續(xù)發(fā)明了一些能記錄多條數(shù)據(jù)的載體，比如穿孔卡。

19世紀80年代，美國人口調(diào)查局職員赫爾曼·何樂禮發(fā)明了用于人口普查數(shù)據(jù)的穿孔卡片和讀卡器。在這個發(fā)明的幫助下，1890年的美國人口普查統(tǒng)計只用了6周。而在手工處理數(shù)據(jù)的1880年，這個過程花了7年。這個人口普查的救星隨后獨立門戶創(chuàng)建了IBM，在后來的故事中也扮演了重要角色。

所有的發(fā)明都是為了追求更好的生活。在解決了人口普查這種大范圍數(shù)據(jù)的問題后，有人又在穿孔卡片上做了進一步設想。穿孔卡片能不能用在收銀臺，幫售貨員們自動結賬和記錄庫存呢?

哈佛商學院學生華萊士·弗林特在他的論文里就假想了一個結賬系統(tǒng)：顧客進商店后會拿到一張穿孔卡，選擇商品時就在上面打出相對應的孔，結賬處設有讀卡器來讀取信息，然后物品從傳送帶上送出。

然而，這在當時只是存在于紙面上的想象。畢竟，在讀卡器價格又貴體積又大的那時候，沒有商店能負擔得起一臺讀卡器。

但是需求始終存在。

1948年，伯納德·西爾弗還是費城德雷塞爾技術學院的一名研究生。他偶然間聽到了學校院長與一家食品連鎖店的老板的對話，后者希望院長能研究出一種自動記錄商品信息的結賬系統(tǒng)。雖然這一請求無情地被院長拒絕了，但西爾弗卻將談話內(nèi)容暗自記在了心里。

他找來同校的諾曼·約瑟夫·伍德蘭，告訴了他那次談話的內(nèi)容。

當時已經(jīng)開始做研究的伍德蘭對這個能大大提高商店工作效率的系統(tǒng)很有興趣。從此，伍德蘭與西爾弗就開始了對這一系統(tǒng)的長期研究。

要想自動記錄商品信息，首先要找到一個承載信息的載體。

伍德蘭的第一個想法是采用紫外線下能發(fā)光的墨水圖案，兩人還開發(fā)了一個設備來測試這個墨水圖案的可行性。然而，墨水的不穩(wěn)定性和打印成本阻攔了兩人的研究進程。他們需要一個新的解決方案。

這時，伍德蘭已經(jīng)離開了德雷塞爾，在他祖父位于佛羅里達州的公寓里潛心鉆研。靈感就像火花，總是一觸即發(fā)。

一天，伍德蘭坐在邁阿密的沙灘上，一邊想著摩爾斯電碼中的點和劃，一遍用手指在沙子上畫。當他的四根手指隨意地往下滑的時候，一個創(chuàng)新的高光時刻就這么到來了。

在摩爾斯電碼的點和劃的基礎上，伍德蘭得到了一些粗細不一的豎線。幾秒鐘后，同樣是幾根延展的線，伍德蘭在沙灘上畫的卻是一個同心圓形。這是因為，伍德蘭認為，同心圓的設計更實用，能接受任意方向的掃描。

圓形靶心碼的示意圖

1949年10月20日，伍德蘭在西爾弗的幫助下提交了圓形靶心碼(bullseye code)的專利申請，三年后申請通過。

雖然已經(jīng)有了能包含信息的載體，但當時還沒有真正可以掃描這一載體的機器。1951年，為了能將自己的發(fā)明投入應用，伍德蘭加入了IBM，也就是擁有穿孔片讀卡器技術的那家公司。他希望能從IBM那兒得到一些啟發(fā)與技術支持。

此后，伍德蘭和西爾弗二人一直致力于條形碼閱讀器的研究，伍德蘭還說服IBM聘請了顧問人員來進行開發(fā)。然而，正如顧問所評價的，條形碼的確具有很大潛力，但時機并沒有到，它的應用還需要一項至少五年的技術。

當未來像種子一樣在泥里萌芽的時候，大多數(shù)人是看不到的。

雖然IBM曾經(jīng)表達過購買這一專利的意向，但他們并不是出于商用的目的。最終，這一交易還是因為價格沒談攏而取消了。

1962年，一直沒在掃碼機器上取得進展的伍德蘭將條形碼的專利權賣給了Philco公司，后者是一家電池、音響和電視生產(chǎn)商。第二年，年僅三十八歲的西爾弗逝世，至死都沒能看到條形碼在實際生活中的應用。伍德蘭和西爾弗最初的夢想——提升商店的結賬效率——好像已經(jīng)看不到前路了。

二

歷史的進程需要多方面因素的推動，激光的快速發(fā)展又讓條形碼的實際應用重見希望。

然而，在此之前，伍德蘭的專利幾經(jīng)易手。當電子公司Sylvania擁有這一發(fā)明時，它被首先用于鐵路行業(yè)的車輛自動識別系統(tǒng)KarTrak。

KarTrak系統(tǒng)能在火車接近時，檢測出車身上的反光條紋組。一組代表10位數(shù)字，其中，四位數(shù)字是用來標識所在的鐵路，六位數(shù)字用于識別火車本身。到了1970年左右，幾乎美國所有的火車都在使用這套系統(tǒng)。

但由于不穩(wěn)定的識別準確性和防破壞性，這一系統(tǒng)并不完善。當這個系統(tǒng)的發(fā)明人大衛(wèi)·柯林斯想升級這一技術并用于其它領域時，Sylvania公司卻眼光短淺，只想線通過這套鐵路系統(tǒng)大賺一筆。

因此，柯林斯離職創(chuàng)立了公司Computer Identics。結合激光儀器，柯林斯在條形碼的應用上取得了極大的突破。他開發(fā)出了穩(wěn)定、高效的條形碼掃描系統(tǒng)，并且實現(xiàn)了條形碼在工業(yè)領域中的作用。

而回到最初伍德蘭創(chuàng)造條形碼的初衷，雜貨業(yè)也一直在積極推動條形碼的實際應用。早在1966年，美國食品連鎖店協(xié)會(NAFC)就組織了一場討論自動結賬系統(tǒng)的會議。當時擁有伍德蘭專利的電子公司RCA也參加了。

貼有圓形靶心碼的商品

意識到自動結賬是雜貨行業(yè)的強需求后，RCA開始將手中的圓形靶心碼投入使用。在當時有近100年歷史的零售公司Kroger就成了第一個吃螃蟹的公司。

對于Kroger來說，做出這一決定并不容易。Kroger不僅需要花費一定的成本將碼打印出來，并且還得人工把碼貼在每一件物品上。這是個非常耗費人力和資源的過程。

背負著這些問題，條形碼在雜貨行業(yè)中的推廣受到了很大的阻礙。

1970年8月，食品零售商和生產(chǎn)商巨頭們再也坐不住了。大家心里都清楚，要想一個新技術能得到大范圍使用，行業(yè)必須得先建立一個統(tǒng)一的標準。他們必須要集體做出一個重要的決定，打破這個停滯不前的僵局。

為了推行這一技術，NAFC還成立了一個特設委員會。這個委員會專門列出了NAFC對條形碼系統(tǒng)的一些基本準則要求，并開始在各大電子公司中招標。

入局早的RCA便在一眾電子公司中脫穎而出。然而，在Kroger商店試用靶心碼的過程中，人們發(fā)現(xiàn)這種圓形的碼并不實用，一經(jīng)破壞便不能被識別。

這時，繼RCA后一直研究條形碼的IBM跳了出來。

1973年，喬治·約瑟夫·勞爾發(fā)明了矩形的條形碼。矩形的形狀能讓條形碼擁有容錯區(qū)，邊緣上的變化并不會影響到中心的信息。就像一些趣味性條碼，雖然它們邊緣的圖案各不相同，但它們都能表達出完整的信息。

趣味性條碼

由于更易讀取的特性，IBM開發(fā)的這一矩形條形碼在同年被NAFC定為通用商品代碼(UPC)。從此，雜貨行業(yè)開始有了統(tǒng)一使用的條形碼。

1974年6月26日，早上八點零一分，歷史上第一件帶統(tǒng)一代碼(UPC)的商品在位于俄亥俄州特洛伊城的Marsh Supermarket賣出——這包十盒的箭牌口香糖目前仍在美國歷史博物館中展出。

三

新事物的發(fā)明總會伴隨著質(zhì)疑與否定。

兩年過去，美國只有50家商店采用了條形碼系統(tǒng)，但在一開始，這個數(shù)字的預測值是1000家。

有人擔心，附在商品上的二維碼是超市們對消費者的監(jiān)控陰謀，甚至把它稱為“老大哥”(喬治·奧威爾《1984》里通過監(jiān)視和監(jiān)聽來控制人的行為)。

但是輝煌總是屬于那些敢于接受并引領變化的革新者。全球最大的零售商沃爾瑪便是條形碼發(fā)展的受益者之一。

在20世紀60年代中期，沃爾瑪?shù)膭?chuàng)始人山姆·沃爾頓還只有幾家雜貨鋪，但他卻已經(jīng)在思考店鋪內(nèi)的管理人員該如何才能實時獲取他們所需的數(shù)據(jù)。

在UPC正式推出的第一年，沃爾瑪就開始在其分銷中心和各家商店運用計算機來進行庫存控制。到了1983年，沃爾瑪?shù)恼麄€連鎖商店系統(tǒng)都用上了條形碼掃描系統(tǒng)。

這樣的先見之明體現(xiàn)了沃爾瑪對信息傳輸技術的重視。此后，沃爾瑪陸續(xù)開發(fā)了市場營銷關系軟件系統(tǒng)和專用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。通過采用最新的信息技術，沃爾瑪每次都能保證其員工能更有效率地工作。同時，先進的信息管理系統(tǒng)也造就了沃爾瑪獨特的配送體系。可以說，對條形碼等信息技術的重視使得沃爾瑪一步步成長為一個遍布全球的零售商。

成功例子在前、技術發(fā)展又大大降低了成本，這使得條形碼系統(tǒng)越來越被人們接受。到了1991年，美國幾乎所有商店的商品都貼上了條形碼，我國的物品編碼中心也在這一年正式加入了國際物品編碼協(xié)會。條形碼正在改變?nèi)虻馁徫锂a(chǎn)業(yè)鏈。

但隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的要求越來越高，條形碼因為其有限容量再次受到挑戰(zhàn)。

標準的UPC構成圖

以標準的UPC為例，條形碼中包含12位數(shù)字。其中，前六位是生產(chǎn)公司的編號，由統(tǒng)一編碼委員會分發(fā);后五位是產(chǎn)品本身的編號，由生產(chǎn)公司自行進行編排;而最后一位是驗證數(shù)字，用來保證產(chǎn)品在結賬時不會有差錯。

而在二維碼的研發(fā)上，日本人接過了這一棒。

當日本的條形碼讀取機研發(fā)公司Denso Wave在收集用戶的反饋的時候，總會有用戶抱怨“信息太少了”“能不能包含漢字”等。Denso因此安排了一個二人小組進行開發(fā)。

既然一維的條形碼只能橫向存儲信息，那么二維的碼勢必要更有優(yōu)勢。

而正如IBM的UPC以其高效設計獲得了統(tǒng)一認可，原昌宏在便于讀取上的落腳點也讓他得以脫穎而出。

研發(fā)小組負責人原昌宏曾回憶道，“當時其他公司在二維碼上的研發(fā)重點都是在信息量的存儲上。”而原昌宏覺得，高速讀取也應該是考慮的原則之一。

在研究中，原昌宏突發(fā)奇想，讓二維碼擁有“此處有編碼”的位置信息應該能讓掃描儀器迅速定位。為了不讓讀取機誤讀，原昌宏首先想到的是四角形的定位圖案，“因為四角形在票據(jù)等中出現(xiàn)的頻率最小。”

而為了制作出唯一的定位圖案，原昌宏和其團隊決定將印刷成廣告單、雜志、紙板等上的繪圖和文字變成黑白兩色，從不同方向掃描，并且分析黑白排序的占空比，對面積比率進行大規(guī)模的調(diào)查。

無論從哪個方向切入都是1:1:3:1:1的黑白寬幅比率

最終，團隊得出1:1:3:1:1的黑白寬幅比率是印刷品中最不常用的比率。

因此，以3個單位長的黑方塊為中心，往外是1個單位長寬度的白框，在往外是1個單位長寬度的黑框。在這個由黑白間隔組成的7個單位長的四方塊中，無論是從哪個方向切割，黑白間隔的比例都為1:1:3:1:1。

這就意味著，將這個圖案放在二維碼的三個角上，掃描儀無論從哪個方向掃描都能快速又精準地定位到二維碼的位置，因此這樣的二維碼也被稱為QR(Quick Response)Code 。

而在一個完整的二維碼中，通常有定位、數(shù)據(jù)等多個不同區(qū)域，每個區(qū)域承擔不同的功能。其中，三個定位標志、版本信息、格式信息等區(qū)域最重要，它們是包含信息的部分，不能被遮擋。

在容錯密鑰區(qū)，二維碼擁有數(shù)據(jù)冗余的功能，能達到7%-30%的容錯率，這大大提高了二維碼的防破壞性。

1994年，日本電裝公司正式宣布公開首個QR Code。

大容量、讀取速度快、能處理漢字，擁有這些特性的QR碼已成為世界主流的二維碼技術標準，并且免費開放使用。伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，第一個內(nèi)置二維碼掃描儀的手機在2002年生產(chǎn)，二維碼開始成為網(wǎng)絡生活不可或缺的一部分。

四

在國內(nèi)，二維碼最初是由支付寶正式引入中國市場。

2011年，支付寶已經(jīng)占據(jù)了國內(nèi)大部分的線上網(wǎng)絡支付市場，而線下支付市場則主要以有銀聯(lián)標識的銀行卡為主。為了將線上支付普及到線下消費去，支付寶一直在尋找合適的支付媒介，日、韓等已通過二維碼實現(xiàn)付款支付的城市為支付寶做了參照。

支付寶立即推出了手機APP二維碼支付業(yè)務，大大簡化了線下的支付過程。然而，歷史又重演了一遍，這種新型支付方式同樣帶來了不少顧慮。

由于二維碼的低技術門檻且許多二維碼掃碼工具并不能識別和攔截惡意網(wǎng)址，二維碼支付的技術模式和安全性受到質(zhì)疑。

2014年3月，央行向支付寶公司下發(fā)緊急文件《中國人民銀行支付結算司關于暫停支付寶公司線下條碼(二維碼)支付等業(yè)務意見的函》，禁止了支付寶的二維碼線下支付活動。

盡管央行禁止了基于二維碼的線下支付方式，但支付寶等機構并沒有停止對于線下支付市場的探索，一直對二維碼支付的技術模式及安全性進行改進。

歷史的潮流終將被推動。2016年8月3日，支付清算協(xié)會向支付機構下發(fā)了《條碼支付業(yè)務規(guī)范》(征求意見稿)，央行首次承認了二維碼支付地位。

《條碼支付業(yè)務規(guī)范》(征求意見稿)中著重對二維碼支付的安全性上進行了一系列的規(guī)范，其中包括信息傳輸標準、支付標記化技術應用、二維碼時效性、交易限額、交易驗證等方面。

這才有了我們現(xiàn)在二維碼失效、二維碼轉款金額限制等規(guī)定，保障了用戶的權益。

在中國市場上，二維碼就意味著線下支付市場。在各種司空見慣的二維碼背后，是各大互聯(lián)網(wǎng)商暗流涌動的較量。

2013年以前，移動支付的增速一直由以淘寶為代表的電商引領;2013年6月，余額寶出現(xiàn)后，金融則成為了新的增長點，滴滴和優(yōu)步的打車大戰(zhàn)在教育市場的同時也讓移動支付上了一個新臺階;2016年，以春節(jié)微信紅包為契機，轉賬成為移動支付交易規(guī)模的增長動力。

線下的硬戰(zhàn)更是激烈。

商家們紛紛通過地推人員和物料支持來讓自己的二維碼入駐商家，并獲得商家的推薦和展示。2015年左右，有些店家是自己打印二維碼展示在收銀臺上。然而很快，餓了么、美團、支付寶、微信支付、口碑等商家的地推人員會上門拜訪，主動給商戶帶來各種物料。

甚至，微信支付和螞蟻金服先后宣布推出“星火計劃”和“春雨計劃”，在物料支持、技術支持、經(jīng)費激勵等方面全力扶持平臺服務商，將移動支付進行到底。

根據(jù)艾瑞網(wǎng)發(fā)布的2017年中國第三方支付的研究報告顯示，2017年線下掃碼支付的交易規(guī)模超6.35萬億元，成為了移動支付市場的重要增長點。

五

除了傳遞信息，二維碼也成為了各大平臺的入口。小程序便是個很好的例子，小程序碼是其最重要的傳播入口之一。

每個第一次見到小程序碼的人估計都會有一種異樣感。因為小程序碼和大多數(shù)方方正正的二維碼都不一樣，它的形狀就像一朵菊花。

然而這樣的設計是微信小程序團隊的小心機，讓大家認準這個樣式就是小程序碼。

這并不是首創(chuàng)。

出于二維碼的構成，只要有定位點、信息編碼區(qū)、容錯密鑰區(qū)三部分就可以識別，其它部分能自由設計想要的圖案，F(xiàn)acebook、snapchat也設計過有平臺標識的二維碼。

除了二維碼的多元化外，其它信息技術也在快速發(fā)展的過程中，NFC(近場通信near field communication)就是其中一個。通過手機這個通信接口，NFC技術可以讓智能設備之間通過相互靠近的方式來交換數(shù)據(jù)。

這個技術正是由射頻識別技術(RFID)演變而來的。

RFID是20世紀90年代興起的一種非接觸式的自動識別技術，能使顧客通過商品上的電子標簽自動識別結算。因此，無人超市目前是RFID最常見的應用場景。

在無人超市里，我們能看到顧客拿起貼有標簽的產(chǎn)品就走的畫面。這是因為RFID技術能瞬間掃描到物品上的電子標簽，獲取價格信息后與顧客的面部信息進行匹配，悄然間就完成了識別結賬的全過程。

這是無人超市最理想的狀態(tài)。但是，受限于技術的發(fā)展，目前的無人超市很少能達到這一標準。而且，RFID標簽需要人工粘貼、成本高且在金屬和液體等敏感環(huán)境下，識別能力弱，這些弱點更是讓采用RFID標簽的無人超市遭到詬病。

不過，也許和條形碼的發(fā)展初期類似，現(xiàn)在技術的局限性終有一天會被配套措施的發(fā)展而改變，并在未來某一天改變我們的生活。誰知道呢?