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(dāng)我們在生活中頻繁“掃碼”的時(shí)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(gè)商店的收銀員。他正在替面前的一對夫妻結(jié)賬，而當(dāng)他用掃描器對準(zhǔn)商品條碼時(shí)，那位妻子驕傲地對他說到，“這個(gè)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(yīng)該永遠(yuǎn)無法想象，在沒有條形碼的“之前”，商店和超市都是靠手動(dòng)來完成結(jié)賬和庫存清點(diǎn)。

IBM的讀卡機(jī)器

在電腦還是只能處理數(shù)據(jù)的大型機(jī)器時(shí)，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(jì)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(gè)發(fā)明的幫助下，1890年的美國人口普查統(tǒng)計(jì)只用了6周。而在手工處理數(shù)據(jù)的1880年，這個(gè)過程花了7年。這個(gè)人口普查的救星隨后獨(dú)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(jìn)一步設(shè)想。穿孔卡片能不能用在收銀臺，幫售貨員們自動(dòng)結(jié)賬和記錄庫存呢?

哈佛商學(xué)院學(xué)生華萊士·弗林特在他的論文里就假想了一個(gè)結(jié)賬系統(tǒng)：顧客進(jìn)商店后會(huì)拿到一張穿孔卡，選擇商品時(shí)就在上面打出相對應(yīng)的孔，結(jié)賬處設(shè)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(dāng)時(shí)只是存在于紙面上的想象。畢竟，在讀卡器價(jià)格又貴體積又大的那時(shí)候，沒有商店能負(fù)擔(dān)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(fèi)城德雷塞爾技術(shù)學(xué)院的一名研究生。他偶然間聽到了學(xué)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(dòng)記錄商品信息的結(jié)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(dāng)時(shí)已經(jīng)開始做研究的伍德蘭對這個(gè)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(dòng)記錄商品信息，首先要找到一個(gè)承載信息的載體。

伍德蘭的第一個(gè)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(gè)設(shè)備來測試這個(gè)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(jìn)程。他們需要一個(gè)新的解決方案。

這時(shí)，伍德蘭已經(jīng)離開了德雷塞爾，在他祖父位于佛羅里達(dá)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(diǎn)和劃，一遍用手指在沙子上畫。當(dāng)他的四根手指隨意地往下滑的時(shí)候，一個(gè)創(chuàng)新的高光時(shí)刻就這么到來了。

在摩爾斯電碼的點(diǎn)和劃的基礎(chǔ)上，伍德蘭得到了一些粗細(xì)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(gè)同心圓形。這是因?yàn)椋榈绿m認(rèn)為，同心圓的設(shè)計(jì)更實(shí)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(dāng)時(shí)還沒有真正可以掃描這一載體的機(jī)器。1951年，為了能將自己的發(fā)明投入應(yīng)用，伍德蘭加入了IBM，也就是擁有穿孔片讀卡器技術(shù)的那家公司。他希望能從IBM那兒得到一些啟發(fā)與技術(shù)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(jìn)行開發(fā)。然而，正如顧問所評價(jià)的，條形碼的確具有很大潛力，但時(shí)機(jī)并沒有到，它的應(yīng)用還需要一項(xiàng)至少五年的技術(shù)。

當(dāng)未來像種子一樣在泥里萌芽的時(shí)候，大多數(shù)人是看不到的。

雖然IBM曾經(jīng)表達(dá)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?yàn)閮r(jià)格沒談攏而取消了。

1962年，一直沒在掃碼機(jī)器上取得進(jìn)展的伍德蘭將條形碼的專利權(quán)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(shí)際生活中的應(yīng)用。伍德蘭和西爾弗最初的夢想——提升商店的結(jié)賬效率——好像已經(jīng)看不到前路了。

二

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

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

KarTrak系統(tǒng)能在火車接近時(shí)，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(biāo)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(zhǔn)確性和防破壞性，這一系統(tǒng)并不完善。當(dāng)這個(gè)系統(tǒng)的發(fā)明人大衛(wèi)·柯林斯想升級這一技術(shù)并用于其它領(lǐng)域時(shí)，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(jié)合激光儀器，柯林斯在條形碼的應(yīng)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(shí)現(xiàn)了條形碼在工業(yè)領(lǐng)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(dòng)條形碼的實(shí)際應(yīng)用。早在1966年，美國食品連鎖店協(xié)會(huì)(NAFC)就組織了一場討論自動(dòng)結(jié)賬系統(tǒng)的會(huì)議。當(dāng)時(shí)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(dòng)結(jié)賬是雜貨行業(yè)的強(qiáng)需求后，RCA開始將手中的圓形靶心碼投入使用。在當(dāng)時(shí)有近100年歷史的零售公司Kroger就成了第一個(gè)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(fèi)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(gè)非常耗費(fèi)人力和資源的過程。

背負(fù)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(gè)新技術(shù)能得到大范圍使用，行業(yè)必須得先建立一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。他們必須要集體做出一個(gè)重要的決定，打破這個(gè)停滯不前的僵局。

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

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(shí)用，一經(jīng)破壞便不能被識別。

這時(shí)，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(cuò)區(qū)，邊緣上的變化并不會(huì)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(dá)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(diǎn)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(huì)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(gè)數(shù)字的預(yù)測值是1000家。

有人擔(dān)心，附在商品上的二維碼是超市們對消費(fèi)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(lǐng)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(jì)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(shí)時(shí)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(yùn)用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行庫存控制。到了1983年，沃爾瑪?shù)恼麄€(gè)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(shù)的重視。此后，沃爾瑪陸續(xù)開發(fā)了市場營銷關(guān)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(shù)，沃爾瑪每次都能保證其員工能更有效率地工作。同時(shí)，先進(jìn)的信息管理系統(tǒng)也造就了沃爾瑪獨(dú)特的配送體系?？梢哉f，對條形碼等信息技術(shù)的重視使得沃爾瑪一步步成長為一個(gè)遍布全球的零售商。

成功例子在前、技術(shù)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(huì)。條形碼正在改變?nèi)虻馁徫锂a(chǎn)業(yè)鏈。

但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的要求越來越高，條形碼因?yàn)槠溆邢奕萘吭俅问艿教魬?zhàn)。

標(biāo)準(zhǔn)的UPC構(gòu)成圖

以標(biāo)準(zhǔn)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(huì)分發(fā);后五位是產(chǎn)品本身的編號，由生產(chǎn)公司自行進(jìn)行編排;而最后一位是驗(yàn)證數(shù)字，用來保證產(chǎn)品在結(jié)賬時(shí)不會(huì)有差錯(cuò)。

而在二維碼的研發(fā)上，日本人接過了這一棒。

當(dāng)日本的條形碼讀取機(jī)研發(fā)公司Denso Wave在收集用戶的反饋的時(shí)候，總會(huì)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(gè)二人小組進(jìn)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(shè)計(jì)獲得了統(tǒng)一認(rèn)可，原昌宏在便于讀取上的落腳點(diǎn)也讓他得以脫穎而出。

研發(fā)小組負(fù)責(zé)人原昌宏曾回憶道，“當(dāng)時(shí)其他公司在二維碼上的研發(fā)重點(diǎn)都是在信息量的存儲上。”而原昌宏覺得，高速讀取也應(yīng)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(yīng)該能讓掃描儀器迅速定位。為了不讓讀取機(jī)誤讀，原昌宏首先想到的是四角形的定位圖案，“因?yàn)樗慕切卧谄睋?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(tuán)隊(duì)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(jìn)行大規(guī)模的調(diào)查。

無論從哪個(gè)方向切入都是1:1:3:1:1的黑白寬幅比率

最終，團(tuán)隊(duì)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(gè)單位長的黑方塊為中心，往外是1個(gè)單位長寬度的白框，在往外是1個(gè)單位長寬度的黑框。在這個(gè)由黑白間隔組成的7個(gè)單位長的四方塊中，無論是從哪個(gè)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(gè)圖案放在二維碼的三個(gè)角上，掃描儀無論從哪個(gè)方向掃描都能快速又精準(zhǔn)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(gè)完整的二維碼中，通常有定位、數(shù)據(jù)等多個(gè)不同區(qū)域，每個(gè)區(qū)域承擔(dān)不同的功能。其中，三個(gè)定位標(biāo)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(cuò)密鑰區(qū)，二維碼擁有數(shù)據(jù)冗余的功能，能達(dá)到7%-30%的容錯(cuò)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(gè)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并且免費(fèi)開放使用。伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，第一個(gè)內(nèi)置二維碼掃描儀的手機(jī)在2002年生產(chǎn)，二維碼開始成為網(wǎng)絡(luò)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(luò)支付市場，而線下支付市場則主要以有銀聯(lián)標(biāo)識的銀行卡為主。為了將線上支付普及到線下消費(fèi)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(shí)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(jī)APP二維碼支付業(yè)務(wù)，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(shù)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(shù)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(jié)算司關(guān)于暫停支付寶公司線下條碼(二維碼)支付等業(yè)務(wù)意見的函》，禁止了支付寶的二維碼線下支付活動(dòng)。

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(jī)構(gòu)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(shù)模式及安全性進(jìn)行改進(jìn)。

歷史的潮流終將被推動(dòng)。2016年8月3日，支付清算協(xié)會(huì)向支付機(jī)構(gòu)下發(fā)了《條碼支付業(yè)務(wù)規(guī)范》(征求意見稿)，央行首次承認(rèn)了二維碼支付地位。

《條碼支付業(yè)務(wù)規(guī)范》(征求意見稿)中著重對二維碼支付的安全性上進(jìn)行了一系列的規(guī)范，其中包括信息傳輸標(biāo)準(zhǔn)、支付標(biāo)記化技術(shù)應(yīng)用、二維碼時(shí)效性、交易限額、交易驗(yàn)證等方面。

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

2013年以前，移動(dòng)支付的增速一直由以淘寶為代表的電商引領(lǐng);2013年6月，余額寶出現(xiàn)后，金融則成為了新的增長點(diǎn)，滴滴和優(yōu)步的打車大戰(zhàn)在教育市場的同時(shí)也讓移動(dòng)支付上了一個(gè)新臺階;2016年，以春節(jié)微信紅包為契機(jī)，轉(zhuǎn)賬成為移動(dòng)支付交易規(guī)模的增長動(dòng)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(tuán)、支付寶、微信支付、口碑等商家的地推人員會(huì)上門拜訪，主動(dòng)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(jì)劃”和“春雨計(jì)劃”，在物料支持、技術(shù)支持、經(jīng)費(fèi)激勵(lì)等方面全力扶持平臺服務(wù)商，將移動(dòng)支付進(jìn)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(bào)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(dòng)支付市場的重要增長點(diǎn)。

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(gè)很好的例子，小程序碼是其最重要的傳播入口之一。

每個(gè)第一次見到小程序碼的人估計(jì)都會(huì)有一種異樣感。因?yàn)樾〕绦虼a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(shè)計(jì)是微信小程序團(tuán)隊(duì)的小心機(jī)，讓大家認(rèn)準(zhǔn)這個(gè)樣式就是小程序碼。

這并不是首創(chuàng)。

出于二維碼的構(gòu)成，只要有定位點(diǎn)、信息編碼區(qū)、容錯(cuò)密鑰區(qū)三部分就可以識別，其它部分能自由設(shè)計(jì)想要的圖案，F(xiàn)acebook、snapchat也設(shè)計(jì)過有平臺標(biāo)識的二維碼。

除了二維碼的多元化外，其它信息技術(shù)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(gè)。通過手機(jī)這個(gè)通信接口，NFC技術(shù)可以讓智能設(shè)備之間通過相互靠近的方式來交換數(shù)據(jù)。

這個(gè)技術(shù)正是由射頻識別技術(shù)(RFID)演變而來的。

RFID是20世紀(jì)90年代興起的一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，能使顧客通過商品上的電子標(biāo)簽自動(dòng)識別結(jié)算。因此，無人超市目前是RFID最常見的應(yīng)用場景。

在無人超市里，我們能看到顧客拿起貼有標(biāo)簽的產(chǎn)品就走的畫面。這是因?yàn)镽FID技術(shù)能瞬間掃描到物品上的電子標(biāo)簽，獲取價(jià)格信息后與顧客的面部信息進(jìn)行匹配，悄然間就完成了識別結(jié)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(shù)的發(fā)展，目前的無人超市很少能達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)。而且，RFID標(biāo)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(diǎn)更是讓采用RFID標(biāo)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(shù)的局限性終有一天會(huì)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?