关于“码”的故事

编者按：本文来自微信公众号“深响”（ID：deep-echo），作者 夏舟，36氪经授权发布。

这是一篇科普，也是一组趣闻。

条形码、二维码、小程序菊花码、无人超市里的RFID、Apple Pay绑定公交卡用的NFC……当我们在生活中频繁“扫码”的时候， 可知道这些“码”背后的故事？

01

“难道之前都没有条形码的存在？”

问这句话的是一个商店的收银员。他正在替面前的一对夫妻结账，而当他用扫描器对准商品条码时，那位妻子骄傲地对他说到，“这个条形码可是我丈夫发明的。”

让他疑惑的并不是乔治·约瑟夫·劳尔的出现，而是条形码竟然是被发明出来的。

作为一名收银员，他应该永远无法想象，在没有条形码的“之前”，商店和超市都是靠手动来完成结账和库存清点。

IBM的读卡机器

在电脑还是只能处理数据的大型机器时，人们为了能处理更多数据，陆续发明了一些能记录多条数据的载体，比如穿孔卡。

19世纪80年代，美国人口调查局职员赫尔曼·何乐礼发明了用于人口普查数据的穿孔卡片和读卡器。在这个发明的帮助下，1890年的美国人口普查统计只用了6周。而在手工处理数据的1880年，这个过程花了7年。这个人口普查的救星随后独立门户创建了IBM，在后来的故事中也扮演了重要角色。

所有的发明都是为了追求更好的生活。在解决了人口普查这种大范围数据的问题后，有人又在穿孔卡片上做了进一步设想。穿孔卡片能不能用在收银台，帮售货员们自动结账和记录库存呢？

哈佛商学院学生华莱士·弗林特在他的论文里就假想了一个结账系统：顾客进商店后会拿到一张穿孔卡，选择商品时就在上面打出相对应的孔，结账处设有读卡器来读取信息，然后物品从传送带上送出。

然而，这在当时只是存在于纸面上的想象。毕竟，在读卡器价格又贵体积又大的那时候，没有商店能负担得起一台读卡器。

但是需求始终存在。

1948年，伯纳德·西尔弗还是费城德雷塞尔技术学院的一名研究生。他偶然间听到了学校院长与一家食品连锁店的老板的对话，后者希望院长能研究出一种自动记录商品信息的结账系统。虽然这一请求无情地被院长拒绝了，但西尔弗却将谈话内容暗自记在了心里。

他找来同校的诺曼·约瑟夫·伍德兰，告诉了他那次谈话的内容。

当时已经开始做研究的伍德兰对这个能大大提高商店工作效率的系统很有兴趣。从此，伍德兰与西尔弗就开始了对这一系统的长期研究。

要想自动记录商品信息，首先要找到一个承载信息的载体。

伍德兰的第一个想法是采用紫外线下能发光的墨水图案，两人还开发了一个设备来测试这个墨水图案的可行性。然而，墨水的不稳定性和打印成本阻拦了两人的研究进程。他们需要一个新的解决方案。

这时，伍德兰已经离开了德雷塞尔，在他祖父位于佛罗里达州的公寓里潜心钻研。灵感就像火花，总是一触即发。

一天，伍德兰坐在迈阿密的沙滩上，一边想着摩尔斯电码中的点和划，一遍用手指在沙子上画。当他的四根手指随意地往下滑的时候，一个创新的高光时刻就这么到来了。

在摩尔斯电码的点和划的基础上，伍德兰得到了一些粗细不一的竖线。几秒钟后，同样是几根延展的线，伍德兰在沙滩上画的却是一个同心圆形。这是因为，伍德兰认为，同心圆的设计更实用，能接受任意方向的扫描。

圆形靶心码的示意图

1949年10月20日，伍德兰在西尔弗的帮助下提交了圆形靶心码（bullseye code）的专利申请，三年后申请通过。

虽然已经有了能包含信息的载体，但当时还没有真正可以扫描这一载体的机器。1951年，为了能将自己的发明投入应用，伍德兰加入了IBM，也就是拥有穿孔片读卡器技术的那家公司。他希望能从IBM那儿得到一些启发与技术支持。

此后，伍德兰和西尔弗二人一直致力于条形码阅读器的研究，伍德兰还说服IBM聘请了顾问人员来进行开发。然而，正如顾问所评价的，条形码的确具有很大潜力，但时机并没有到，它的应用还需要一项至少五年的技术。

当未来像种子一样在泥里萌芽的时候，大多数人是看不到的。

虽然IBM曾经表达过购买这一专利的意向，但他们并不是出于商用的目的。最终，这一交易还是因为价格没谈拢而取消了。

1962年，一直没在扫码机器上取得进展的伍德兰将条形码的专利权卖给了Philco公司，后者是一家电池、音响和电视生产商。第二年，年仅三十八岁的西尔弗逝世，至死都没能看到条形码在实际生活中的应用。伍德兰和西尔弗最初的梦想——提升商店的结账效率——好像已经看不到前路了。

02

历史的进程需要多方面因素的推动，激光的快速发展又让条形码的实际应用重见希望。

然而，在此之前，伍德兰的专利几经易手。当电子公司Sylvania拥有这一发明时，它被首先用于铁路行业的车辆自动识别系统KarTrak。

KarTrak系统能在火车接近时，检测出车身上的反光条纹组。一组代表10位数字，其中，四位数字是用来标识所在的铁路，六位数字用于识别火车本身。到了1970年左右，几乎美国所有的火车都在使用这套系统。

但由于不稳定的识别准确性和防破坏性，这一系统并不完善。当这个系统的发明人大卫·柯林斯想升级这一技术并用于其它领域时，Sylvania公司却眼光短浅，只想先通过这套铁路系统大赚一笔。

因此，柯林斯离职创立了公司Computer Identics。结合激光仪器，柯林斯在条形码的应用上取得了极大的突破。他开发出了稳定、高效的条形码扫描系统，并且实现了条形码在工业领域中的作用。

而回到最初伍德兰创造条形码的初衷，杂货业也一直在积极推动条形码的实际应用。早在1966年，美国食品连锁店协会（NAFC）就组织了一场讨论自动结账系统的会议。当时拥有伍德兰专利的电子公司RCA也参加了。

贴有圆形靶心码的商品

意识到自动结账是杂货行业的强需求后，RCA开始将手中的圆形靶心码投入使用。在当时有近100年历史的零售公司Kroger就成了第一个吃螃蟹的公司。

对于Kroger来说，做出这一决定并不容易。Kroger不仅需要花费一定的成本将码打印出来，并且还得人工把码贴在每一件物品上。这是个非常耗费人力和资源的过程。

背负着这些问题，条形码在杂货行业中的推广受到了很大的阻碍。

1970年8月，食品零售商和生产商巨头们再也坐不住了。大家心里都清楚，要想一个新技术能得到大范围使用，行业必须得先建立一个统一的标准。他们必须要集体做出一个重要的决定，打破这个停滞不前的僵局。

为了推行这一技术，NAFC还成立了一个特设委员会。这个委员会专门列出了NAFC对条形码系统的一些基本准则要求，并开始在各大电子公司中招标。

入局早的RCA便在一众电子公司中脱颖而出。然而，在Kroger商店试用靶心码的过程中，人们发现这种圆形的码并不实用，一经破坏便不能被识别。

这时，继RCA后一直研究条形码的IBM跳了出来。

1973年，乔治·约瑟夫·劳尔发明了矩形的条形码。矩形的形状能让条形码拥有容错区，边缘上的变化并不会影响到中心的信息。就像一些趣味性条码，虽然它们边缘的图案各不相同，但它们都能表达出完整的信息。

趣味性条码

由于更易读取的特性，IBM开发的这一矩形条形码在同年被NAFC定为通用商品代码（UPC）。从此，杂货行业开始有了统一使用的条形码。

1974年6月26日，早上八点零一分，历史上第一件带统一代码（UPC）的商品在位于俄亥俄州特洛伊城的Marsh Supermarket卖出——这包十盒的箭牌口香糖目前仍在美国历史博物馆中展出。

03

新事物的发明总会伴随着质疑与否定。

两年过去，美国只有50家商店采用了条形码系统，但在一开始，这个数字的预测值是1000家。

有人担心，附在商品上的二维码是超市们对消费者的监控阴谋，甚至把它称为“老大哥”（乔治·奥威尔《1984》里通过监视和监听来控制人的行为）。

但是辉煌总是属于那些敢于接受并引领变化的革新者。全球最大的零售商沃尔玛便是条形码发展的受益者之一。

在20世纪60年代中期，沃尔玛的创始人山姆·沃尔顿还只有几家杂货铺，但他却已经在思考店铺内的管理人员该如何才能实时获取他们所需的数据。

在UPC正式推出的第一年，沃尔玛就开始在其分销中心和各家商店运用计算机来进行库存控制。到了1983年，沃尔玛的整个连锁商店系统都用上了条形码扫描系统。

这样的先见之明体现了沃尔玛对信息传输技术的重视。此后，沃尔玛陆续开发了市场营销关系软件系统和专用的卫星通信系统。通过采用最新的信息技术，沃尔玛每次都能保证其员工能更有效率地工作。同时，先进的信息管理系统也造就了沃尔玛独特的配送体系。可以说，对条形码等信息技术的重视使得沃尔玛一步步成长为一个遍布全球的零售商。

成功例子在前、技术发展又大大降低了成本，这使得条形码系统越来越被人们接受。到了1991年，美国几乎所有商店的商品都贴上了条形码，我国的物品编码中心也在这一年正式加入了国际物品编码协会。条形码正在改变全球的购物产业链。

但随着经济的发展，人们的要求越来越高，条形码因为其有限容量再次受到挑战。

标准的UPC构成图

以标准的UPC为例，条形码中包含12位数字。其中，前六位是生产公司的编号，由统一编码委员会分发；后五位是产品本身的编号，由生产公司自行进行编排；而最后一位是验证数字，用来保证产品在结账时不会有差错。

而在二维码的研发上，日本人接过了这一棒。

当日本的条形码读取机研发公司Denso Wave在收集用户的反馈的时候，总会有用户抱怨“信息太少了”“能不能包含汉字”等。Denso因此安排了一个二人小组进行开发。

既然一维的条形码只能横向存储信息，那么二维的码势必要更有优势。

而正如IBM的UPC以其高效设计获得了统一认可，原昌宏在便于读取上的落脚点也让他得以脱颖而出。

研发小组负责人原昌宏曾回忆道，“当时其他公司在二维码上的研发重点都是在信息量的存储上。”而原昌宏觉得，高速读取也应该是考虑的原则之一。

在研究中，原昌宏突发奇想，让二维码拥有“此处有编码”的位置信息应该能让扫描仪器迅速定位。为了不让读取机误读，原昌宏首先想到的是四角形的定位图案，“因为四角形在票据等中出现的频率最小。”

而为了制作出唯一的定位图案，原昌宏和其团队决定将印刷成广告单、杂志、纸板等上的绘图和文字变成黑白两色，从不同方向扫描，并且分析黑白排序的占空比，对面积比率进行大规模的调查。

无论从哪个方向切入都是1:1:3:1:1的黑白宽幅比率

最终，团队得出1:1:3:1:1的黑白宽幅比率是印刷品中最不常用的比率。

因此，以3个单位长的黑方块为中心，往外是1个单位长宽度的白框，在往外是1个单位长宽度的黑框。在这个由黑白间隔组成的7个单位长的四方块中，无论是从哪个方向切割，黑白间隔的比例都为1:1:3:1:1。

这就意味着，将这个图案放在二维码的三个角上，扫描仪无论从哪个方向扫描都能快速又精准地定位到二维码的位置，因此这样的二维码也被称为QR（Quick Response）Code 。

而在一个完整的二维码中，通常有定位、数据等多个不同区域，每个区域承担不同的功能。其中，三个定位标志、版本信息、格式信息等区域最重要，它们是包含信息的部分，不能被遮挡。

在容错密钥区，二维码拥有数据冗余的功能，能达到7%-30%的容错率，这大大提高了二维码的防破坏性。

1994年，日本电装公司正式宣布公开首个QR Code。

大容量、读取速度快、能处理汉字，拥有这些特性的QR码已成为世界主流的二维码技术标准，并且免费开放使用。伴随着移动互联网的发展，第一个内置二维码扫描仪的手机在2002年生产，二维码开始成为网络生活不可或缺的一部分。

04

在国内，二维码最初是由支付宝正式引入中国市场。

2011年，支付宝已经占据了国内大部分的线上网络支付市场，而线下支付市场则主要以有银联标识的银行卡为主。为了将线上支付普及到线下消费去，支付宝一直在寻找合适的支付媒介，日、韩等已通过二维码实现付款支付的城市为支付宝做了参照。

支付宝立即推出了手机APP二维码支付业务，大大简化了线下的支付过程。然而，历史又重演了一遍，这种新型支付方式同样带来了不少顾虑。

由于二维码的低技术门槛且许多二维码扫码工具并不能识别和拦截恶意网址，二维码支付的技术模式和安全性受到质疑。

2014年3月，央行向支付宝公司下发紧急文件《中国人民银行支付结算司关于暂停支付宝公司线下条码(二维码)支付等业务意见的函》，禁止了支付宝的二维码线下支付活动。

尽管央行禁止了基于二维码的线下支付方式，但支付宝等机构并没有停止对于线下支付市场的探索，一直对二维码支付的技术模式及安全性进行改进。

历史的潮流终将被推动。2016年8月3日，支付清算协会向支付机构下发了《条码支付业务规范》(征求意见稿)，央行首次承认了二维码支付地位。

《条码支付业务规范》（征求意见稿）中着重对二维码支付的安全性上进行了一系列的规范，其中包括信息传输标准、支付标记化技术应用、二维码时效性、交易限额、交易验证等方面。

这才有了我们现在二维码失效、二维码转款金额限制等规定，保障了用户的权益。

在中国市场上，二维码就意味着线下支付市场。在各种司空见惯的二维码背后，是各大互联网商暗流涌动的较量。

2013年以前，移动支付的增速一直由以淘宝为代表的电商引领；2013年6月，余额宝出现后，金融则成为了新的增长点，滴滴和优步的打车大战在教育市场的同时也让移动支付上了一个新台阶；2016年，以春节微信红包为契机，转账成为移动支付交易规模的增长动力。

线下的硬战更是激烈。

商家们纷纷通过地推人员和物料支持来让自己的二维码入驻商家，并获得商家的推荐和展示。2015年左右，有些店家是自己打印二维码展示在收银台上。然而很快，饿了么、美团、支付宝、微信支付、口碑等商家的地推人员会上门拜访，主动给商户带来各种物料。

甚至，微信支付和蚂蚁金服先后宣布推出“星火计划”和“春雨计划”，在物料支持、技术支持、经费激励等方面全力扶持平台服务商，将移动支付进行到底。

根据艾瑞网发布的2017年中国第三方支付的研究报告显示，2017年线下扫码支付的交易规模超6.35万亿元，成为了移动支付市场的重要增长点。

05

除了传递信息，二维码也成为了各大平台的入口。小程序便是个很好的例子，小程序码是其最重要的传播入口之一。

每个第一次见到小程序码的人估计都会有一种异样感。因为小程序码和大多数方方正正的二维码都不一样，它的形状就像一朵菊花。

然而这样的设计是微信小程序团队的小心机，让大家认准这个样式就是小程序码。

这并不是首创。

出于二维码的构成，只要有定位点、信息编码区、容错密钥区三部分就可以识别，其它部分能自由设计想要的图案，Facebook、snapchat也设计过有平台标识的二维码。

除了二维码的多元化外，其它信息技术也在快速发展的过程中，NFC(近场通信near field communication)就是其中一个。通过手机这个通信接口，NFC技术可以让智能设备之间通过相互靠近的方式来交换数据。

这个技术正是由射频识别技术（RFID）演变而来的。

RFID是20世纪90年代兴起的一种非接触式的自动识别技术，能使顾客通过商品上的电子标签自动识别结算。因此，无人超市目前是RFID最常见的应用场景。

在无人超市里，我们能看到顾客拿起贴有标签的产品就走的画面。这是因为RFID技术能瞬间扫描到物品上的电子标签，获取价格信息后与顾客的面部信息进行匹配，悄然间就完成了识别结账的全过程。

这是无人超市最理想的状态。但是，受限于技术的发展，目前的无人超市很少能达到这一标准。而且，RFID标签需要人工粘贴、成本高且在金属和液体等敏感环境下，识别能力弱，这些弱点更是让采用RFID标签的无人超市遭到诟病。

不过，也许和条形码的发展初期类似，现在技术的局限性终有一天会被配套措施的发展而改变，并在未来某一天改变我们的生活。谁知道呢？