一、二維碼的分類(lèi)二維碼，從字面上看就是用兩個(gè)維度（水平方向和垂直方向）來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的編碼，條形碼只利用了一個(gè)維度（水平方向）表示信息，在另一個(gè)維度(垂直方向)沒(méi)有意義，所以二維碼比條形碼有著更高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。 從形成方式上，二維碼可以分為兩類(lèi)， 1、堆疊式二維碼：在一維條形碼的基礎(chǔ)上，將多個(gè)條形碼堆積在一起進(jìn)行編碼，常見(jiàn)的編碼標(biāo)準(zhǔn)有PDF417等
圖1 PDF417碼示例 2、矩陣式二維碼:在一個(gè)矩陣空間中通過(guò)黑色和白色的方塊進(jìn)行信息的表示，黑色的方塊表示1，白色的方塊表示0，相應(yīng)的組合表示了一系列的信息，常見(jiàn)的編碼標(biāo)準(zhǔn)有QR 碼，漢信碼等 圖2 QR碼示例 圖3 漢信碼示例
目前使用最廣的是QR碼，所以接下來(lái)的內(nèi)容會(huì)對(duì)QR碼進(jìn)行講解，下文中提到的二維碼，指的就是QR碼 QR碼分為40個(gè)版本，版本1由21x21個(gè)方塊組成，每個(gè)版本增加4個(gè)方塊，版本40由177x177個(gè)方塊組成。每增加一個(gè)版本，QR碼可儲(chǔ)存的信息數(shù)量也隨之增多。 版本1的二維碼最多可以?xún)?chǔ)存25個(gè)字符或41個(gè)數(shù)字，而版本40的二維碼最多可以?xún)?chǔ)存4296個(gè)字符或7089個(gè)數(shù)字 二、二維碼的結(jié)構(gòu)一個(gè)二維碼可以分為兩個(gè)部分，功能圖形和編碼區(qū)域
圖4 功能圖形起到定位的作用 位置探測(cè)圖形：由三個(gè)黑白相間的大正方形嵌套組成，分別位于二維碼左上角、右上角、左下角，目的是為了確定二維碼的大小和位置。 定位圖形 ：由兩條黑白相間的直線組成，便于確定二維碼的角度，糾正扭曲。 校正圖形 ：僅在版本2以上存在，由三個(gè)黑白相間的小正方形嵌套組成，便于確定中心，糾正扭曲。 數(shù)據(jù)區(qū)記錄了具體的數(shù)據(jù)信息，糾錯(cuò)信息與版本信息。 數(shù)據(jù)和糾錯(cuò)碼：記錄了數(shù)據(jù)信息和相應(yīng)的糾錯(cuò)碼，糾錯(cuò)碼的存在使得當(dāng)二維碼的數(shù)據(jù)出現(xiàn)允許范圍內(nèi)的錯(cuò)誤時(shí)，也可以正確解碼。 版本信息 ：僅在版本7以上存在，記錄具體的版本信息。 格式信息 ：記錄使用的掩碼和糾錯(cuò)等級(jí)。 此外二維碼的外圍還留有一圈空白區(qū)，主要是為了便于識(shí)別而存在。 三、數(shù)據(jù)編碼與實(shí)例針對(duì)不同的數(shù)據(jù)，QR碼設(shè)計(jì)了不同的數(shù)據(jù)編碼編碼方式，我們可以根據(jù)數(shù)據(jù)的種類(lèi)選擇合適的編碼方式進(jìn)行編碼。 數(shù)字編碼（Numeric） ：可編碼0-9，10個(gè)數(shù)字，如果需要編碼的數(shù)字的個(gè)數(shù)不是3的倍數(shù)，最后剩下的1或2位數(shù)會(huì)被轉(zhuǎn)成4或7bits，其它的每3位數(shù)字會(huì)根據(jù)不同版本被編成 10，12，14bits 字符編碼（Alphanumeric) ：可編碼0-9,大寫(xiě)的A-Z,以及9個(gè)其他的字符(space $ % * + – . / :); 8位字節(jié)模式(8-bit Byte) ：可編碼JIS X 0201的8位Latin/Kana字符集 除此之外，QR還提供了其他的編碼方式，每一個(gè)編碼方式都有其獨(dú)有的id進(jìn)行標(biāo)識(shí)，這些標(biāo)識(shí)會(huì)記錄在數(shù)據(jù)區(qū)的前端，使得解碼器可以根據(jù)二維碼使用的編碼方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼 圖5 一些編碼方式及其標(biāo)識(shí) 糾錯(cuò)碼 二維碼存在4個(gè)級(jí)別的糾錯(cuò)等級(jí)，每個(gè)糾錯(cuò)級(jí)別可修正的錯(cuò)誤與標(biāo)識(shí)見(jiàn)圖6，糾錯(cuò)級(jí)別越高，可以修正的錯(cuò)誤就越多，需要的糾錯(cuò)碼的數(shù)量也變多，相應(yīng)的可儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)就會(huì)減少，版本1的二維碼在L級(jí)別下可儲(chǔ)存25個(gè)字符，在H級(jí)別下只能儲(chǔ)存10個(gè)字符。 圖6 下面給一個(gè)01234567在版本1下用數(shù)字編碼(Numeric)，選擇的糾錯(cuò)級(jí)別是M的示例 第一步，將定位圖案放到二維碼中 圖7 第二步：進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼 根據(jù)圖8，版本1下，采用Numeric Mode編碼時(shí)，每三個(gè)數(shù)字需要10個(gè)bits進(jìn)行標(biāo)示
圖8 012 ->0000001100 345 ->0101011001 67 ->1000011 組合起來(lái)為 0000001100 0101011001 1000011
在數(shù)據(jù)的頭尾加上一些標(biāo)準(zhǔn)要求的信息 頭 數(shù)字個(gè)數(shù) (8) = 0000001000 編碼格式 =0001 尾 終止符 =0000 組合起來(lái)為 0000001100 0101011001 1000011-> 0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011 0000
按8bit一組重新排列，末尾不足的補(bǔ)零 0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011 0000-> 00010000 00100000 00001100 01010110 01100001 10000000
不足最大bit的添加補(bǔ)齊碼（11101100 00010001），版本1 M下需要128bits 00010000 00100000 00001100 01010110 01100001 10000000-> 00010000 00100000 00001100 01010110 01100001 10000000 11101100 00010001 11101100 00010001 11101100 00010001 11101100 00010001 11101100 00010001 第三步：添加糾錯(cuò)碼 糾錯(cuò)碼根據(jù)數(shù)據(jù)利用RS算法來(lái)進(jìn)行計(jì)算，篇幅所限，這里就不具體講解了，最終的結(jié)果如下： 00010000 00100000 00001100 01010110 01100001 10000000 11101100 00010001 11101100 00010001 11101100 00010001 11101100 00010001 11101100 00010001-> 00010000 00100000 00001100 01010110 01100001 10000000 11101100 00010001 11101100 00010001 11101100 00010001 11101100 00010001 11101100 00010001 10100101 00100100 11010100 11000001 11101101 00110110 11000111 10000111 00101100 01010101 第四步：將最終的數(shù)據(jù)編碼按順序放入二維碼中 圖9 圖10 從左下角開(kāi)始，1為黑色，0為白色，按順序依次填入二維碼中 第五步:添加格式信息和進(jìn)行掩碼運(yùn)算 得到的圖像還需要對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行掩碼運(yùn)算，掩碼運(yùn)算的目的是讓圖像中黑色和白色方塊分布的更加均勻一些，便于解碼 有以下幾種掩碼運(yùn)算，相應(yīng)的標(biāo)識(shí)和變換方式見(jiàn)圖11,二維碼的左上角的坐標(biāo)為(0,0) 圖11
圖12 坐標(biāo)系和掩碼運(yùn)算的圖案 這里我們選擇標(biāo)識(shí)為011的掩碼 格式信息的組成為 ：糾錯(cuò)標(biāo)識(shí)+掩碼標(biāo)識(shí)+BCH糾錯(cuò)碼 所以前面的糾錯(cuò)標(biāo)識(shí)+掩碼標(biāo)識(shí)為：00011 BCH糾錯(cuò)碼計(jì)算為：
得到糾錯(cuò)碼為 ：011 0101 1001 格式信息為 ：00011 1101011001 為了避免選擇標(biāo)識(shí)00的糾錯(cuò)類(lèi)別和標(biāo)識(shí)000的掩碼運(yùn)算，照成格式信息為全0的數(shù)字，所得的格式信息還要與101010000010010做異或運(yùn)算 000111101011001 101010000010010 XOR 101101101001011 最終的格式信息為 ：101101101001011 將格式信息放入二維碼中 圖13 對(duì)加格式信息后的二維碼 進(jìn)行掩碼運(yùn)算 得到的最終二維碼，儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)信息是01234567 圖14 整個(gè)流程見(jiàn)圖15 四、二維碼的安全知識(shí)雖然二維碼本身承擔(dān)的只是一些文本數(shù)據(jù)，但仍會(huì)導(dǎo)致一些安全問(wèn)題 1、攻擊者將一些惡意網(wǎng)站或者一些惡意代碼制作成二維碼，用戶(hù)掃描后，會(huì)自動(dòng)下載一些惡意軟件，或跳轉(zhuǎn)到一些虛假網(wǎng)站給使用者造成危害， 2、二維碼內(nèi)如果包含一些可執(zhí)行的腳本，便可能導(dǎo)致xss攻擊 如 http://www./bugs/wooyun-2012-09145 3、如果將一些敏感信息不加密而直接儲(chǔ)存在二維碼中，便會(huì)存在信息泄露的可能，比如11年火車(chē)票上的二維碼就存在泄露使用者的身份證號(hào)碼的問(wèn)題。 五、總結(jié)雖然我們?cè)谑褂枚S碼的時(shí)候只需要用手機(jī)一掃即可，但二維碼的編碼和解碼卻包含了很多的步驟和很多的知識(shí)，此外二維碼本身僅僅是數(shù)據(jù)的承載體，我們?cè)谑褂脮r(shí)要針對(duì)一些敏感信息進(jìn)行加密處理，防范潛在的攻擊方式
參考文獻(xiàn) 二維碼的生成細(xì)節(jié)和原理 http:///articles/10590.html#jtss-tsina QR二維碼的攻擊與防御 http://drops./tips/160 |
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