二维码，从字面上看就是用两个维度（水平方向和垂直方向）来进行数据的编码，条形码只利用了一个维度（水平方向）表示信息，在另一个维度(垂直方向)没有意义，所以二维码比条形码有着更高的数据存储容量。

从形成方式上，二维码可以分为两类，

1、堆叠式二维码：在一维条形码的基础上，将多个条形码堆积在一起进行编码，常见的编码标准有PDF417等

????????????????????????? 图1 PDF417码示例

2、矩阵式二维码:在一个矩阵空间中通过黑色和白色的方块进行信息的表示，黑色的方块表示1，白色的方块表示0，相应的组合表示了一系列的信息，常见的编码标准有QR 码，汉信码等

?????? 图2 QR码示例????????????????????????????????? 图3 汉信码示例

PDF417由美国研发，在美国地区使用广泛 汉信码由中国自主研发，目前已在政府相关领域得到初步的使用。 QR码由日本研发，目前很多的应用都是用QR码进行编码，译码

目前使用最广的是QR码，所以接下来的内容会对QR码进行讲解，下文中提到的二维码，指的就是QR码

QR码分为40个版本，版本1由21x21个方块组成，每个版本增加4个方块，版本40由177x177个方块组成。每增加一个版本，QR码可储存的信息数量也随之增多。

版本1的二维码最多可以储存25个字符或41个数字，而版本40的二维码最多可以储存4296个字符或7089个数字

一个二维码可以分为两个部分，功能图形和编码区域

???????????????????????????????????????? 图4

功能图形起到定位的作用

位置探测图形：由三个黑白相间的大正方形嵌套组成，分别位于二维码左上角、右上角、左下角，目的是为了确定二维码的大小和位置。

定位图形?????? ：由两条黑白相间的直线组成，便于确定二维码的角度，纠正扭曲。

校正图形?????? ：仅在版本2以上存在，由三个黑白相间的小正方形嵌套组成，便于确定中心，纠正扭曲。

数据区记录了具体的数据信息，纠错信息与版本信息。

数据和纠错码：记录了数据信息和相应的纠错码，纠错码的存在使得当二维码的数据出现允许范围内的错误时，也可以正确解码。

版本信息?????? ：仅在版本7以上存在，记录具体的版本信息。

格式信息?????? ：记录使用的掩码和纠错等级。

此外二维码的外围还留有一圈空白区，主要是为了便于识别而存在。

针对不同的数据，QR码设计了不同的数据编码编码方式，我们可以根据数据的种类选择合适的编码方式进行编码。

数字编码（Numeric）??????? ：可编码0-9，10个数字，如果需要编码的数字的个数不是3的倍数，最后剩下的1或2位数会被转成4或7bits，其它的每3位数字会根据不同版本被编成 10，12，14bits

字符编码（Alphanumeric) ：可编码0-9,大写的A-Z,以及9个其他的字符(space $ % * + – . / :);

8位字节模式(8-bit Byte)???? ：可编码JIS X 0201的8位Latin/Kana字符集

除此之外，QR还提供了其他的编码方式，每一个编码方式都有其独有的id进行标识，这些标识会记录在数据区的前端，使得解码器可以根据二维码使用的编码方式对数据进行解码

????????????????????????????????? 图5?? 一些编码方式及其标识

纠错码

二维码存在4个级别的纠错等级，每个纠错级别可修正的错误与标识见图6，纠错级别越高，可以修正的错误就越多，需要的纠错码的数量也变多，相应的可储存的数据就会减少，版本1的二维码在L级别下可储存25个字符，在H级别下只能储存10个字符。

???????????????????????????? 图6

下面给一个01234567在版本1下用数字编码(Numeric)，选择的纠错级别是M的示例

第一步，将定位图案放到二维码中

???????????????????????? 图7

第二步：进行数据编码

根据图8，版本1下，采用Numeric Mode编码时，每三个数字需要10个bits进行标示

??????????????????????????????????????????? 图8

组合起来为

在数据的头尾加上一些标准要求的信息

头

数字个数 (8) = 0000001000

编码格式????? =0001

尾

终止符???????? =0000

组合起来为

按8bit一组重新排列，末尾不足的补零

不足最大bit的添加补齐码（11101100 00010001），版本1 M下需要128bits

第三步：添加纠错码

纠错码根据数据利用RS算法来进行计算，篇幅所限，这里就不具体讲解了，最终的结果如下：

第四步：将最终的数据编码按顺序放入二维码中

????????????????????? 图9?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 图10

从左下角开始，1为黑色，0为白色，按顺序依次填入二维码中

第五步:添加格式信息和进行掩码运算

得到的图像还需要对数据区进行掩码运算，掩码运算的目的是让图像中黑色和白色方块分布的更加均匀一些，便于解码

有以下几种掩码运算，相应的标识和变换方式见图11,二维码的左上角的坐标为(0,0)

?????????????????????????????????????????????? 图11

????????????????????????????? 图12? 坐标系和掩码运算的图案

这里我们选择标识为011的掩码

格式信息的组成为?????????????????????? ：纠错标识+掩码标识+BCH纠错码

所以前面的纠错标识+掩码标识为：00011

BCH纠错码计算为：

得到纠错码为???????????????????????????? ：011 0101 1001

格式信息为??????????????????????????????? ：00011 1101011001

为了避免选择标识00的纠错类别和标识000的掩码运算，照成格式信息为全0的数字，所得的格式信息还要与101010000010010做异或运算

最终的格式信息为????????????????????? ：101101101001011

将格式信息放入二维码中???????

????????????????????????? 图13

对加格式信息后的二维码 进行掩码运算

得到的最终二维码，储存的数据信息是01234567

????????????????????? 图14

整个流程见图15

????????????????????????????????????? 图15

虽然二维码本身承担的只是一些文本数据，但仍会导致一些安全问题

1、攻击者将一些恶意网站或者一些恶意代码制作成二维码，用户扫描后，会自动下载一些恶意软件，或跳转到一些虚假网站给使用者造成危害，

2、二维码内如果包含一些可执行的脚本，便可能导致xss攻击???? 如 http://www.wooyun.org/bugs/wooyun-2012-09145

3、如果将一些敏感信息不加密而直接储存在二维码中，便会存在信息泄露的可能，比如11年火车票上的二维码就存在泄露使用者的身份证号码的问题。

虽然我们在使用二维码的时候只需要用手机一扫即可，但二维码的编码和解码却包含了很多的步骤和很多的知识，此外二维码本身仅仅是数据的承载体，我们在使用时要针对一些敏感信息进行加密处理，防范潜在的攻击方式

参考文献

二维码的生成细节和原理 ?http://coolshell.cn/articles/10590.html#jtss-tsina

QR二维码的攻击与防御 ? http://drops.wooyun.org/tips/160

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