1．目的及意义

二维码又称为二维条码，它是一种基于光学识读图像的编码技术^[1]。二维码与传统的一维条码相比，具有更大的信息容量。二维码具有纠错功能，容错能力强，成本低、易制作、持久耐用等特点^[2]，且能够引入加密措施，使得其安全性更高。

二维码按照结构可以分为行排式二维码和矩阵式二维码。行列式二维码由多层一维条码堆叠而成，每层都具备一维条码的完整结构^[2]。行列式二维条码应用于证件管理、报表管理等方面。矩阵式二维条码使用在矩阵空间上分布不同黑白像素来实现编码^[1]。在使用矩阵式二维码时，所采用的技术涉及编码、图像识别与处理、信息加密等多个方面。

在国外，对二维码的研究已经相当成熟，在编码技术方面，已经研制出多种码制。留美华人王寅敬博士发明的PDF417码广泛用于管理军事外交等部门的证件。美国联合包裹服务（UPS）公司研制出MaxiCode，用于包裹的分拣和追踪。QRCode由日本Denso公司研制，且迅速在国际上进行了推广，目前已在全球范围内，应用于多个领域。

国内的二维码产业起步较晚，始于1993年，中国物品编码中心在沿用国外相关技术资料的基础上，制定了两个具有自主知识产权技术的二维码国家标准：二维码网络矩阵码（SJ/T 11349-2006）和二维码紧密矩阵码（SJ/T 11350-2006）^[3]。2006年5月，中国工信部颁布了GM和CM两种二维码国产行业推荐标准。2011年支付宝的线下支付迅速发展占领市场，由于缺乏技术与安全方面的检测标准而被叫停。2016年支付清算协会下发了《条码支付业务规范》（征求意见稿），对安全性和技术性进行了一系列的规范，二维码的支付得到了飞速发展。“扫一扫”成为非常普遍的一种支付模式。

矩阵式二维码在日常生活的其他方面得到了广泛应用。名片、地图、WIFI密码、资料等信息，都可以编入二维码，二维码识别设备可以自动识别获取^[2]；将网址或者小程序入口等信息存入二维码，就能便捷地通过扫码进入相应网页或者打开程序。此外，二维码在我国的其他领域也发挥了重要的作用，例如餐厅点餐、车辆管理、食品追溯等等。

在一些特殊的领域，需要内外网络实现完全的物理隔离，以防止受到外部安全威胁或内部资料窃取等情况^[4]。在这样的网络环境下，既要考虑到内部数据的安全性，又需要从外部获取资料，通常采用移动介质进行数据交换。需要人工参与，自动化程度有限，同时，存在数据安全隐患。因此，设计一种自动高效、安全性高的数据传输系统，在政治、军事领域等涉密场景中有着十分迫切的应用需求。

成都理工大学蒲策在其硕士论文《QR二维码编码译码算法研究及应用》中提到了在内外网络隔离的情况下，采用QR码及配套的识别设备进行数据传输^[4]，并实现了文件分割、编码、译码和装配流程。论文中曾提及在QR码中引入加密机制，但是在该项目中未能实现。上海交通大学杨明的硕士论文《基于二维条码和图像处理的单向信息传输系统》中提出可先对数据文件进行通用压缩处理，减少传输时数据的容量，再根据预先确定的QR版本进行文件切分；且使用了一个网络摄像头对应一个屏幕进行拍摄，简化了对扫描图像的几何处理。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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本课题将基于二维码设计一个在网络隔离系统之间进行数据交互的通信系统，将采用二维码作为待传输文件的存储容器。在一般情况下，一个二维码的容量并不足以存储一个完整的目标文件，因此需要发送端将传输数据按二维码帧容量切分为多帧，按照顺序进行编码并显示二维码图像序列；接收端使用摄像头等设备采集二维码图像信息，通过图像处理和译码，最后合成数据，并对接收情况进行反馈，完成收发两端之间的数据通信。

系统实现涉及到的主要研究内容包括：

（1）确定生成的二维码的版本，研究文件合理的切分和装配方法；

（2）选定数据的加密算法，用于对切分后的数据进行加密；