中国图码:一项颠覆性的信息码技术

2022-09-13 09:33   来源: 互联网

中国图码:一项颠覆性的信息码技术

这是一项创新性的基础理论研究成果,有可能导致技术领域的重大突破。由几何算法带来几何编码与图码时代,或将带来21世纪一项具有新成长性的通用信息技术革命!——中国科学院张景中院士

1974年,美国人塞尔沃和伍德兰德发明了条形码,1994年,日本人原昌宏发明了二维码,这两项技术的商业化很快就在全球推广普及开来。目前全球每天扫码次数超过100亿次,人类社会已深度进入数码时代。万物皆有码,随着5G物联网技术的不断成熟,未来整个世界将演变成漂浮在数字海洋中的“港陆码头”。

2014年,一项称之为“图码”或“非线性二维码”的信息码技术横空出世,在信息技术领域引起了较大关注。图码被有关专家誉为“一项颠覆性的信息码技术”。这项新技术跟传统信息码技术最大的区别在于:传统技术都是采用0、1二进位制数字来编码储存信息,因此称作“数码”或“数字编码”,而图码技术采用几何结构单元来编码储存信息,因此称作“图码”或“几何编码”。条形码和二维码都是线性编码,它们结构上等价于数字码,而图码是非线性结构上编码存储,它具备许多数字码没有的技术特征。简单说,图码跟数码的比较优势在于:由于摩尔定律的限制,数码技术已经快达到其物理极限,非数字化信息处理技术成为当今一个前沿研究领域,而几何化编码是最有希望获得重大突破的一个研究方向。图码是国内首个真正能够做到大规模市场推广的几何化编码技术,应用领域和发展潜力巨大。

近日,记者随中央党校民营企业参与重大科技创新的策略与路径研究课题组一行,实地考察了位于盐城的江苏图码信息科技有限公司,并与图码技术发明人、公司董事长王同超进行了深入探讨交流。这一新技术的诞生居然是源于他探索宇宙真理的哲学思考。

图为王同超正在演示图码的电脑操作生成

仰望星空的新几何学发明者

我们从古希腊两个科学公案讲起。人类最早的数学是起源于计数和测量,后来就形成了算术和几何这两大独立的数学分支,数学研究的对象就是事物的数和形,也就是事物的数值计算和几何证明。到古希腊时代,关于世界的本源究竟是什么,哲学家提出了两种观点:一种观点是毕达哥拉斯提出来的,认为世界本源是数;另一种观点是柏拉图提出来的,认为世界本源是形,他设想宇宙万物是由正四面体、正立方体、正八面体、正十二面体和正二十面体组成的,分别代表“火”、“土”、“气”、“以太”、“水”这五种元素。不过古希腊人自己却发现,数是离散的,而形是连续的,数和形彼此矛盾,有些连续的几何量无法用数值关系来表示。数和形的矛盾贯穿了整个数学史。

王同超出生于盐城一个普通的职工家庭。读中学时,受物理老师的影响,迷恋上了科学,看了许多科普书,便立志成为一位科学家,到高中毕业时,他自己就能看一些量子力学和高等数学的教科书了。青少年时代,是一个人思想形成的关键时期。他很早就开始思考“世界的本源是什么”这类哲学问题。有一天夏夜,他躺在草地上,望着满天繁星,突然想到:自己躺着不动,但其实跟着地球在公转和自转,而太阳带着地球又围绕着银河系在高速运转,自己只是浩瀚宇宙中的一个点,但自己这个点,又是一个具有多重复杂运动的动点,而一个动点的运动轨迹,其实包含了多维运动信息,能反映出宇宙运行的基本规律。这是他形成“动态几何”的思想萌芽,真有点“坐地日行八万里,巡天遥看一千河”的意思。

后来,王同超报考了函授软件编程专业,在上海师范大学读了一年,拿到了高级软件工程师资质,又读了中国人民大学的工商管理专业。毕业后,他先后自己经营了教具厂,又因会搞教学教具的发明创造,就被市科协聘为科教专家组高级导师,负责青少年科技创新竞赛活动。业余时间,他把全部精力放在了“动态几何”的研究上,而且这一研究就是十几年。在漫长的研究过程中,还发生了一段小插曲。2005年,王同超利用“动态几何”的方法,发明了一套“无心绘圆”教学软件,没想到大获成功,在全省推广,培训了30多万名学生,并获科技教育发明省一等奖、全国三等奖。这一下子他就在市科教系统内声名鹊起,更坚定了自己搞“动态几何”研究的决心。

从哲学走向数学,这条科学探索之路前后整整走了将近20年。2008年,王同超出版了专著《动态几何与数的图模(图码技术)》,提出了一套将数字和图形一一对应起来的几何编码方法,并通过编程,在电脑上生成了整数和有理数的图模(图形),这种数学方法就足以用来精确处理二维图形,来储存信息,并创建了用几何结构编码和颜色来存储信息数据的电脑操作生成器,这就是图码技术的基础工具。利用动态几何的方法,生成的实数图模越多,就有更多的数形来储存信息。他还从中发现了素数图模,具有最致密的结构,在同位数中素数结构总是有最大存储容量,这使得素数的形体有了信息承载用具的重要优势。这是一个惊人的数学发现。数字是用来编码和计算的,当数字转成形体后,又增加了存储信息的载具功能。

王同超在书中提出了一个重要的假设:一个实数都有一个图模,一个是数的量,一个是数的形,两者一一对应,共同组成“实全数”,它是数的数值和数形的完美结合。如果这个假设成立,那么数和形之间的矛盾就消除了,任何数都有一个形体,数的形体也都对应着自己的量,万物既是数也是形,数学体系从此就完美了。也就是说,对信息进行编码,数码和图码是等价的,但两种编码方式各具优势,相得益彰。

在调研时,王同超亲自在电脑上给我们演示了数字变成图形的彩绘过程,当你看到某个熟悉的数字变成链条、网格、圆盘、花瓣等各式各样绚丽图案时,不由得感叹数是有神奇的自然之美。王同超还用“无心绘圆”的例子,给我们这些外行讲解了究竟什么是“动态几何”。他说,如果不参照圆心,从动点的观点来看,圆就是这个动点沿曲切线方向的均速运动,再加上自身法线方向加速和自转,这三个维度的运动叠加在一个动体上,其运动轨迹就是一个圆迹。说白了,“动态几何”就是把动点所有维度的运动轨迹,按时空法则及呈现序列,叠加起来而得到的图形。数字也可以看作是动点按照一定的运动规则而形成的运动轨迹,所以在计算机里,一个数字都有一个对应的数模。当计算机编程能把数字的形状都生成出来,数和形就成为了不可分割的整体,王同超认为这种“完整的数”,才是宇宙万物的本源。数字具有形体这一发现,将数与形实现无缝对接,在原理上不需要编码转译,这对计算机编程来说意义重大。在《动态几何与数的图模(图码技术)》专著出版审稿时,受到了江苏省数学学会秘书长郑维行教授的支持与高度评价。

万物皆数,万物也皆有形,数形同源。王同超认为:“人类信息技术才做了一半,数字编码是一半,几何编码是另一半。”对新一代信息技术探索来说,这种理论视野是非常深刻的,也代表了未来计算机技术发展的主流方向。由动态几何和数形的几何算法,转化到图码的理论方法和技术方案,这项技术转化无疑走出了从0到1这关键性的一步,它不仅在理论上具有极强原创性和开创性,在工程技术上也具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。中国科学院张景中院士评价这是一项创新性的基础理论研究成果,有可能导致技术领域的重大突破。由数字算法带来了数字编码与数码时代,这是20世纪最伟大的科技革命。而由几何算法带来几何编码与图码时代,或将带来21世纪一项具有新成长性的通用信息技术革命!

图为图码产品推介会

破解防伪追溯难题,全面换代二维码

专著出版后,王同超面临着一个选择:“动态几何及图码技术”这一新理论新技术,究竟是写成学术论文去发表,还是开发出产品去创业?这是两条完全不同的道路。他一时也难以抉择。见过一位科技局领导,鼓励他说:你发明了一个重要的数学方法,如果能把它转化成工具或产品,这个意义比写篇论文更重大;要是产品能推动人类文明进步,那意义就更伟大。这番话使他下定了创业的决心。

2014年10月,在市科技局和园区的支持下,王同超成立了江苏图码信息科技有限公司,后被评为国家高新技术企业、江苏省软件核心竞争力企业。他经营教具厂多年,对办企业、做销售并不陌生,但他把前期工作的重点放到了技术研发上,陆续开发新技术产品,并申报了20项国内专利和5项国际专利,以及软件著作等知识产权达百项,完成了公司可持续发展必需的技术储备。同时,他利用自己多年积累的市场资源,开发出图码追溯管理系统、证书验证管理系统、学生成长信息与教务管理系统,先在市内各大中小学推广普及,后又扩展到省内其它地区,效益可观,实现了公司的滚动式发展。公司还采取了定制式市场销售模式,陆续为全国各地的客户开发出名片码、证书码、商标码、防伪追溯码、网站门户码、管理智慧码等定制化产品;智慧码操作系统、图码网门户平台、图码工厂网上生产平台,是近期完成的产业化平台。目前,公司研制出二十大类的数十种码品应用,可满足各行各业的用码、扫码需求。王同超自信地说:经过这些年的技术积累,公司已经做好大干快干大发展的充分准备。

但王同超也承认,目前图码产品的市场推广并未达到预期的效果,主要是大家都已习惯了条形码和二维码,二维码在市场上已占据绝对主流,人们要接受并换用图码尚需时日。不过他强调,图码全面爆发应用到市场上是迟早的事,因为图码技术比二维码技术要高出几个量级,尤其是对码本身的统一追溯和安全监管上。接着他又给我们讲起了图码的几个主要优势:

第一,图码是直接用肉眼识别的信息码,看到图码就如看到码主人,譬如商标、logo等,二维码是不可识别的固定形状黑白点集合。所以,图码的样式远比二维码丰富,做出对象标志一致的信息码。

第二,二维码的成码与解码,全都开源了,谁都可以生成使用,其可靠性、安全性都非常低,重码问题现在也越来越严重。像防疫码、健康码、场所码,之所以冒出来这么多问题,主要就是重码和仿冒导致的。而且,二维码的技术系统是日本人创建的,我们下载就用,或在人家内核码基础上加些代码做点调整,但核心代码和算法全是人家封装的,所以传统二维码的主权不是我们的,信息安全性非常差。图码就完全相反,这项技术没有开源,所有码均由图码生成平台统一生产并统一管理,安全系数极高。

第三,图码最大的优势在于,它完全破解了对信息码本身防伪追溯的技术难题,这是二维码不能比拟的,我们对常用的二维码没有追溯监管系统,二维码本身不能被追溯,用其追溯人或物品,是件滑头事。道理非常简单,每个图码都有一个几何密钥码,这个密钥码是天然的随机的,来自图码原型结构,并内置在图码内部的,有了这个天然的密钥,我们就能对图码本身进行监管和远程控制了,而验证图码的密钥码,一般就封存在后台信息数据库中,只有码主本人才知道,外人不知道这个密钥,就无法实现内仿。如果外人仿制了你的图码,他不知道密钥,就无法登陆后台确认,只要扫读,这个仿码就会被后台抓获,从而实现对信息码本身直接监管、追溯防伪的目的。

王同超给我们展示了图码防伪溯源的操作。当用手机扫读有问题的图码时,就会出现两种提示音:一种是“所购为赝品”,这就可以确定买到假货了;另一种是“所购已验证多次”,并会出现验证的次数和首次验证的时间,此时就需要仔细来查看货物的真伪了。所有扫读的结果都会反馈到后台,协助厂家打假溯源。这番操作下来,引起了课题组的极大兴趣。王同超介绍说:图码可以实现全系统防伪溯源,彻底解决假冒伪劣产品鉴别问题。二维码因为区分不了真码和伪码,所以也鉴别不出真品和伪品。图码是一个升级版的安全信息码,它本身就是一个微区块链。这是目前的二维码无法实现的。

“我们争取在5-10年内,实现图码全面换代二维码的重要应用场景,这将是一个万亿级的大市场。”王同超这句话说得非常坚定,像一位指挥员正在发布作战令,给课题组每一位都留下了深刻印象。

图为图码创意设计大赛

构建新一代信息码技术的底层系统

在参观图码技术研究中心时,王同超向课题组介绍了未来图码产业发展的设想。全面升级二维码,只是图码第一层应用设计的目标,这项技术实现了载信二维图形和数码之间的精确匹配。图码技术本身还在不断迭代升级,目前第二层图码应用设计已近于完成,它比第一层应用的基础部分要多五倍的工作面,并将带来更为丰富的高维几何码形态。最新开发的图码立体码产品及技术系统,两项发明专利都已经授权,这项图码新产品新技术将从根本上解决工业品定制和工业4.0大规模生产关于产品的身份问题。经过近十年的研发,图码已从一维非线性存储升级到平面编码存储,正在从二维结构编码升级到三维立体编码,理论上,还可继续生成四维时空动态编码,甚至更高维度的信息体产品,其开发潜力几乎是深不可测的。图码符合未来信息技术发展的趋势,可广泛与区块链、元宇宙和人工智能等最前沿科技融合,开创信息深度应用领域。

谈到未来信息技术的发展,王同超提出了一个比较超前的想法。他说,最近2nm芯片研制成功,这已经达到了数码技术的物理极限,未来信息码技术的重要方向是几何码。目前信息码技术的底层系统仍是数字码,而新一代底层系统的构建将是数字码和几何码的混编。但由于缺乏基础理论的指导,几何编码的研发在国际上一直都是个难题,成功实现量产的几何码产品也寥寥无几。建立在动态几何上的图码技术,可以说是一“码”当先,开启了从数字码到几何码的历史性转折,它不仅是一项颠覆性的信息码技术,甚至可能改变整个信息技术发展的方向。王同超告诉课题组,目前公司正在跟阿里云、中国网络空间安全协会,开展业务活动,加快新技术的迭代升级,最终目标是要构建新一代信息码技术的底层系统,将未来信息技术发展的主动权牢牢掌握在中国人自己手里。这无疑是一个极其宏伟的企业发展愿景。

通过实地调研考察,课题组一致认为:图码是一项具有原创理论的核心技术,它完全可以成长为未来新一代信息码的通用技术,在当前加快建设国内统一市场的大背景下,这项新技术无疑对国家信息安全与产业经济安全发展,都具有重大意义。但理论再好,技术再先进,都必须放到市场上去淬炼实践,去自我实现。课题组建议:现阶段是图码发展的关键期,要加大宣传力度,让更多人了解图码,关注图码,同时也要做好顶层商业设计,聚焦防伪溯源这个最具技术优势的产业领域,集中力量来做几个大项目、大客户,一举解决公司“起飞”阶段的市场瓶颈难题。等时机成熟,公司再引入战略投资者,并积极参与有关信息码国家标准的制定工作,推动形成图码产业大发展的格局。

图为王同超在给课题组做讲解

课题组对王同超董事长的创业思想表示赞同。中国科技创新必须依靠一线的科研工作者和企业家,他们才是最具创新意识的市场主体。真正伟大的产品都是从市场上拼杀出来的,而不是在PPT上规划设计出来的。经济学大师熊彼特有个著名观点:“创新应当是企业家的主要特征”。而所谓创新,就是把各种生产要素创造性地组合起来,不单单只是技术要素。图码必须尽快把自己的技术优势转化成市场优势,在新一轮科技革命和产业变革即将到来之际,扎稳脚跟,行稳致远,稳健成长为全球信息码技术的领军企业。 (来源:和通社《亚洲新闻周刊》、《亚洲经济导刊》∕吕陈君,编辑刘闻益)


责任编辑:李编
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