這是一項創(chuàng)新性的基礎(chǔ)理論研究成果，有可能導(dǎo)致技術(shù)領(lǐng)域的重大突破。由幾何算法帶來幾何編碼與圖碼時代，或?qū)�帶�?1世紀(jì)一項具有新成長性的通用信息技術(shù)革命!——中國科學(xué)院張景中院士

1974年，美國人塞爾沃和伍德蘭德發(fā)明了條形碼，1994年，日本人原昌宏發(fā)明了二維碼，這兩項技術(shù)的商業(yè)化很快就在全球推廣普及開來。目前全球每天掃碼次數(shù)超過100億次，人類社會已深度進入數(shù)碼時代。萬物皆有碼，隨著5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，未來整個世界將演變成漂浮在數(shù)字海洋中的“港陸碼頭”。

 

2014年，一項稱之為“圖碼”或“非線性二維碼”的信息碼技術(shù)橫空出世，在信息技術(shù)領(lǐng)域引起了較大關(guān)注。圖碼被有關(guān)專家譽為“一項顛覆性的信息碼技術(shù)”。這項新技術(shù)跟傳統(tǒng)信息碼技術(shù)最大的區(qū)別在于：傳統(tǒng)技術(shù)都是采用0、1二進位制數(shù)字來編碼儲存信息，因此稱作“數(shù)碼”或“數(shù)字編碼”，而圖碼技術(shù)采用幾何結(jié)構(gòu)單元來編碼儲存信息，因此稱作“圖碼”或“幾何編碼”。條形碼和二維碼都是線性編碼，它們結(jié)構(gòu)上等價于數(shù)字碼，而圖碼是非線性結(jié)構(gòu)上編碼存儲，它具備許多數(shù)字碼沒有的技術(shù)特征。簡單說，圖碼跟數(shù)碼的比較優(yōu)勢在于：由于摩爾定律的限制，數(shù)碼技術(shù)已經(jīng)快達到其物理極限，非數(shù)字化信息處理技術(shù)成為當(dāng)今一個前沿研究領(lǐng)域，而幾何化編碼是最有希望獲得重大突破的一個研究方向。圖碼是國內(nèi)首個真正能夠做到大規(guī)模市場推廣的幾何化編碼技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展?jié)摿�巨大�?/p>

 

近日，記者隨中央黨校民營企業(yè)參與重大科技創(chuàng)新的策略與路徑研究課題組一行，實地考察了位于鹽城的江蘇圖碼信息科技有限公司，并與圖碼技術(shù)發(fā)明人、公司董事長王同超進行了深入探討交流。這一新技術(shù)的誕生居然是源于他探索宇宙真理的哲學(xué)思考。

 

(王同超正在演示圖碼的電腦操作生成)

仰望星空的新幾何學(xué)發(fā)明者

 

我們從古希臘兩個科學(xué)公案講起。人類最早的數(shù)學(xué)是起源于計數(shù)和測量，后來就形成了算術(shù)和幾何這兩大獨立的數(shù)學(xué)分支，數(shù)學(xué)研究的對象就是事物的數(shù)和形，也就是事物的數(shù)值計算和幾何證明。到古希臘時代，關(guān)于世界的本源究竟是什么，哲學(xué)家提出了兩種觀點：一種觀點是畢達哥拉斯提出來的，認(rèn)為世界本源是數(shù);另一種觀點是柏拉圖提出來的，認(rèn)為世界本源是形，他設(shè)想宇宙萬物是由正四面體、正立方體、正八面體、正十二面體和正二十面體組成的，分別代表“火”“土”“氣”“以太”“水”這五種元素。不過古希臘人自己卻發(fā)現(xiàn)，數(shù)是離散的，而形是連續(xù)的，數(shù)和形彼此矛盾，有些連續(xù)的幾何量無法用數(shù)值關(guān)系來表示。數(shù)和形的矛盾貫穿了整個數(shù)學(xué)史。

 

王同超出生于鹽城一個普通的職工家庭。讀中學(xué)時，受物理老師的影響，迷戀上了科學(xué)，看了許多科普書，便立志成為一位科學(xué)家，到高中畢業(yè)時，他自己就能看一些量子力學(xué)和高等數(shù)學(xué)的教科書了。青少年時代，是一個人思想形成的關(guān)鍵時期。他很早就開始思考“世界的本源是什么”這類哲學(xué)問題。有一天夏夜，他躺在草地上，望著滿天繁星，突然想到：自己躺著不動，但其實跟著地球在公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，而太陽帶著地球又圍繞著銀河系在高速運轉(zhuǎn)，自己只是浩瀚宇宙中的一個點，但自己這個點，又是一個具有多重復(fù)雜運動的動點，而一個動點的運動軌跡，其實包含了多維運動信息，能反映出宇宙運行的基本規(guī)律。這是他形成“動態(tài)幾何”的思想萌芽，真有點“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”的意思。

 

后來，王同超報考了函授軟件編程專業(yè)，在上海師范大學(xué)讀了一年，拿到了高級軟件工程師資質(zhì)，又讀了中國人民大學(xué)的工商管理專業(yè)。畢業(yè)后，他先后自己經(jīng)營了教具廠，又因會搞教學(xué)教具的發(fā)明創(chuàng)造，被市科協(xié)聘為科教專家組高級導(dǎo)師，負(fù)責(zé)青少年科技創(chuàng)新競賽活動。業(yè)余時間，他把全部精力放在了“動態(tài)幾何”的研究上，而且這一研究就是十幾年。在漫長的研究過程中，還發(fā)生了一段小插曲。2005年，王同超利用“動態(tài)幾何”的方法，發(fā)明了一套“無心繪圓”教學(xué)軟件，沒想到大獲成功，在全省推廣，培訓(xùn)了30多萬名學(xué)生，并獲科技教育發(fā)明省一等獎、全國三等獎。他一下子在市科教系統(tǒng)內(nèi)聲名鵲起，更堅定了自己搞“動態(tài)幾何”研究的決心。

 

從哲學(xué)走向數(shù)學(xué)，這條科學(xué)探索之路前后整整走了將近20年。2008年，王同超出版了專著《動態(tài)幾何與數(shù)的圖模(圖碼技術(shù))》，提出了一套將數(shù)字和圖形一一對應(yīng)起來的幾何編碼方法，并通過編程，在電腦上生成了整數(shù)和有理數(shù)的圖模(圖形)，這種數(shù)學(xué)方法就足以用來精確處理二維圖形，來儲存信息，并創(chuàng)建了用幾何結(jié)構(gòu)編碼和顏色來存儲信息數(shù)據(jù)的電腦操作生成器，這就是圖碼技術(shù)的基礎(chǔ)工具。利用動態(tài)幾何的方法，生成的實數(shù)圖模越多，就有更多的數(shù)形來儲存信息。他還從中發(fā)現(xiàn)了素數(shù)圖模，具有最致密的結(jié)構(gòu)，在同位數(shù)中素數(shù)結(jié)構(gòu)總是有最大存儲容量，這使得素數(shù)的形體有了信息承載用具的重要優(yōu)勢。這是一個驚人的數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)。數(shù)字是用來編碼和計算的，當(dāng)數(shù)字轉(zhuǎn)成形體后，又增加了存儲信息的載具功能。

 

王同超在書中提出了一個重要的假設(shè)：一個實數(shù)都有一個圖模，一個是數(shù)的量，一個是數(shù)的形，兩者一一對應(yīng)，共同組成“實全數(shù)”，它是數(shù)的數(shù)值和數(shù)形的完美結(jié)合。如果這個假設(shè)成立，那么數(shù)和形之間的矛盾就消除了，任何數(shù)都有一個形體，數(shù)的形體也都對應(yīng)著自己的量，萬物既是數(shù)也是形，數(shù)學(xué)體系從此就完美了。也就是說，對信息進行編碼，數(shù)碼和圖碼是等價的，但兩種編碼方式各具優(yōu)勢，相得益彰。

 

在調(diào)研時，王同超親自在電腦上給我們演示了數(shù)字變成圖形的彩繪過程，當(dāng)你看到某個熟悉的數(shù)字變成鏈條、網(wǎng)格、圓盤、花瓣等各式各樣絢麗圖案時，不由得感嘆數(shù)字有神奇的自然之美。王同超還用“無心繪圓”的例子，給我們這些外行講解了究竟什么是“動態(tài)幾何”。他說，如果不參照圓心，從動點的觀點來看，圓就是這個動點沿曲切線方向的均速運動，再加上自身法線方向加速和自轉(zhuǎn)，這三個維度的運動疊加在一個動體上，其運動軌跡就是一個圓跡。說白了，“動態(tài)幾何”就是把動點所有維度的運動軌跡，按時空法則及呈現(xiàn)序列，疊加起來而得到的圖形。數(shù)字也可以看作是動點按照一定的運動規(guī)則而形成的運動軌跡，所以在計算機里，一個數(shù)字都有一個對應(yīng)的數(shù)模。當(dāng)計算機編程能把數(shù)字的形狀都生成出來，數(shù)和形就成為了不可分割的整體，王同超認(rèn)為這種“完整的數(shù)”，才是宇宙萬物的本源。數(shù)字具有形體這一發(fā)現(xiàn)，將數(shù)與形實現(xiàn)無縫對接，在原理上不需要編碼轉(zhuǎn)譯，這對計算機編程來說意義重大。在《動態(tài)幾何與數(shù)的圖模(圖碼技術(shù))》專著出版審稿時，受到了江蘇省數(shù)學(xué)學(xué)會秘書長鄭維行教授的支持與高度評價。

 

萬物皆數(shù)，萬物也皆有形，數(shù)形同源。王同超認(rèn)為：“人類信息技術(shù)才做了一半，數(shù)字編碼是一半，幾何編碼是另一半。”對新一代信息技術(shù)探索來說，這種理論視野是非常深刻的，也代表了未來計算機技術(shù)發(fā)展的主流方向。由動態(tài)幾何和數(shù)形的幾何算法，轉(zhuǎn)化到圖碼的理論方法和技術(shù)方案，這項技術(shù)轉(zhuǎn)化無疑走出了從0到1這關(guān)鍵性的一步，它不僅在理論上具有極強原創(chuàng)性和開創(chuàng)性，在工程技術(shù)上也具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的市場潛力。中國科學(xué)院張景中院士評價這是一項創(chuàng)新性的基礎(chǔ)理論研究成果，有可能導(dǎo)致技術(shù)領(lǐng)域的重大突破。由數(shù)字算法帶來了數(shù)字編碼與數(shù)碼時代，這是20世紀(jì)最偉大的科技革命。而由幾何算法帶來幾何編碼與圖碼時代，或?qū)�帶�?1世紀(jì)一項具有新成長性的通用信息技術(shù)革命!

 

(圖碼產(chǎn)品推介會)

破解防偽追溯難題，全面換代二維碼

 

專著出版后，王同超面臨著一個選擇：“動態(tài)幾何及圖碼技術(shù)”這一新理論新技術(shù)，究竟是寫成學(xué)術(shù)論文去發(fā)表，還是開發(fā)出產(chǎn)品去創(chuàng)業(yè)?這是兩條完全不同的道路。他一時也難以抉擇。一位科技局領(lǐng)導(dǎo)鼓勵他說：你發(fā)明了一個重要的數(shù)學(xué)方法，如果能把它轉(zhuǎn)化成工具或產(chǎn)品，這個意義比寫篇論文更重大;要是產(chǎn)品能推動人類文明進步，那意義就更偉大。這番話使他下定了創(chuàng)業(yè)的決心。

 

2014年10月，在市科技局和園區(qū)的支持下，王同超成立了江蘇圖碼信息科技有限公司，后被評為國家高新技術(shù)企業(yè)、江蘇省軟件核心競爭力企業(yè)。他經(jīng)營教具廠多年，對辦企業(yè)、做銷售并不陌生，但他把前期工作的重點放到了技術(shù)研發(fā)上，陸續(xù)開發(fā)新技術(shù)產(chǎn)品，并申報了20項國內(nèi)專利和5項國際專利，以及軟件著作等知識產(chǎn)權(quán)達百項，完成了公司可持續(xù)發(fā)展必需的技術(shù)儲備。同時，他利用自己多年積累的市場資源，開發(fā)出圖碼追溯管理系統(tǒng)、證書驗證管理系統(tǒng)、學(xué)生成長信息與教務(wù)管理系統(tǒng)，先在市內(nèi)各大中小學(xué)推廣普及，后又?jǐn)U展到省內(nèi)其他地區(qū)，效益可觀，實現(xiàn)了公司的滾動式發(fā)展。公司還采取了定制式市場銷售模式，陸續(xù)為全國各地的客戶開發(fā)出名片碼、證書碼、商標(biāo)碼、防偽追溯碼、網(wǎng)站門戶碼、管理智慧碼等定制化產(chǎn)品;智慧碼操作系統(tǒng)、圖碼網(wǎng)門戶平臺、圖碼工廠網(wǎng)上生產(chǎn)平臺，是近期完成的產(chǎn)業(yè)化平臺。目前，公司研制出二十大類的數(shù)十種碼品應(yīng)用，可滿足各行各業(yè)的用碼、掃碼需求。王同超自信地說，經(jīng)過這些年的技術(shù)積累，公司已經(jīng)做好大干快干大發(fā)展的充分準(zhǔn)備。

 

但王同超也承認(rèn)，目前圖碼產(chǎn)品的市場推廣并未達到預(yù)期的效果，主要是大家都已習(xí)慣了條形碼和二維碼，二維碼在市場上已占據(jù)絕對主流，人們要接受并換用圖碼尚需時日。不過他強調(diào)，圖碼全面爆發(fā)應(yīng)用到市場上是遲早的事，因為圖碼技術(shù)比二維碼技術(shù)要高出幾個量級，尤其是對碼本身的統(tǒng)一追溯和安全監(jiān)管上。接著他又給我們講起了圖碼的幾個主要優(yōu)勢：

 

第一，圖碼是直接用肉眼識別的信息碼，看到圖碼就如看到碼主人，譬如商標(biāo)、logo等，二維碼是不可識別的固定形狀黑白點集合。所以，圖碼的樣式遠比二維碼豐富，做出對象標(biāo)志一致的信息碼。

 

第二，二維碼的成碼與解碼，全都開源了，誰都可以生成使用，其可靠性、安全性都非常低，重碼問題現(xiàn)在也越來越嚴(yán)重。之所以冒出來這么多問題，主要就是重碼和仿冒導(dǎo)致的。而且，二維碼的技術(shù)系統(tǒng)是日本人創(chuàng)建的，我們下載就用，或在人家內(nèi)核碼基礎(chǔ)上加些代碼做點調(diào)整，但核心代碼和算法全是人家封裝的，所以傳統(tǒng)二維碼的主權(quán)不是我們的，信息安全性非常差。圖碼就完全相反，這項技術(shù)沒有開源，所有碼均由圖碼生成平臺統(tǒng)一生產(chǎn)并統(tǒng)一管理，安全系數(shù)極高。

 

第三，圖碼最大的優(yōu)勢在于，它完全破解了對信息碼本身防偽追溯的技術(shù)難題，這是二維碼不能比擬的。我們對常用的二維碼沒有追溯監(jiān)管系統(tǒng)，二維碼本身不能被追溯，用其追溯人或物品，是件滑頭事。道理非常簡單，每個圖碼都有一個幾何密鑰碼，這個密鑰碼是天然的隨機的，來自圖碼原型結(jié)構(gòu)，并內(nèi)置在圖碼內(nèi)部，有了這個天然的密鑰，我們就能對圖碼本身進行監(jiān)管和遠程控制了，而驗證圖碼的密鑰碼，一般就封存在后臺信息數(shù)據(jù)庫中，只有碼主本人才知道，外人不知道這個密鑰，就無法實現(xiàn)內(nèi)仿。如果外人仿制了你的圖碼，他不知道密鑰，就無法登錄后臺確認(rèn)，只要掃讀，這個仿碼就會被后臺抓獲，從而實現(xiàn)對信息碼本身直接監(jiān)管、追溯防偽的目的。

 

王同超給我們展示了圖碼防偽溯源的操作。當(dāng)用手機掃讀有問題的圖碼時，就會出現(xiàn)兩種提示音：一種是“所購為贗品”，這就可以確定買到假貨了;另一種是“所購已驗證多次”，并會出現(xiàn)驗證的次數(shù)和首次驗證的時間，此時就需要仔細來查看貨物的真?zhèn)瘟恕Ｋ�有掃讀的結(jié)果都會反饋到后臺，協(xié)助廠家打假溯源。這番操作下來，引起了課題組的極大興趣。王同超介紹說。圖碼可以實現(xiàn)全系統(tǒng)防偽溯源，徹底解決假冒偽劣產(chǎn)品鑒別問題。二維碼因為區(qū)分不了真碼和偽碼，所以也鑒別不出真品和偽品。圖碼是一個升級版的安全信息碼，它本身就是一個微區(qū)塊鏈。這是目前的二維碼無法實現(xiàn)的。

 

“我們爭取在5-10年內(nèi)，實現(xiàn)圖碼全面換代二維碼的重要應(yīng)用場景，這將是一個萬億級的大市場。”王同超這句話說得非常堅定，像一位指揮員正在發(fā)布作戰(zhàn)令，給課題組每一位都留下了深刻印象。

 

(圖碼創(chuàng)意設(shè)計大賽)

構(gòu)建新一代信息碼技術(shù)的底層系統(tǒng)

 

在參觀圖碼技術(shù)研究中心時，王同超向課題組介紹了未來圖碼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的設(shè)想。全面升級二維碼，只是圖碼第一層應(yīng)用設(shè)計的目標(biāo)，這項技術(shù)實現(xiàn)了載信二維圖形和數(shù)碼之間的精確匹配。圖碼技術(shù)本身還在不斷迭代升級，目前第二層圖碼應(yīng)用設(shè)計已近于完成，它比第一層應(yīng)用的基礎(chǔ)部分要多五倍的工作面，并將帶來更為豐富的高維幾何碼形態(tài)。最新開發(fā)的圖碼立體碼產(chǎn)品及技術(shù)系統(tǒng)，兩項發(fā)明專利都已經(jīng)授權(quán)，這項圖碼新產(chǎn)品新技術(shù)將從根本上解決工業(yè)品定制和工業(yè)4.0大規(guī)模生產(chǎn)關(guān)于產(chǎn)品的身份問題。經(jīng)過近十年的研發(fā)，圖碼已從一維非線性存儲升級到平面編碼存儲，正在從二維結(jié)構(gòu)編碼升級到三維立體編碼，理論上，還可繼續(xù)生成四維時空動態(tài)編碼，甚至更高維度的信息體產(chǎn)品，其開發(fā)潛力幾乎是深不可測的。圖碼符合未來信息技術(shù)發(fā)展的趨勢，可廣泛與區(qū)塊鏈、元宇宙和人工智能等最前沿科技融合，開創(chuàng)信息深度應(yīng)用領(lǐng)域。

 

談到未來信息技術(shù)的發(fā)展，王同超提出了一個比較超前的想法。他說，最近2nm芯片研制成功，這已經(jīng)達到了數(shù)碼技術(shù)的物理極限，未來信息碼技術(shù)的重要方向是幾何碼。目前信息碼技術(shù)的底層系統(tǒng)仍是數(shù)字碼，而新一代底層系統(tǒng)的構(gòu)建將是數(shù)字碼和幾何碼的混編。但由于缺乏基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)，幾何編碼的研發(fā)在國際上一直都是個難題，成功實現(xiàn)量產(chǎn)的幾何碼產(chǎn)品也寥寥無幾。建立在動態(tài)幾何上的圖碼技術(shù)，可以說是一“碼”當(dāng)先，開啟了從數(shù)字碼到幾何碼的歷史性轉(zhuǎn)折，它不僅是一項顛覆性的信息碼技術(shù)，甚至可能改變整個信息技術(shù)發(fā)展的方向。王同超告訴課題組，目前公司正在跟阿里云、中國網(wǎng)絡(luò)空間安全協(xié)會開展業(yè)務(wù)活動，加快新技術(shù)的迭代升級，最終目標(biāo)是要構(gòu)建新一代信息碼技術(shù)的底層系統(tǒng)，將未來信息技術(shù)發(fā)展的主動權(quán)牢牢掌握在中國人自己手里。這無疑是一個極其宏偉的企業(yè)發(fā)展愿景。

 

通過實地調(diào)研考察，課題組一致認(rèn)為：圖碼是一項具有原創(chuàng)理論的核心技術(shù)，它完全可以成長為未來新一代信息碼的通用技術(shù)，在當(dāng)前加快建設(shè)國內(nèi)統(tǒng)一市場的大背景下，這項新技術(shù)無疑對國家信息安全與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟安全發(fā)展都具有重大意義。但理論再好，技術(shù)再先進，都必須放到市場上去淬煉實踐，去自我實現(xiàn)。課題組建議：現(xiàn)階段是圖碼發(fā)展的關(guān)鍵期，要加大宣傳力度，讓更多人了解圖碼，關(guān)注圖碼，同時也要做好頂層商業(yè)設(shè)計，聚焦防偽溯源這個最具技術(shù)優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，集中力量來做幾個大項目、大客戶，一舉解決公司“起飛”階段的市場瓶頸難題。等時機成熟，公司再引入戰(zhàn)略投資者，并積極參與有關(guān)信息碼國家標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，推動形成圖碼產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的格局。

 

(王同超在給課題組做講解)

課題組對王同超的創(chuàng)業(yè)思想表示贊同。中國科技創(chuàng)新必須依靠一線的科研工作者和企業(yè)家，他們才是最具創(chuàng)新意識的市場主體。真正偉大的產(chǎn)品都是從市場上拼殺出來的，而不是在PPT上規(guī)劃設(shè)計出來的。經(jīng)濟學(xué)大師熊彼特有個著名觀點：“創(chuàng)新應(yīng)當(dāng)是企業(yè)家的主要特征”。而所謂創(chuàng)新，就是把各種生產(chǎn)要素創(chuàng)造性地組合起來，不單單只是技術(shù)要素。圖碼必須盡快把自己的技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化成市場優(yōu)勢，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革即將到來之際，站穩(wěn)腳跟，行穩(wěn)致遠，穩(wěn)健成長為全球信息碼技術(shù)的領(lǐng)軍企業(yè)。

 

(來源：和通社《亞洲新聞周刊》、《亞洲經(jīng)濟導(dǎo)刊》記者/呂陳君)

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