2.5 二维码

二维码就是在二维矩阵相应元素位置上用“点”表示二进制“1”，用“空”表示二进制“0”，用“点”和“空”的排列组成的图像。在定位准确的前提下，只要扫码设备读取到的位置有一个黑点——哪怕只是非常小的黑点，都不妨碍它被识别为“1”，浅色的地方自然就被识别为“0”。如图2.5.1所示，大家可以扫码尝试。扫描则是靠明暗差异来识别二维码，所以二维码是否由小方块组成并没有影响，但一定要用对比鲜明的颜色。如果二维码被设置成了深灰+浅灰，就很难被识别出来。

二维码的种类很多，包括PDF417码、汉信码、颜色条码等。目前，大家看到的二维码大多是“QR码”（微信、支付宝等工具使用的二维码几乎都是QR码）。QR码是Quick Response（快速反应）的缩写，由Denso-Wave公司发明。本节重点介绍QR码的基础知识、常用工具和修复方法。

2.5.0 QR码的基础知识和常用工具

QR码的结构如图2.5.2所示。

❑ 位置探测图形、位置探测图形分隔符、定位图形 ：用于对二维码定位。对每个QR码来说，位置都是固定的，只是大小、规格有所差异。位置探测图形就是QR码图案 三个角上的“回字形”图案 ，当然，这3个“回字形”图案也可以是圆形的。有了这3个“回字形”图案，我们就可以从 任何角度 准确扫描二维码信息，即使二维码被拉伸、压扁也能被准确识别。

位置探测图形如图2.5.3所示，无论版本如何，这个图案的尺寸就是这么大，根据位置探测图形的大小可以推算QR码整体的大小。

❑ 版本信息 ：即二维码的规格。QR码符号共有40种规格的矩阵，官方称为版本（Version）。Version 1是21×21的矩阵，Version 2是25×25的矩阵，Version 3是29×29的矩阵。版本号每增加一，尺寸就会增加4，版本号和尺寸对应公式为：（V-1）×4+21（V是版本号），版本号最高为40，对应的尺寸为（40-1）×4+21=177，即177×177的正方形。

❑ 校正图形 ：版本确定后，校正图形的数量和位置也就确定了。

❑ 格式信息 ：表示该二维码的 纠错级别和选用的掩码模式 。纠错级别分为L、M、Q、H，分别对应7%、15%、25%、30%的容错度。也就是说，如果生成二维码时选择H级的容错度，那么即使30%的图案被遮挡，也可以被正确扫描。这也是很多二维码中间被加上各种图形也能被正确识别的原因。

❑ 数据和纠错码字 ：实际保存的数据和纠错码字。纠错码字（也叫校验区）用于校验数据是否正确并对其修复。

这里我们不准备讲解二维码的所有生成和扫码细节，读者们知道上述各区域的功能和位置即可。在平时的练习过程中，遇到二维码后可以用手机扫描，但是一些CTF比赛不让使用手机，因此我们需要提前准备好离线扫描工具，这里强烈推荐QR Research（工具包中）。该工具在Windows10系统下运行可能会有问题，建议在Windows7虚拟机中运行。使用方法为，双击CQR.exe，如图2.5.4所示，“鼠标”按钮是区域解码，可以选择指定区域后解码；其左侧的“屏幕”按钮是全屏解码，会把当前屏幕中的二维码解码。图中的二维码有遮挡且位置探测图形缺失，但是QR Research仍然可以解码成功。

2.5.1 QR码画图

大部分二维码只由黑白两种颜色构成，因此可以用0与1分别表示黑或白。这样的题目往往只给一个01字符串，需要我们根据01字符串画图以生成二维码。

【例题】question.txt

【题目来源】 2018央企大赛。

【题目描述】 找到文件中的flag。

【解题思路】 TXT文件中是01字符串，因此我们首先想到二进制。如果采用二进制表示信息，我们习惯用8比特表示一个字节。因此，二进制信息流的长度通常是8的倍数。但本例中信息总长度是729字节，729不能被8整除，我们猜测题目的考点并不是二进制。

这时重点关注文本长度，729是27的平方，考虑可能是二维码的变形。将字符串整理为27个字符一行，并增加空格（可利用替换功能快速完成），如图2.5.5所示，不难看出这是个二维码，但是无法扫码，我们需要根据01把QR码画出来。这里提供两种思路：①写脚本画图。②利用Excel画图。我们演示思路②的操作。把整理后的文档保存成txt文件。新建Excel文件，单击“文件”菜单，选择“打开”，再选择整理后的TXT文件，然后选择“分隔符号→空格”，导入后如图2.5.6所示。选中内容为1的单元格，用<Ctrl+f>组合键打开替换窗口，选择“选项”，替换方法如图2.5.7所示，通过设置格式将背景变成黑色。调整单元格宽度，使得二维码呈正方形，扫码后就得到Flag{fucbw5rxlx}。

2.5.2 QR码修复

QR码修复也是比赛中经常遇到的考点。比较简单的考法是只修复位置探测图形，稍微复杂的考法是只给一半二维码，让参赛选手修复另一半。QR码修复不需要特别专业的工具，使用Windows自带的画图工具就可以完成修复。

【例题】biu.png

【题目描述】 找到文件中的flag。

【解题思路】 图像是个残缺的二维码，使用画图工具打开，3个位置探测图形中只有一个。可以把仅有的这个位置探测图形抠出来，再复制到相应的位置。使用画图工具中的选择功能，选择仅有的位置探测图形，然后使用<Ctrl+C>组合键和<Ctrl+V>组合键实现复制、粘贴，调整好位置后再次使用<Ctrl+V>组合键进行粘贴，调整位置。最后扫码就能看到flag。对于QR Research工具而言，不需要把3个位置探测图形都修复，只要有2个位置探测图形完好，就可以扫码。

在稍微复杂的题目中，只提供一半二维码，理论上需要我们根据数据恢复纠错码（或者根据纠错码恢复数据），再拼接得到完整的二维码。目前，有些现成的工具可以帮助我们完成二维码的修复。

【例题】broken_qr.png

【题目描述】 找到文件中的flag。

【解题思路】 打开图像，发现是右半张QR码，需要修复。推荐使用工具QRazyBox（网址为https://github.com/merricx/qrazybox/），该工具可以修复破损比较严重二维码。具体方法如下：首先查看PNG图片，根据位置探测图形的大小，得到对应的二维码规格是29×29。在QRazyBox选择对应的版本，如图2.5.8所示。

然后单击图中的蓝色方格，这个位置对应QR码的“格式信息”，如图2.5.9所示。我们需要选择纠错级别和掩码图形，这里需要经过多次尝试，与PNG图中格式信息图形相一致，最后确定纠错级别是H，掩码图形是6。

接下来，按照PNG图像填入方格，如图2.5.10所示，未知区域使用油漆桶工具填充为白色。单击右上角的“Tools→Extract QR Information”，即可看到flag{Broken_Qr_Hah@}。