QR-коды, когда-то казавшиеся бессмысленными, сегодня повсеместно используются в самых разных областях: от транспорта и ресторанов до проведения платежей.
От азбуки Морзе до штрих-кода
История начинается с Самуэля Морзе, художника, разработавшего азбуку Морзе – революционный прорыв в коммуникациях, основанный на коротких и длинных импульсах (точка и тире). Часто используемые символы кодировались короткими последовательностями, менее частотные – более длинными. Система, используемая военными, моряками и авиацией (знаменитый сигнал SOS – яркий пример), заложила основу для будущих систем кодирования.
В сороковых годах XX века возникла проблема автоматизации процесса пробивания покупок. Бернард Сильвер и Норман Вудланд разработали штрих-код – последовательность из 12 цифр, считываемую лазером. Разные цвета линий кодировали цифры, левое и правое полукоды отличались цветом кодирования одной и той же цифры. Последняя цифра служила для проверки целостности кода. Ограниченность информации, которую мог хранить штрих-код (только наименование, тип и модель товара), стала причиной поиска альтернативы.
Возникновение QR-кода и его структура
В 1986 году возникла необходимость отслеживать источники импорта говядины. Обычный штрих-код не мог вместить необходимую информацию. Решение пришло от Масахиро Хара, который создал матрицу данных – черно-белую матрицу, способную хранить значительно больше информации.
QR-код (Quick Response code) – это двумерный штрих-код, представляющий собой матрицу из модулей (черных и белых квадратов). Информация кодируется в виде битов (0 и 1), где белый квадрат – ноль, а черный – единица. Процесс кодирования включает перевод символов в двоичный код (используется байтовая кодировка ASCII), формирование матрицы (размер от 21×21 до 177×177 модулей), использование системных элементов (поисковые узоры, выравнивающий узор, полосы синхронизации), коррекцию ошибок (код Рида-Соломона, уровни L, M, Q, H) и маскирование (для улучшения считываемости).
Коды Рида-Соломона и исправление ошибок
Код Рида-Соломона использует математические принципы для обнаружения и исправления ошибок, основываясь на создании полинома, коэффициенты которого являются данными, а проверочные значения – для выявления ошибок. Расстояние Хэмминга определяет количество ошибок, которые можно исправить.
Применение, безопасность и будущее QR-кодов
Широкое распространение QR-кодов обусловлено большей емкостью по сравнению со штрих-кодами, удобством считывания смартфонами и ростом их использования в связи с пандемией COVID-19. Однако возникают проблемы, связанные с безопасностью (фишинг, мошенничество). Разрабатываются методы шифрования и аутентификации для повышения безопасности. Дальнейшее развитие может включать возможность хранения более сложной информации (изображений, больших объемов данных) и использование в экстремальных ситуациях (например, хранение медицинских данных).
QR-коды – результат эволюции систем кодирования, от азбуки Морзе до сложных алгоритмов коррекции ошибок. Их успех определяется высокой емкостью, удобством считывания и широким спектром применений. Необходимо постоянно совершенствовать методы обеспечения безопасности.