Kiến trúc dữ liệu độc đáo của mã QR

Chỉ trong vài năm, mã QR đã trở thành thứ quen thuộc trên điện thoại và bảng hiệu khắp nơi. Một cú quét là đủ để thanh toán, nhận thông tin hay truy cập dịch vụ. 

Sự hình thành của mã QR

Mã QR (viết tắt của Quick Response, tạm dịch là "phản hồi nhanh") được phát triển lần đầu vào năm 1994 bởi Công ty Denso Wave, một công ty con của Toyota, tại Nhật Bản. 

Ban đầu mã này được tạo ra để theo dõi linh kiện trong dây chuyền sản xuất ô tô. Khi mã vạch truyền thống không đủ dữ liệu và tốc độ quét, các kỹ sư Nhật tìm cách tạo ra loại mã mới đọc nhanh, chứa nhiều thông tin hơn và thế là mã QR ra đời.

Khác với mã vạch chỉ đọc theo chiều ngang, mã QR được thiết kế dạng hình vuông để có thể lưu dữ liệu theo cả hai chiều ngang và dọc. Nhờ đó nó có thể chứa nhiều ký tự hơn (từ vài chục đến hàng nghìn), bao gồm cả số, chữ và ký hiệu.

Lúc mới ra đời, mã QR chủ yếu dùng trong nội bộ nhà máy. Nhưng khi điện thoại có camera trở nên phổ biến, mã này mới "lên đời". Nó được mang ra khỏi dây chuyền, đi vào quảng cáo, thanh toán, tra cứu sản phẩm, điểm danh lớp học…

Cấu trúc của mã QR khá đặc biệt gồm ba ô vuông lớn ở các góc giúp định vị khi quét; phần còn lại là các ô dữ liệu nhỏ. Dù trông đơn giản, nhưng bên trong mã là một chuỗi số nhị phân được mã hóa rất kỹ. 

Có đến 40 phiên bản QR, tùy theo độ dài và mức độ phức tạp của dữ liệu. Đặc biệt mỗi mã QR có tích hợp tính năng sửa lỗi nên dù bị nhòe, rách hoặc in lệch, vẫn có thể đọc được chính xác nhờ các thuật toán dự phòng trong nền tảng mã hóa.

Vì sao mã QR gần như không bao giờ trùng nhau?

Theo tìm hiểu của Tuổi Trẻ Online, mã QR hoạt động như một loại "chữ viết số hóa" chứa thông tin. Có thể là đường link, văn bản, số điện thoại, mã định danh... Dù hình vuông đen trắng ấy nhìn na ná nhau, nhưng để hai mã QR trùng hệt nhau là cực kỳ hiếm, gần như không xảy ra. Lý do nằm ở cách mã hóa và dung lượng lưu trữ của nó.

Một mã QR không chỉ đơn giản là hình ảnh. Nó là một cấu trúc mã hóa dữ liệu theo ma trận hai chiều. Tùy vào độ phức tạp, mã QR có thể lưu từ vài ký tự đến hàng ngàn ký tự. 

Cụ thể một mã QR chuẩn có thể lưu tối đa khoảng 7.000 ký tự số hoặc khoảng 3.000 ký tự chữ và số. Nếu tính theo bit, dung lượng tối đa lên đến khoảng 3KB dữ liệu.

Về mặt kỹ thuật, một mã QR có thể tạo ra từ bộ dữ liệu đầu vào duy nhất và sẽ sinh ra hình ảnh duy nhất tương ứng. Tức là nếu bạn tạo một mã QR chứa nội dung thì hình ảnh QR tạo ra từ nội dung đó là cố định. Đổi dù chỉ 1 ký tự như thêm dấu chấm thì mã QR hoàn toàn thay đổi.

Khả năng "gần như không trùng" đến từ số tổ hợp khổng lồ của QR. Với 40 cấp độ kích thước (từ version 1 đến version 40) và 4 mức độ sửa lỗi (L, M, Q, H), cùng với cách chia dữ liệu thành khối, số lượng tổ hợp QR có thể tạo ra là hàng tỉ tỉ mã khác nhau. Cụ thể nếu dùng loại QR phức tạp nhất (phiên bản 40, mức sửa lỗi thấp), số lượng tổ hợp khả dĩ lên tới 10 mũ 700 - nhiều hơn cả số nguyên tử trong vũ trụ đã biết.

Hơn nữa mã QR còn được thiết kế để sửa lỗi: bạn có thể làm mờ, che mất 30% diện tích, mà nội dung vẫn được đọc chính xác. Điều này khiến mỗi mã QR không chỉ duy nhất về nội dung, mà còn có khả năng chống "nhiễu" cao, giúp tránh hiểu nhầm giữa hai mã gần giống nhau.

Trong thực tế, khi một hệ thống sinh mã QR (ví dụ: hệ thống vé điện tử, đăng nhập...) cần tạo mã riêng cho mỗi người, nó thường gắn kèm một chuỗi ID duy nhất, hoặc thời gian, thông tin đặc thù, để đảm bảo không bao giờ bị trùng. Vì thế kể cả khi cùng truy cập một trang web, nhưng mã QR dành cho mỗi người có thể khác nhau, ví dụ như vé máy bay, thẻ khách mời, hoặc OTP QR.

Cuối cùng các nền tảng thường không tạo QR tùy tiện, mà có hệ thống kiểm tra, lưu trữ và kiểm soát. Vì thế ngay cả khi con người có thể tạo trùng (dán lại mã cũ), hệ thống vẫn có thể phát hiện và từ chối xử lý.

Với tất cả những yếu tố trên đã tạo ra số tổ hợp cực lớn, khả năng sửa lỗi mạnh, và cách sinh mã kiểm soát từ đó mã QR gần như không bao giờ trùng nhau một cách ngẫu nhiên. Nếu trùng, đó thường là... cố ý hoặc do sao chép.

Theo Tuấn Vĩ/ Tuổi Trẻ

https://tuoitre.vn/ma-qr-duoc-hinh-thanh-the-nao-vo-so-ma-qr-lieu-co-bi-trung-khong-20250624104002249.htm