QR-Code

Der QR-Code (englisch Quick Response, „schnelle Antwort“, als Markenbegriff „QR Code“) ist ein zweidimensionaler Code, der von der japanischen Firma Denso Wave im Jahr 1994 entwickelt wurde. Aufgrund einer automatischen Fehlerkorrektur ist dieses Verfahren sehr robust und daher weit verbreitet. Weiterentwicklungen sind der Micro-QR-Code, der Secure-QR-Code (SQRC), der iQR-Code und der Frame-QR-Code.

QR Code mit einem Link zur Wikipedia
Die Zeichenkette „https://de.wikipedia.org“ als QR-Code (mit Fehlerkorrektur-Level M)

Geschichte
„Wikipedia ist ein Projekt zum Aufbau einer Enzyklopädie aus freien Inhalten in über 270 Sprachen, zu dem du mit deinem Wissen beitragen kannst.“ als QR-Code

Der QR-Code wurde zur Markierung von Baugruppen und Komponenten für die Logistik in der Automobilproduktion des Toyota-Konzerns entwickelt. Das den QR-Code entwickelnde Unternehmen Denso kooperiert bereits seit seiner Ausgliederung aus dem Konzern 1949 als Zulieferer unter anderem für sämtliche elektrischen und elektronischen Baugruppen mit Toyota. Die Entwicklung des 2D-Codes übernahm die Tochterfirma Denso Wave, die auch Identifikationssysteme und Geräte zur mobilen Datenerfassung entwickelt. Entwickelt wurde der QR-Code ab 1992[1] von Masahiro Hara und seinen Teammitgliedern Takayuki Nagaya, Motoaki Watabe, Tadao Nojiri und Yuji Uchiyama.

Masahiro Hara und sein Team gewannen 2014 den Publikumspreis des Europäischen Erfinderpreises des Europäischen Patentamtes in der Kategorie „Außereuropäische Staaten“.[2]

Grundlagen

Der QR-Code besteht aus einer quadratischen Matrix aus schwarzen und weißen Quadraten oder Punkten, Module genannt, die die kodierten Daten binär darstellen. Eine spezielle Markierung in drei der vier Ecken des Quadrats gibt die Orientierung vor. Die Daten im QR-Code sind durch einen fehlerkorrigierenden Code erweitert. Dadurch wird der Verlust von bis zu 30 % des Codes toleriert, d. h., er kann auch dann noch dekodiert werden.

Standards

Es gibt mehrere Standards, welche die Kodierung von QR-Codes beschreiben.[3]

  • 10. März 1995 – Europäisches Patent Nummer EP0672994[4]
  • Oktober 1997 – AIM (Association for Automatic Identification and Mobility) International[5]
  • Januar 1999 – JIS X 0510
  • Juni 2000 – ISO/IEC 18004:2000[6] (zurückgezogen)
    Definiert QR-Code-Modell 1 und QR-Code-Modell 2
  • November 2004 – Erweiterung des JIS X 0510 um Micro-QR-Code
  • 1. September 2006 – ISO/IEC 18004:2006[7]
    Definiert QR-Code 2005, eine Erweiterung des QR-Code-Modells 2; spezifiziert nicht, wie QR-Code-Modell 1 gelesen werden kann, sondern baut auf QR-Code-Modell-1-Spezifikationen auf

Der QR-Code ist in folgenden Ländern als nationaler Standard eingetragen:

LandStandard
JapanJapanese Industrial Standard JIS X 0510
ChinaChinese National Standard GB/T 18284
SüdkoreaKorean National Standard KSXISOIEC 18004
VietnamVietnamese National Standard TCVN 7322
SingapurSingapore National Standard SS 543 (’09)

Abseits der offiziellen Standards hat NTT DoCoMo De-facto-Standards für die Kodierung von URLs, Kontaktinformationen und weiteren Datentypen definiert.[8] Das Open-Source-Projekt „ZXing“ führt eine Liste mit QR-Code-Datentypen.[9]

Aufbau
QR-Code-Strukturbeispiel

Im Code enthalten sind die Versionsinformation (1) und das benutzte Datenformat (2). Der Datenteil (3) enthält die kodierten Daten und Informationen zur Fehlerkorrektur. Zur Feldbegrenzung enthält der QR-Code in nur drei seiner Ecken ein bestimmtes Muster (4.1). Über das fehlende Muster in der vierten Ecke erkennt das Lesegerät die Orientierung. Mit zunehmender Größe des Codes werden weitere Muster (4.2) hinzugefügt, um die Ausrichtung des Codes besser erkennbar zu machen. Zwischen den drei Hauptpositionsmarkierungen befindet sich eine Linie (4.3) aus einer Folge streng abwechselnder Bits, worüber sich die Matrix definiert. Ein Bit direkt oberhalb der Format-Information, das dark module (4.4), repräsentiert die dunkle Farbe des Codes. Wichtig ist ebenfalls der weiße Rand, die sog. Ruhezone (5), um den Code so von anderen Informationen zu trennen.[10]

Versionsgrößen

Der mit Version bezeichnete Wert kodiert die Anzahl der vorkommenden Modulspalten (und -zeilen, da quadratisch). Aus der Versionsnummer ergibt sich diese Anzahl mit der Formel (Versionsnummer – 1) * 4 + 21. Die kleinste Version 1 hat also 21 × 21 Module, und die größtmögliche Version 40 ist 177 × 177 Module (39 * 4 + 21 = 177) groß.[11]

Kapazität und Fehlertoleranz
Der Text „Wikipedia, die freie Enzyklopädie“ als QR-Code in allen vier möglichen Fehlerkorrektur-Levels (von oben nach unten: L, M, Q, H)

Die Symbolelemente sind Quadrate, von denen sich mindestens 21×21 und maximal 177×177 Elemente im Symbol befinden. Die Randzone (Ruhezone) sollte mindestens vier Elemente breit sein. Größere Inhalte lassen sich auf bis zu 16 einzelne Codes aufteilen.

Es existieren vier Fehlerkorrektur-Levels, die eine Rekonstruktion von 7 % (Level L) bis zu 30 % (Level H) beschädigter Daten zulassen. Dabei kommt die Fehlerkorrektur der Reed-Solomon-Codierung zum Einsatz. Diese Eigenschaft wird bei der Erstellung sogenannter „Design-Codes“ ausgenutzt (siehe Abschnitt: Design-QR-Code).

Kapazität der verschiedenen Fehlerkorrektur-Levels
LevelRate
L (Low)07 %der Codewörter/Daten können wiederhergestellt werden
M (Medium)15 %
Q (Quartile)25 %
H (High)30 %

Der maximale Informationsgehalt eines QR-Codes (177×177 Elemente, Fehlerkorrektur-Level „L“) beträgt 23.648 Bit (2.956 Byte). Damit lassen sich laut Hersteller 7089 Dezimalziffern, 4296 alphanumerische Zeichen oder 1817 Kanji-/Kana-Zeichen kodieren.[12]

Für Kanji- und Kana-Schriftzeichen (U+4E00 bis U+9FFF, U+3040 bis U+309F, U+30A0 bis U+30FF) existiert ein separates Kodierungsverfahren.

Der Micro-QR-Code mit einer Größe zwischen 11×11 und 17×17 Elementen nimmt bis zu 35 Ziffern auf, bei einer Randbreite von mindestens zwei Elementen.

Lizenz
Japanische Aufenthaltsgenehmigung (Landing Permission) mit (für Wikipedia) anonymisiertem QR-Code

Die Verwendung des QR-Codes ist lizenz- und kostenfrei.[13] Die Spezifikationen wurden von Denso Wave offengelegt und sind über die Internationale Organisation für Normung in der Schweiz erhältlich. Der Name „QR Code“ ist in Japan, den Vereinigten Staaten von Amerika, Australien und Europa als eingetragenes Warenzeichen von Denso Wave Incorporated besonders geschützt. Ein entsprechender Hinweis sollte bei Verwendung angebracht werden.[13]

Der QR-Code ist als öffentlicher Standard etabliert. In Japan ist er sehr weit verbreitet, man findet ihn dort auf nahezu jedem Werbeplakat. Auch die japanische Regierung verwendet den QR-Code. So benutzt zum Beispiel die japanische Einwanderungsbehörde den QR-Code mit codierten Daten für das Visum, das bei der Einreise in den Reisepass eingeklebt wird.

Darstellung

Der QR-Code kann mit allen gängigen Verfahren problemlos gedruckt werden. Wie beim Strichcode ist allerdings auch hier ein möglichst hoher Kontrast wichtig, idealerweise schwarz auf weiß. Abhängig von den Möglichkeiten des verwendeten Lesegerätes ist auch eine inverse Darstellung möglich. Es ist auch möglich, den Code farbig zu drucken. Allerdings muss darauf geachtet werden, dass der Code als Halbtonbild bzw. als Strichbild gesehen einen gleichmäßigen Kontrast aufweist. Vermehrt wird der QR-Code auch bei der Direktmarkierung auf Produkten angebracht. Sie werden zum Beispiel mit einem Laser direkt auf der Oberfläche des zu kennzeichnenden Materials eingebrannt. Diese QR-Codes können sehr klein sein und sind sehr haltbar.

In der Darstellungsgröße ist dem QR-Code keine Grenze gesetzt, solange das Lesegerät das Bild formatfüllend und differenziert aufnehmen kann. Es wurden schon Plakatwände und ganze Häuserfassaden[14] mit einem einzigen QR-Code versehen.

Lesen von Codes

Das Lesen von QR-Codes besteht aus zwei Schritten:

  1. Erzeugen eines digitalen Bildes der QR-codierten Daten, z. B. mit Hilfe einer Digitalkamera.
  2. Umwandeln der im Bild enthaltenen codierten Daten in Textform (Dekodieren).

Mobiltelefone

Viele Mobiltelefone, PDAs und ähnliche Geräte haben eingebaute Kameras. Damit und mit geeigneter Software aus einem App-Store kann man QR-Codes dekodieren und gegebenenfalls interpretieren, z. B. automatisch auf eine Webseite springen. Der als Mobile-Tagging bezeichnete Prozess ist in Japan äußerst populär. Er verbreitet sich seit 2007 auch in Europa.[15]

Dekodierung einer URL mit einem Smartphone

Verbreitet ist die kodierte Abbildung einer Webadresse, verwendet in Zeitschriften, Informationsblättern oder großformatig auf Werbeplakaten. Der Vorteil dieser Methode ist, dass das mühsame Abtippen entfällt. Neben URLs enthalten QR-Codes in der Praxis beispielsweise Telefonnummern, Adressen, informierende Texte, Premium-SMS, vCards, WLAN-Zugangsdaten oder Geodaten.[13][16][17]

Der erste QR-Code in Deutschland wurde am 16. Oktober 2007 von Spex – Magazin für Popkultur auf der Titelseite veröffentlicht. Die Überschrift „Was sagt uns dieser Code?“ eröffnet einen Artikel, der sich mit dem Trend der 2D-Codes und deren Funktionsweise befasst. Der Autor bezeichnet den Code als Zeichen unserer Zeit, da der QR-Code sowohl von der Modebranche als auch der Musik- und Videoindustrie verwendet wird.[18]

Am 9. November 2007 führte Die Welt Kompakt als erste gedruckte Zeitung QR-Codes ein.[19] Mittlerweile kann man den QR-Code in vielen anderen Zeitungen und Zeitschriften sehen.

Mit dem Erscheinen von iOS 11 im Jahr 2017 fügte Apple eine native QR-Lesefunktion in die auf allen iPhones und iPads vorinstallierte Kamera-Applikation ein.[20]

Scanner

„Scanner“ ist analog zu Strichcodelesern der gebräuchliche Begriff für die Lesegeräte. Branchenüblich ist auch der Begriff „Imager“, wenn es sich um ein 2D-Gerät handelt. Sie verfügen über eine Kamera und einen Decoder. Zusätzlich bieten viele Geräte eine Zielhilfe, häufig in Form eines lasergenerierten Musters, das das Lesefeld anzeigt.

Spezielle Lesegeräte sind in der Lage, auch QR-Codes zu lesen, die im Direct-Marking-Verfahren mit einem Laser direkt auf das Material gebrannt wurden. Sie verfügen über eine hochauflösende Kamera und ein Makro-Objektiv sowie spezielle Algorithmen zum Eliminieren verfahrenstypischer Darstellungsfehler.

Software

Wenn ein digitales QR-Bild bereits vorliegt, dann benötigt man noch eine Software, die das Bild analysiert und in einen Text umwandelt (dekodiert). Dafür gibt es z. B. Online-QR-Code-Dekodierer.

Generieren von Codes

Um einen QR-Code zu generieren, braucht man:

  • den Text, der codiert werden soll
  • den gewünschten Grad der Fehlerkorrektur

Der grobe Ablauf ist dann:

  1. Anhand der Länge des Textes und des Grades der Fehlerkorrektur bestimmt man, wie groß der QR-Code sein muss.
  2. Man beginnt mit einer weißen Fläche, auf der nach und nach alle Elemente des QR-Codes dargestellt werden.
  3. Die Erkennungsmuster, die nicht vom Text abhängen, werden zuerst auf die Fläche gebracht. Das sind die Positionsmuster, die Ausrichtungsmuster und die Synchronisationslinien.
  4. Aus dem Text wird eine Bitfolge generiert.
  5. Zur Text-Bitfolge wird eine weitere Bitfolge für die Fehlerkorrektur generiert.
  6. Die Text-Bitfolge wird zusammen mit der Fehlerkorrektur-Bitfolge dort in das Symbol gezeichnet, wo noch Platz ist. Das geschieht von rechts nach links in Schlangenlinien.
  7. Um zu erreichen, dass das Symbol ungefähr gleich viele schwarze und weiße Pixel enthält, und um Muster zu vermeiden, die das Einlesen erschweren, werden nacheinander acht verschiedene Masken über das Symbol gelegt. Die Maske, die das beste Ergebnis liefert, wird beibehalten.
  8. Zum Schluss wird die Kennnummer der verwendeten Maske in das Symbol gezeichnet.

Einzelschritte: Umwandeln des Textes in eine Bitfolge

Wegen der vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten und der geringen Größe von QR-Codes wurde Wert darauf gelegt, dass der codierte Text nur wenig Platz benötigt. Abhängig davon, welche Zeichen im Text vorkommen, kann man den Text mit unterschiedlichen Zeichensätzen codieren:

  • Wenn der Text nur aus Ziffern (0–9) besteht, verbraucht er am wenigsten Platz. In diesem Fall werden jeweils drei Ziffern zusammengefasst und als 10-Bit-Einheit gespeichert.
  • Wenn der Text nur aus Ziffern (0–9), Großbuchstaben (A–Z) und neun weiteren Sonderzeichen (Leerzeichen, $, %, *, +, −, /, ., :) besteht, werden jeweils zwei Zeichen zusammengefasst und als 11-Bit-Einheit gespeichert.
  • Wenn der Text nur aus Zeichen besteht, die in ISO-8859-1 vorkommen (das sind unter anderem Groß- und Kleinbuchstaben, Ziffern, viele Satzzeichen und kombinierte Buchstaben für den westeuropäischen Sprachraum), wird jedes Zeichen als 8-Bit-Einheit gespeichert.
  • Wenn der Text nur aus Kanji besteht, wird jedes Zeichen als 13-Bit-Einheit gespeichert.
  • In den restlichen Fällen wird es komplizierter; dann wird die ECI-Zeichencodierung verwendet.

Nachdem der passende Zeichensatz bestimmt ist, werden die folgenden Informationen in die Bitfolge geschrieben:

  1. die Kennnummer des Zeichensatzes
  2. die Anzahl der Zeichen, die der Text hat
  3. der Text selbst
  4. die Ende-Kennung; sie ist immer 0000
  5. die resultierende Bitfolge in 8-Bit-Einheiten zerlegen; am Ende ggfs. mit Null-Bits auffüllen
  6. Auffüllen bis zur Datenkapazität der QR-Code-Version mit den Codewörtern 11101100 und 00010001 abwechselnd

Beispiel

Um den Text „Märchenbuch“ zu codieren, wird zunächst der passende Zeichensatz ausgewählt. In diesem Fall ist das ISO-8859-1. Dieser Zeichensatz hat die Kennnummer 0100.

Im zweiten Schritt wird gezählt, wie viele Zeichen der Text enthält. In diesem Fall sind das elf Zeichen. Bei kleinen QR-Codes wird diese Zahl mit 8 Bit codiert, also 0000 1011. Bei größeren QR-Codes würde die Zahl mit 16 Bit codiert werden.

Anschließend werden die einzelnen Zeichen codiert. Im Falle der Codierung ISO-8859-1 schaut man in der Tabelle für den Zeichensatz nach, welche Nummer dieses Zeichen hat, und schreibt die Nummer ab. Für das „M“ ist das 0100 1101. Das „ä“ bekommt die Nummer 1110 0100, und so weiter.

Den Abschluss bildet die Ende-Kennung. Sie ist immer 0000, außer wenn nicht mehr genug Platz ist. Dann wird sie abgekürzt.

Da in diesem Beispiel die Bitfolge ein ganzzahliges Vielfaches von 8-Bit ist, muss nicht mit weiteren Null-Bits aufgefüllt werden.

Anschließend werden im Wechsel weitere Füllbytes (1110 1100 und 0001 0001) angefügt, um auf die jeweilige Anzahl an Datenwörtern der gewählten Version und Fehlerkorrektur zu kommen.

Insgesamt wird aus dem Text „Märchenbuch“ somit diese Bitfolge:

  • 0100
  • 0000 1011
  • 0100 1101 1110 0100 0111 0010 0110 0011 0110 1000 0110 0101 0110 1110 0110 0010 0111 0101 0110 0011 0110 1000
  • 0000
  • 1110 1100 0001 0001 1110 1100 0001 0001 1110 1100 0001 0001

Aufteilen in 8-Bit-Einheiten und gegebenenfalls Füllcodes:

  • 01000000 10110100 11011110 01000111 00100110 00110110 10000110 01010110 11100110 00100111 01010110 00110110 10000000 11101100 00010001 11101100 00010001 11101100 00010001 …

Online-QR-Code-Generator

Eine schnelle und einfache Möglichkeit, sich einen QR-Code zu erstellen, ist ein Online-QR-Code-Generator. Ein Script wandelt Texte in einen Code um und erstellt die Grafik. Somit ist es praktisch jedem möglich, unkompliziert einen Code zu erstellen.

Jedoch sollte man sich hierbei dessen bewusst sein, dass man potenziell private Daten, wie die WLAN SSID, Passwörter oder ähnliches mit der Website teilt, sofern man diese Daten über die Website in einen QR-Code umwandelt.

QR-Codes können nicht nur als Pixelgrafik generiert werden, sondern auch aus dafür passenden Unicode-Teilelementen zusammengesetzt werden.

Offline-QR-Code-Erzeugung

Außer mit Spezialprogrammen und -Apps lässt sich QR-Code auch mittels des weit verbreiteten Officeprogramms LibreOffice Writer erzeugen: Text markieren > Einfügen > Objekt > QR-Code

Anwendungsbereiche
QR-Code des Spiels Munzee

Neben ihrer ursprünglichen Bestimmung, dem Einsatz in der Produktionslogistik,[21] finden sich QR-Codes mittlerweile in zahlreichen weiteren Anwendungen wieder.

Im öffentlichen Raum

Im öffentlichen Raum dienen QR-Codes beispielsweise als Fahrplanauskunft und Navigationshilfe an Haltestellen des öffentlichen Nahverkehrs,[22] als Hilfe für den Einkaufszettel,[23] zur Markierung von Haustieren[24] oder auch als mobile Visitenkarte.

In Museen werden QR-Codes eingesetzt, um den Besuchern die Möglichkeit zu geben, über das Internet erreichbare Informationen über einzelne Ausstellungsobjekte oder Themenkomplexe aufzurufen.[25] In Berlin wurden auf Pflastersteinen eingravierte QR-Codes am Denkmal für die ermordeten Juden Europas genutzt, um per App das für das Holocaust-Denkmal komponierte virtuelle Konzert[26] anhören zu können.[27]

Beim Schnitzeljagd-Spiel Munzee dienen QR-Codes und GPS-Koordinaten (GPS-fähiges Smartphone vorausgesetzt) als „location-based-game“, um beim Scannen der QR-Codes Punkte auf dem Spielerkonto zu erhalten. Die QR-Codes werden auf der Spieleplattform generiert und in der physischen Welt verteilt.

Rettungswagen der Johanniter wurden 2022 mit einem QR-Code ausgerüstet, der den Link auf „gaffen-toetet.de“ enthält. So sollen Gaffer auf ihr Fehlverhalten aufmerksam gemacht werden.[28]

In Medien

Auch in der Werbung halten QR-Codes immer weiter Einzug, lassen sich so doch schnell zusätzliche Informationen, beispielsweise Produktvideos, oder Websites mit oder ohne Gewinnspielen aufrufen oder auch direkt zum App Store mit der Möglichkeit zum Herunterladen von Programmen verlinken.[29]

2012 erschien erstmals ein interaktiver Ersttagsbrief mit einer Briefmarkenserie „Marke individuell“ eines Leipziger Versandhändlers. Der auf dem Brief aufgedruckte QR-Code wird hier als Shop-Zugang verwendet.[30]

Auch bei sogenannten Screentransfers, die die Übertragung einer Internetseite im Webbrowser eines Gerätes auf ein anderes bezeichnet, helfen QR-Codes.

Weitere Bereiche

QR-Codes werden zur Digitalisierung des Zahlungsverkehrs eingesetzt. Der EPC-QR-Code speichert die Inhalte einer Überweisung gemäß dem europäischen SEPA-Standard und wird z. B. in der Schweizer QR-Rechnung verwendet. Digitale Zahlungssysteme wie Twint nutzen QR-Codes auf Kassendisplays, um den Kunden die rasche Zahlung per App zu ermöglichen. QR-Codes, die mit Spezialtinte auf Geldscheine oder andere Wertpapiere aufgedruckt werden, könnten deren Fälschungssicherheit erhöhen.[31]

Auch im Bereich der Lebensrettung sind erste Ansätze für den QR-Code-Einsatz erkennbar. So wird für PKW der QR-Code inzwischen zum Zugang zur Rettungskarte eingesetzt.[32][33]

QR-Codes können auch die Zugangsdaten für WLAN enthalten, die von Mobilgeräten direkt verarbeitet werden. Verschiedene WLAN-Router erzeugen diese Codes in ihrer Nutzeroberfläche, auch Online-Generatoren bieten spezielle Eingabefelder für diesen Zweck an.[34]

Seit der Coronapandemie 2020 haben sich QR-Codes auch in der Gastronomie durchgesetzt. So werden sie zum Beispiel zum Abrufen von digitalen Speisekarten, zum Bezahlen und Bestellen direkt vom Tisch aus verwendet.

  • Informationen über ein Denkmal
    Informationen über ein Denkmal
  • Plakatwandmit QR-Code
    Plakatwand
    mit QR-Code
  • Interaktive Briefmarkemit QR-Code
    Interaktive Briefmarke
    mit QR-Code
  • Vaterunser,Gebet als QR-Code
    Vaterunser,
    Gebet als QR-Code
  • Link zur Getränkekarteals QR-Code
    Link zur Getränkekarte
    als QR-Code
  • ℕ ⊂ ℤ ⊂ ℚ ⊂ ℝ ⊂ ℂ als mathematische Eselsbrücke
    ℕ ⊂ ℤ ⊂ ℚ ⊂ ℝ ⊂ ℂ als mathematische Eselsbrücke

Gefahren

Weil der Inhalt eines QR-Codes nicht auf den ersten Blick ersichtlich ist, ist es möglich, in ihm einen Link zu verstecken, der den Betrachter nach dem Scannen auf eine schädliche Seite führt oder sogar ungewollt Funktionen seines Smartphones ausführt.[35][36] Dies betrifft allerdings alle verbreiteten 2D-Codes, die zur Kodierung von Webadressen verwendet werden, und ist keine besondere Eigenart des QR-Codes.

Eine über derlei Codes („Tags“) ausgeübte Attacke wird geläufig als „Atagging“ bezeichnet. Anfang September 2010 wurden Angriffe auf Mobiltelefone mit Android-Betriebssystem bekannt, bei denen über einen in einem QR-Code codierten Link auf eine Internetseite der ICQ-Client „Jimm“ heruntergeladen werden konnte. Die Software war mit dem Trojaner Trojan-SMS.AndroidOS.Jifake.f infiziert und schickte unaufgefordert mehrere kostenpflichtige SMS an einen russischen Premium-Dienst.[37][38] Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik warnte Anfang Januar 2013 vor überklebten QR-Codes auf Plakatwänden, die den Anwender auf unseriöse Webseiten führen könnten.[39]

Als Schutz vor Attacken wird bei vielen aktuellen Scannern der dekodierte QR-Code-Inhalt zunächst nur angezeigt, statt ihn sofort auszuführen, beispielsweise einem Link folgend eine Seite aufzurufen. Allerdings laden dennoch viele QR-Code-Scanner auch schon beim Anzeigen des Links die Seite vor dem Aufruf im Browser vorab, um z. B. kurze Zeit nach dem Scannen den Seitentitel vor dem eigentlichen Aufruf anzuzeigen oder die Anzeige zu beschleunigen, weshalb auch ohne direkten Seitenaufruf ein gewisses Gefahrenpotential besteht, sofern die Scan-Software beim Generieren der Vorschau angreifbar ist.

Durch Manipulation der Kodierung für die genaue Anzahl der im QR-Code enthaltenen Zeichen besteht in der Theorie die Möglichkeit, einen Buffer-Underrun oder einen Buffer-Overflow in schlecht programmierter Dekodersoftware zu bewirken. Auch wären Angriffe per SQL-Injection denkbar, sofern die weiterverarbeitende Software über keine entsprechenden Schutzmechanismen verfügt.[40]

Eine potenzielle Gefährdung geht allenfalls von der verwendeten Anwendungssoftware aus, welche die gelesenen Daten weiterverarbeitet, jedoch nicht vom QR-Code selbst. Auch der Anwender, insbesondere von Mobiltelefonen, trägt in einem hohen Maß durch unbedarften Umgang mit in QR-Codes codierten URLs zum Risiko bei. Alle genannten Gefahren treffen in gleichem Maße auch für alle 2D-Codesysteme anderer Hersteller zu. Durch die Verwendung des Secure-QR-Codes können die meisten Gefahrenquellen in professionellen Anwendungen weitestgehend eliminiert werden.

Weiterentwicklungen
Beispiel für einen Design-QR-Code (verlinkt auf die deutschsprachige Wikipedia-Mobil-Seite)

Design-QR-Code

QR-Codes können mit einem Schriftzug, Logo oder Bild und durch Farbveränderung individualisiert oder mit mehr Aufwand grafisch gestaltet werden. Durch geschicktes Vorgehen und Zweckentfremdung der Fehlerkorrektur bleibt die Funktion dabei erhalten. Solche QR-Codes werden häufig als Design-QR-Codes oder bei aufwändigerer Gestaltung als Custom-QR-Codes bezeichnet. Oft werden verfremdete QR-Codes auch als iQR-Code bezeichnet, was allerdings sachlich falsch ist, da der iQR-Code eine eigene weiterentwickelte Variante des QR-Codes darstellt.

Design-QR-Codes sind keine offizielle Weiterentwicklung von Denso Wave.

In den Anfängen beschränkte sich die Gestaltung häufig auf einen einfachen Austausch der Farben. Darüber hinaus kann zusätzlich ein Schriftzug oder ein Logo als kleine Pixelgrafik meist mittig auf den QR-Code gelegt oder direkt hineingearbeitet werden.

QR-Code der Wikipedia

Dabei wird ein Teil der Daten des Codes von der Grafik einfach überlagert. Die Redundanz der Fehlerkorrektur im Level „H“ ermöglicht dies auf einer Fläche von bis zu 30 % des gesamten Codes. Technisch gesehen ist der Datenteil eines Design-QR-Codes durch die überlagerte Grafik bereits so weit gestört, dass echte Lesefehler nicht mehr ausgeglichen werden können.

Eine andere Möglichkeit ist, durch mathematische Verfahren eine Grafik in einen QR-Code einzurechnen, so dass der QR-Code fehlerfrei ist. Dazu wird der Hyperlink um einen scheinbar sinnlosen Anker ergänzt, der keine eigene Funktion hat.[41]

Durch die Verknüpfung dieser Verfahren können heute komplexe Custom-QR-Codes erzeugt werden, bei denen die Gestaltung im Vordergrund steht. So werden QR-Codes gezielt an bestehende Corporate Designs angepasst oder in Marketingkampagnen integriert. Beispiele sind Anzeigen, die von einem einzigen, aufwendig gestalteten Custom-QR-Code dominiert werden, oder Firmenlogos, die direkt als Custom-QR-Codes gestaltet sind. 2009 gestaltete Takashi Murakami einen solchen Corporate-QR-Code im Auftrag von Louis Vuitton.[42]

Das Überlagern mit Logos oder Illustrationen sowie eigene Designs und Verfremdungen sind rechtlich bedenklich, da Denso Wave auch hierfür eigene Patente hält. Denso Wave verzichtet zwar bei Standard-QR-Codes auf die Anwendung des Patentrechts, jedoch nicht bei veränderten QR-Codes.[13]

Micro-QR-Code
Die Zeichenkette
„Wikipedia“ als Micro-QR-Code, Version M3, ECC-Level „L“

Der Micro-QR-Code ist eine auf kleinste Abmessung optimierte Variante des QR-Code. Er wurde im Jahr 2000 von Denso Wave vorgestellt. Statt der bekannten drei Orientierungsmarkierungen des QR-Codes verfügt der Micro-QR-Code nur über eine in der linken oberen Ecke. Maximal 35 Ziffern bzw. 21 alphanumerische Zeichen können kodiert werden, allerdings wird hierfür weniger Raum benötigt.

Die folgende Tabelle enthält Angaben über die maximale Kapazität für die jeweilige Version und entsprechendem Level der Fehlerkorrektur:

VersionAnzahl ModuleFehler­korrektur­levelRedundanzNumerische ZeichenAlpha­numerische ZeichenBinäre Zeichen (Bytes)Kanji-Zeichen
M111×11–0 %5–––
M213×13L7 %106––
M15 %85––
M315×15L7 %231496
M15 %181174
M417×17L7 %3521159
M15 %3018138
Q25 %211395

Der Micro-QR-Code ist standardisiert als JIS X 0510 (November 2004).[43]

Secure-QR-Code

Der Secure-QR-Code (SQRC) ist ein QR-Code mit erweiterter Funktion zum Verschlüsseln von Dateninhalten. Denso Wave stellte ihn 2005 vor. Verwendung findet der SQRC in Anwendungen, bei denen Dateninhalte oder Teile davon nicht durch Dritte eingesehen werden sollen. Dafür bietet der SQRC die Möglichkeit, den gesamten Inhalt oder wahlweise auch nur einen Teil der enthaltenen Daten zu verschlüsseln. Die öffentlichen (unverschlüsselten) Daten in einem SQRC können dann auch mit normalen QR-Code-Lesegeräten und Mobiltelefonen gelesen werden, während die verschlüsselten Informationen verborgen bleiben. Um die verschlüsselten Daten lesen zu können, bedarf es eines Lesegerätes, das Secure-QR-Codes dekodieren kann. Der passende Schlüssel muss im Lesegerät gespeichert sein.

Die Verschlüsselung der Daten findet bereits bei der Generierung des SQRC statt. Die Entschlüsselung ist Teil des Dekoders im Lesegerät. Eine zusätzliche Verschlüsselungssoftware auf Anwendungsebene wird daher nicht benötigt. Zum Ver- und Entschlüsseln wird ein symmetrischer Schlüssel (Kennwort) mit einer Länge von 8 Bytes benötigt.

iQR-Code
Rechteckiger iQR-Code mit 40 Zeichen Daten und ECC-Level „M“.

Mit dem iQR-Code griff Denso Wave 2012 als Weiterentwicklung des normalen QR-Codes einige Vorteile des Micro-QR-Codes auf und übertrug im Ergebnis damit die Eigenschaften des normalen QR-Codes. Neu war damals, dass er nicht zwingend auf die quadratische Form festgelegt ist, sondern auch die eines Rechtecks annehmen kann. Dies erleichtert zum Beispiel das Lesen von zylindrischen Gegenständen und die Verwendung dort, wo ein klassischer Barcode durch einen 2D-Code abgelöst werden soll, aber kein Platz für ein Quadrat vorhanden ist. Auch für Anwendungen, die viele Daten auf kleinem Raum benötigen, bietet der iQR-Code eine Lösung.

Die maximale Datenmenge wurde um mehr als einen Faktor 4,6 von 177×177 Elementen auf 422×422 Elemente erhöht. Damit lassen sich im größten Format (Version 61) mehr als 40.000 numerische Zeichen in einem einzigen Code unterbringen.

Als Rechteck stehen 15 Formate von 5×19 Elemente bis 43×131 Elemente zur Verfügung. Im größten Format (Version R15) finden bis zu 1.202 numerische Zeichen Platz.

Zusätzlich ist der iQR-Code um bis zu 30 % kleiner als ein Standard-QR-Code mit gleicher kodierter Datenmenge. Er ist auch nochmals kompakter als der Micro-QR-Code. Das kleinstmögliche Format (Version 1) hat 9×9 Elemente und bietet Platz für 6 Zeichen.

Aufgrund der unterstützten Zeichen ist eine Kodierung des Inhaltes entsprechend ISO/IEC 15434 (Transfer Syntax) möglich. Dadurch ist die Verwendung vieler in Industrie und Handel gebräuchlicher Datenstrukturen möglich, beispielsweise UN/EDIFACT-Segmente, GS1-Application Identifier oder ANS MH10.8.2 Data Identifier entsprechend ISO/IEC 15418.

Für eine erhöhte Fehlertoleranz wurde zusätzlich der Level „T“ geschaffen, der die Wiederherstellung von bis zu 60 % zerstörter Daten ermöglicht.[44]

Kapazität der verschiedenen Fehlerkorrektur-Levels
LevelKapazität
L07 %der Codewörter/Daten können wiederhergestellt werden
M15 %
Q25 %
H30 %
S50 %
T60 %

Der Hersteller Denso Wave plante wie schon für den QR-Code die Offenlegung der Spezifikation und die freie Nutzung als Public Domain unter Respektierung des Warenzeichens. Außerdem wurde die Eintragung als ISO-Standard angestrebt.

Im Internet werden personalisierte QR-Codes (sogenannte „Design-QR-Codes“, auch farbig und mit integrierten Logos) häufig als iQR-Code bezeichnet, was sachlich jedoch falsch ist.

Frame QR
Frame-QR-Code mit leerer Zeichenfläche
Frame-QR-Code mit kreisrunder Zeichenfläche und Wikipedia-Logo

Frame QR ist eine Weiterentwicklung des QR-Codes, die das Hinzufügen von eigenen Logos oder Designs bei gleichzeitiger Erhaltung der Redundanz ermöglicht. Die freizuhaltende Zeichenfläche wird bereits bei der Erstellung des Codes berücksichtigt und kann verschiedene Formen annehmen.

Als Zeichenfläche stehen bereits einige Grundformen (unter anderem Quadrat, Kreis, Dreieck, Kreuz, Herz, Stern mit 5 oder 6 Zacken) zur Auswahl, welche durch Beeinflussung von Breite, Höhe und Drehwinkel variiert werden können. Es kann jedoch auch eine eigene Form als Zeichenfläche definiert werden.

Zur Gestaltung können der Zeichenfläche, dem Zeichenflächenrahmen, den hellen und den dunklen Datenpunkten sowie den Orientierungsmarkern jeweils eigene Farben zugeordnet werden. Die üblicherweise quadratischen Matrixpunkte können auch die Form von kleinen Kreisen annehmen.

Die Datenmatrix selbst wird um die Zeichenfläche herum gelegt und so dimensioniert, dass alle Daten im gewählten Redundanzlevel kodiert werden. Anders als bei den sogenannten Design-QR-Codes, welche diese Redundanz ausnutzen, gehen keine Daten verloren und die Redundanz bleibt in vollem Umfang erhalten. Als Redundanzlevel stehen gleichermaßen die bereits beim ursprünglichen QR-Code verwendeten Level L, M, Q und H zur Verfügung.

Frame QR ist nicht kompatibel mit dem herkömmlichen QR-Code und kann daher nicht mit den üblichen Scannern oder Smartphone-Anwendungen gelesen werden. Denso Wave stellt hierfür jedoch eine eigene App für iOS und Android kostenlos zu Verfügung.[45]

Der QR-Code in der Kunst
Acrylmalerei von Michael Weisser; funktionierender QR-Code führt zur Rezitation eines Gedichts.[46]

Ab 2007 wurde der QR-Code auch in der zeitgenössischen Kunst ein Thema. Weil er als digitales Zeichen eine starke optische Wirkung vermittelt und den Nutzer mit dem Internet verbindet, inspiriert er Kreative zu Experimenten.

Der Bremer Medienkünstler Michael Weisser startete 2007 seine Forschung über Ästhetik und Funktion des QR-Codes.[47] 2013 entwickelte er QRs, die in Farbe und Form gestaltet zu Kunstwerken erklärt wurden und als 33-QR-Denkbänke den Campus der Fachhochschule Kiel gestalten.[48]

Ab 2009 verwendete der Designer Frank Haase in Hemer den QR-Code in Grafiken, Bildern und Objekten. Haase leitet den Betrachter über den farbigen Original-QR auf eigene Animationen im Internet. 2009 setzte der Berliner Street-Art-Künstler Sweza den QR in Sprays ein.[49] Er sprühte die Muster als Stencil an Hauswände. Über den Scan des QR gelangte der Nutzer an elektronische Songs des Künstlers.

Siehe auch

Literatur
  • Bernhard Lenk: „QR Code“, Fachbuchverlag Monika Lenk, Kirchheim 2012, ISBN 978-3-935551-10-6.
  • Michael Weisser: „Der|QR|Code – Hintergründe und Visionen – Beschreibung, Geschichte, Technik, Nutzung, Gefahren, Grenzen, Visionen und Ästhetik der „schnellen Antwort“ im 21. Jahrhundert“. Die|QR|Edition, Murnau am Staffelsee 2015, ISBN 978-3-95765-027-6.
Commons: QR-Codes – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: QR-Code – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

QR-Code-Generatoren

QR-Code-Dekodierer

Einzelnachweise
  1. QR code development story. Denso Wave, abgerufen am 12. Juli 2021 (englisch).
  2. European Patent Office: Masahiro Hara, Motoaki Watabe, Tadao Nojiri, Takayuki Nagaya, Yuji Uchiyama (Japan). Abgerufen am 29. März 2020 (englisch).
  3. QR Code Standardization | QR Code.com. Denso-wave.com, abgerufen am 23. April 2009 (englisch).
  4. Espacenet – Original document. Abgerufen am 29. März 2020.
  5. AIM GLOBAL Online Store. Aimglobal.org, archiviert vom Original am 21. Juni 2010; abgerufen am 23. April 2009 (englisch).
  6. Information technology – Automatic identification and data capture techniques – Bar code symbology – QR Code. Abgerufen am 24. November 2011 (englisch).
  7. Information technology – Automatic identification and data capture techniques – QR-Code 2005 bar code symbology specification. Abgerufen am 24. November 2011 (englisch).
  8. Synchronization with Native Applications. NTT DoCoMo, archiviert vom Original am 2. März 2009; abgerufen am 17. Februar 2009 (englisch).
  9. Barcode Contents. In: zxing – A rough guide to standard encoding of information in barcodes. 30. September 2011, abgerufen am 23. November 2011 (englisch).
  10. How QR codes (and other 2D barcodes) work. In: Explainthatstuff.com. Abgerufen am 29. März 2020 (englisch).
  11. Versionsgrößen. Abgerufen am 25. Dezember 2021.
  12. Information capacity and versions of QR Code | QRcode.com | DENSO WAVE. Abgerufen am 21. März 2020.
  13. QR Code Patent FAQ. Denso Wave, abgerufen am 11. Februar 2015 (englisch).
  14. N-Building QR-Code Hausfassade. teradesign, abgerufen am 13. Dezember 2019 (englisch).
  15. QR-Codes werden auch in Europa immer beliebter (Toyota Tsusho ID Systems). Archiviert vom Original am 31. Juli 2011; abgerufen am 24. November 2011.
  16. BarcodeContents – A rough guide to standard encoding of information in barcodes. code.google.com, archiviert vom Original am 28. Dezember 2012; abgerufen am 5. März 2024 (englisch).
  17. ZXing. ZXing ("Zebra Crossing") barcode scanning library for Java, Android. In: github.com. GitHub, abgerufen am 5. März 2024 (englisch).
  18. Cover der Spex #311. Archiviert vom Original am 20. August 2011; abgerufen am 24. November 2011.
  19. WELT KOMPAKT führt den 2D-Code ein. Welt Online, 9. November 2007, abgerufen am 24. November 2011.
  20. QR Capabilities in iOS 11. Abgerufen am 18. März 2021 (englisch).
  21. Logistik in der Nahrungsmittelindustrie. Abgerufen am 1. Dezember 2011.
  22. QR Codes bei der BVG. Abgerufen am 1. Dezember 2011.
  23. Die EDEKA Südwest App. Abgerufen am 1. Dezember 2011.
  24. ScanIT24 findet (fast) alles wieder – auch das geliebte Haustier. In: Pressebox. Scanit24, 4. April 2013, abgerufen am 21. Mai 2013.
  25. ANSM QR Code How-To Guide, Canadian Museum Reference for Technology.
  26. Virtuelles Konzert im Holocaust-Mahnmal. (Memento vom 29. Oktober 2013 im Internet Archive) In: B.Z., 5. August 2013
  27. FOCUS Online: Iris Berben startet „interaktives Konzert“ am Holocaust-Mahnmal. Abgerufen am 29. März 2020.
  28. Zum Tag der 112: „Gaffen tötet!“, Meldungen der Johanniter-Unfall-Hilfe.
  29. QR Codes für Appstore. Archiviert vom Original am 23. November 2011; abgerufen am 1. Dezember 2011.
  30. interaktiver Ersttagsbrief mit QR-Code Ausgabe vom 3. April 2012 vom Onlineversandhandel M-ware® Electronics in Leipzig
  31. dpa: QR-Codes gegen Geldfälscherei, Münstersche Zeitung, 21. Dezember 2012
  32. QR-Code-Sticker führt zur KFZ-Rettungskarte, com-magazin.de vom 11. Juli 2014, abgerufen am 12. Juli 2014
  33. Maik Jürß: Neue Mercedes-Benz Initiative: QR-Code kann Leben retten – Schnelle Rettung von Unfallopfern. In: Mercedes-Seite – Sicherheit, 23. Mai 2013. Auf Mercedes-Seite, abgerufen am 4. Februar 2019
  34. QR Code Generator. In: goqr.me. Abgerufen am 1. Februar 2022.
  35. Warnung des Better Business Bureau. Archiviert vom Original am 16. März 2014; abgerufen am 5. März 2024 (englisch).
  36. QR-Code-Gefahren. Zeit Online, 21. September 2011, abgerufen am 24. November 2011.
  37. Android-Trojaner per QR-Code. Heise Security, 2. Oktober 2011, abgerufen am 25. April 2012.
  38. Android-Trojaner verschickt 6-$-SMS. Heise Security, 11. September 2010, abgerufen am 25. April 2012.
  39. Westfälische Nachrichten: Gefahr durch überklebte QR-Codes, Service, dpa, 3. Januar 2013
  40. QR Code Security. (PDF; 355 kB) SBA Research, Vienna, Austria, abgerufen am 25. April 2012 (englisch).
  41. Russ Cox QR Art Codes. research.swtch.com, abgerufen am 5. Mai 2012 (englisch).
  42. Takashi Murakami and Louis Vuitton make QR codes fun again. engadget.com, abgerufen am 30. August 2013 (englisch).
  43. Micro QR Code – Standardization of Micro QR Code| QR Code.com. In: qrcode.com. Denso-wave, abgerufen am 17. April 2012 (englisch).
  44. QR Codes – What Is An iQR Code? Abgerufen am 29. August 2021.
  45. DENSO WAVE Announces new QR Code® with canvas area in the center. Denso-wave.com, 15. September 2014, abgerufen am 5. März 2024 (englisch).
  46. Michael Weisser: Heimat
  47. Michael Weisser: Beginn der Experimente mit Form und Inhalt des QRCodes.
  48. M. Weisser 33!DENK!BÄNKE! Abgerufen am 29. März 2020.
  49. focus.de: Interaktive Straßenkunst per QR-Code
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