https://tip.daum.net/question/84031500
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바코드는 1948년 미국 필라델피아 드렉셀 공과대학의 대학원생인 버나드 실버(BernardSilver)에 의해 시작되었다. 그는 우연히 식품체인점 업계에서 자동으로 상품정보를 읽을 수 있는 시스템을 필요로 한다는 소식을 들었다. 실버는 이 소식을 친구 우드랜드(NormanJoseph Woodland)에게 이야기하면서 결국 현재의 바코드를 발명하고, 1952년 ‘분류 장치와 방법’이란 특허를 냈다. 그들이 생각해낸 바코드 체계의 핵심은 일종의 이진법 표시체계였다. 아래 ‘네 줄로된 바코드’ 그림은 그들이 제안한 세 줄짜리 기본 바코드인데, 검은 바탕에 4개의 흰 줄이 그어져 있다. 이중 1번 줄은 기준선이 되고 나머지 2,3,4번 줄은 위치가 고정되어 있어 정해진 곳에 있는 경우 1, 그렇지 않은 것은 0을 나타낸다.
네 줄로 된 바코드
아래 ‘미국 특허’ 그림에서 그림.2는 기준선 외에 세 개의 선이 다 그어져 있으므로 111(2),이고, 이는 1*22+1*21+1*20=7을 나타낸다. 그림.3은 기준선과 2번 선과 3번 선이 있고 4번 선은 없으므로 110(2)=이 되어 1*22+1*21+0*20=6이 된다. 이와 같이하면 그림.4는 101(2)=1*22+0*21+1*20=5, 그림.5는 100(2)=1*22+0*21+0*20=4 를 나타낸다. 그리고 이들은 십진수로 환산된 숫자에 물건에 대한 정보를 대응시켜 정보를 표시할 수 있게 하였다. 기준선을 제외한 줄의 수가 3개인 이 경우 0~7인 8가지를 표시할 수 있지만, 한 자리수가 더 늘어나 네 자릿수가 되면 8(=23)가지를 더 표현할 수 있다. 이같이 줄의 수를 늘림으로 간단히 정보의 수를 기하급수적으로 표시할 수 있게 했다. 실버와 우드랜드는 정보를 나타내는 줄의 색을 달리하거나 직선으로 된 줄을 변형하여 그림.10과 같은 동심원(Bull‘s eye로 불림)으로도 정보를 표기할 수 있다고 했다.
미국 특허 Patent number: 2,612,994 (1952.10.7.)
바코드의 해독의 구성과 원리
바코드에 있는 정보를 읽어내는 시스템에는 스캐너, 디코더 및 컴퓨터가 포함되어 있다. 스캐너에는 레이저 빛을 쏘는 부분과 빛을 검출하는 부분이 있다. 바코드에 빛을 쏘면(①) 검은 막대 부분은 적은 양의 빛을 반사하고, 흰 부분은 많은 양의 빛을 반사한다.(②) 스캐너는 반사된 빛을 검출하여 전기적 신호로 번역되어 이진수 0과 1로 바뀌어 진다.(③④⑤) 이는 다시 문자와 숫자로 해석되어진다.(⑥) 이는 디코더에 의해 컴퓨터가 바코드를 수집할 수 있는 형태로 변환한 뒤에 호스트컴퓨터로 데이터를 전송하게 된다.
스캐너에서의 정보 인식 과정 |
바코드의 해독 원리 |
(원문)
바코드의 원리…”이렇게 깊은 뜻이?”
온라인상에서 바코드의 원리가 화제를 모으고 있다.
바코드는 ‘막대(bar) 모양으로 생긴 부호(code)’라는 뜻이다. 굵기가 서로 다른 검은 막대와 흰 막대가 섞인 채 늘어서 있는 모양이다. 제품마다 영문자나 숫자로 표시된 코드를 각각 매기고,또 이것을 하나하나 컴퓨터에 입력하는 일은 아주 번거롭고 힘들기 때문에 이를 간편하게 하기 위해 개발한 것이다.
우리나라에서 가장 많이 사용하는 바코드는 ‘KAN13 바코드’로,‘한국 공통 상품 코드 표준형 13자리’의 줄임말이다.
처음 3자리는 나라 번호,다음 4자리는 제조업체 번호,그리고 상품번호 5자리와 마지막 에러 체크 번호 1자리로 이뤄져 있다(그림). 나라 번호에서 우리나라의 번호는 ‘880’이다.
바코드에 입력된 정보를 읽는 기계가 ‘바코드 판독기’다. 물건의 바코드에 판독기를 대고 빨간 레이저 광선을 쏘면 바코드에 부딪친 레이저광선은 다시 판독기 안의 광전지로 들어가게 된다.
이 때 바코드의 검은 막대선은 빛을 흡수하므로 약한 빛만 되돌아가고,흰 막대선은 반대로 빛을 반사하기 때문에 강한 빛으로 되돌아간다.
이 빛으로 된 신호가 아날로그-디지털 변환기를 통과하면서 빛의 강약에 따라 ‘0’과 ‘1’로 구분된 전기신호로 바뀌어,컴퓨터가 이를 읽어낼 수 있게 된다.
이에 따라 어떤 제품의 바코드가 1㎜ 검은 막대,0.5㎜ 흰 막대,2㎜ 검은 막대,1㎜ 흰 막대의 순서로 늘어서 있으면,바코드 판독기는 이를 ‘110111100’으로 읽어 들여 이미 입력돼 있는 특정제품을 판별해내는 것이다.
바코드의 원리를 접한 네티즌들은 “바코드의 원리, 생각보다 단순하다” “바코드의 원리, 막대굵기가 다르다는건 처음 알았네” “바코드의 원리, 빛의 강약을 이용한다는게 놀랍다” 등의 반응을 보였다.
(원문)
마그네틱 카드의 정보 저장 원리
마그네틱 선의 비밀 – 신용카드
신용카드는 편리하지만, 자신의 능력 이상으로 무분별하게 사용하면 오히려 큰 독이 되지요. 신용불량자가 많은 가장 큰 이유는 과도한 현금서비스입니다. 현금서비스란 쉽게 말하면 카드회사에게 현금을 빌리는 것입니다. 즉 빚을 지는 것이지요.
그러나 세상에 공짜는 없지요?
빚을 지면 원금과 함께 이자를 갚아야 해요. 그런데 현금서비스의 이자는 다른 대출보다 훨씬 높지요. 그렇지만 현금이 없고 급하게 돈이 필요할 경우 현금서비스를 이용하게 되고, 자칫하면 신용불량자의 멍에를 지게 되는 것입니다. 따라서 신용카드는 반드시 자신의 능력을 고려해서 사용해야 하는 것입니다.
1) 신용카드의 원리는?
은행의 현금인출기나 가맹점에 있는 신용카드 단말기는 어떻게 카드를 인식할까요?
카드의 안에는 코일이 감겨진 카드판독기가 있어서 자기인식을 하게 됩니다. 즉 현금인출기에 신용카드를 통과시키면 카드에 있는 마그네틱 선이 카드판독기의 코일에 전기 신호를 유도하지요. 이 신호로부터 카드의 정보를 입력받는 것입니다.
그림. 신용카드의 마그네틱 선
그렇다면 정보는 어떻게 기록할까요?
신용카드 뒷면에 갈색 마그네틱 선이 있지요? 여기에 미세한 자석의 N극과 S극을 정해진 규칙에 따라서 배열시켜서 정보를 기록하는 것입니다. 따라서 신용카드를 마그네틱 카드 혹은 자기카드라고 합니다. 그런데 마그네틱선이 어디에 규칙적으로 배열되어 있나요?
이 배열은 자석의 성질을 갖는 산화철 가루를 이용하여 확인할 수 있어요. 산화철 가루를 알코올에 분산시켜 마그네틱 선에 떨어뜨리면, 자석에 산화철이 붙기 때문에 자석의 배열을 확인할 수 있어요.
그림. 전철표의 마그네틱 선 확인 실험
그림. 전철표의 마그네틱 선위에 붙은 산화철가루(200배)
이러한 자기인식 방식은 정보의 기록과 삭제가 간편하지만, 저장할 수 있는 정보의 양이 2백 26문자에 불과합니다. 또한 다른 자석 등에 의해 자석의 배열이 달라지기 때문에 정보가 지워지는 단점이 있습니다. 지금은 거의 사용하지 않지만, 예전에 사용하던 3.5인치 컴퓨터 디스켓에 정보를 저장하는 것도 자석의 성질을 이용한 것입니다.
그림. 컴퓨터 3.5인치 디스켓에 입혀진 자석 가루(30배)
그림. 자석에 끌려 올라오는 2.5인치 디스켓의 원판
2) 스마트카드란?
이러한 단점을 해결한 스마트카드는 자석 대신에 반도체 칩을 이용하기 때문에 훨씬 더 많은 정보를 저장할 수 있지요. 스마트카드는 신용카드와 비슷하지만 자체 연산 기능이 있는 마이크로프로세서와 운영체제, 콘덴서, 코일과 함께 집적회로(IC) 칩이 포함되어 있습니다.
그림. 스마트카드
그림. 스마트카드의 내부 구조
스마트카드는 접촉식과 비접촉식이 있어요. 접촉식은 기존의 신용카드처럼 카드판독기와 직접적인 접촉에 의해서 작동하지요. 반면에 접촉하지 않고 정보를 처리하는 비접촉식 스마트카드는 무선 ID라고도 해요. 비접촉식이기 때문에 자기카드보다 편리하고, 잘 훼손되지 않아요. 또한 속도가 빠르고 위조가 거의 불가능해 널리 사용되고 있습니다.
스마트카드는 어떻게 작동하나요?
그림. 스마트카드의 반도체 칩
스마트카드는 카드와 판독기 사이에 서로 무선으로 통신을 합니다. 그런데 전원 장치가 없는 카드로 어떻게 무선통신을 할 수 있나요?
코일이 감긴 카드를 카드판독기에 가까이 근접하면, 코일에 순간적으로 유도전류가 발생하지요. 이것은 자석이 있는 곳에서 코일을 움직여서 전류를 발생시키는 발전기의 원리와 같아요. 예를 들어, 지하철 개찰구의 카드판독기에는 전류가 흐르기 때문에 주위에는 전류에 의한 자기장이 있어요. 따라서 전자기 유도 현상에 의해 카드의 코일에 유도전류가 생기며 이것은 콘덴서에 저장되지요.
그림. 교통카드의 작동 원리
카드는 이 전류를 이용해 반도체 칩에 저장된 정보를 카드판독기에 무선으로 보내면 개찰구의 컴퓨터가 이를 확인하고 문을 열지요. 그리고 반도체 칩에는 변경된 요금 정보가 입력되는 것입니다.
이러한 무선 ID 카드는 사원 출입증, 도서관 출입 학생증, 아파트 출입문 등에도 쓰이며 백화점에서는 의류, CD 등 상품에 붙여 도난방지용으로 이용됩니다. 즉 물건을 그냥 들고 나가면 입구의 감지기에 전류를 발생시키기 때문에 경보음이 울리게 됩니다. 이러한 것을 전파 식별(RFID)이라고 합니다.
그림. 바코드와 무선ID
전파 식별이란 사물에 부착된 얇은 태그를 전파 신호를 통해 비접촉식으로 식별하여 정보를 처리하는 것입니다. 이것은 세계 1차대전 때 비행기가 적기인지 아군기인지를 식별하기 위해서 사용하기 시작했습니다. 즉 비행기에 전파를 쏘아 올리면 아군기에서 전파로 응답하면서 서로를 확인했던 것이지요.
그러나 대부분의 현금인출기나 신용카드 단말기가 자기인식 방식이기 때문에 현재의 스마트카드는 여전히 자기인식 방식을 혼합하여 이용하고 있어요.
3) 자성잉크는?
미세한 자석 가루를 사용하는 곳은 또 어떤 것이 있을까요?
그림. 만원 지폐에 입혀진 자성잉크 확인 실험
눈에 보이지 않는 위조방지 기술로서 자성잉크와 같은 특수 잉크에 사용하기도 합니다. 만원 지폐의 10000 이라는 숫자는 자성잉크를 사용했기 때문에 자석을 대면 끌려오지요. 현금 자동입출금기에는 자성잉크를 감지하는 센서가 있어 위조지폐를 식별할 수 있어요.
4) 진주잉크?
자성잉크뿐만 아니라 20 유로화나 2,000 엔화에는 진주잉크가 있습니다. 진주잉크는 정면에서 투명하게 보이지만 비스듬히 보면 노란색이나 녹색으로 보입니다.
그림. 20 유로(euro)의 미세문자와 진주잉크
초기에는 천연 진주를 이용한 염료로 만들었으나, 비싸서 많이 사용할 수 없었지요. 그러나 1960년대에 이산화티탄으로 코팅한 얇은 운모가 평행하게 쌓일 때 나타나는 빛의 간섭 효과를 이용한 염료를 개발하여 사용하고 있습니다.
Quiz. 이것은 무엇일까요?
SF 영화 <스타워즈(star wars, 별들의 전쟁)>를 본 적이 있나요? SF란 ‘Science Fiction’의 줄임말로서 ‘과학적 허구’란 뜻이에요. 즉 현재로서는 불가능하지만 과학적으로 근거가 있는 가상적인 내용을 표현한 공상과학 영화를 SF 영화라고 합니다.
스타워즈 시리즈는 <새로운 희망(1977)>을 시작으로 <제국의 역습(1980)>, <제다이의 귀환(1983)>이 제작되었어요. 그런데 그 후에도 인기가 지속되자, ‘조지 루카스’ 감독은 무려 16년 후에 후속편인 <보이지 않는 위협(1999)>, <클론의 습격(2002)>, <시스의 복수(2005)> 시리즈를 발표했습니다.
그러나 후속편 시리즈의 배경은 처음에 제작한 것들보다 더 앞선 시대를 담고 있어요. 따라서 먼저 제작한 시리즈가 <스타워즈 에피소드-4. 5, 6번>, 다음에 발표한 시리즈가 <스타워즈 에피소드-1, 2, 3번>이 되는 것입니다.
그렇다면 이것(50배)은 무엇일까요?
원숭이 같지 않나요? 혹은 스타워즈 시리즈의 최고의 카리스마이자, 은하계 최고의 악당인 ‘다스베이더’가 비밀리에 복제되고 있는 공장일까요? 그렇지만 이 녀석들은 여러분들이 밥을 먹을 때 사용하는 도구 안에 있습니다. 과연 어디에 있을까요?
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(원문)
46㎠에 숨은 신용카드의 과학
8.6 x 5.4㎝. 국제 규격으로 정해진 신용카드(Credit Card)의 크기입니다. 이 작은 크기의 플래스틱 조각에는 무수한 정보가 내장돼 있습니다. [그래픽=아시아경제DB]
8.6 x 5.4㎝. 국제 규격으로 정해진 신용카드(Credit Card)의 크기입니다. 이 작은 크기의 플래스틱 조각에는 한 사람의 세상이 고스란히 담겨 있다고 해도 과언이 아닙니다. 그래서 이 정보가 유출되지 않는 것이 신용카드가 갖춰야 할 기본 자격인 셈이지요.
자유롭고 편리하지만 과소비나 불법적 사용 등 그 활용에 대한 책임도 뒤따릅니다. 지금은 신용카드 한 장만 들고 다녀도 아무런 불편함이 없는 시대입니다. 이제는 신용카드가 없으면 그 불편함을 견디지 못합니다. 스마트폰의 각종 ‘페이(Pay)’가 넘쳐나도 클래식한 플래스틱 신용카드 한 장을 고수하는 사람들도 적지 않습니다. 멋진 디자인의 신용카드에 매료돼 사용하던 페이를 접고, 다시 신용카드를 사용하기도 하지요.
자신의 신분과 계좌의 정보를 담은 작은 플래스틱 조각이지만 상품이나 서비스를 먼저 받고, 나중에 그 값을 자신의 예금계좌에서 자동으로 갚게하는 신용 거래를 가능하는 과학이 만들어낸 문명의 이기입니다.
‘카드를 긁다’라는 말이 “계산하다”라는 의미로 통용된 지는 오랩니다. 이제는 ‘카드를 꽂다’가 정확한 말이겠지요. 신용카드 결제방식이 자기선을 이용한 MS(Magnetic Stripe)방식에서 반도체인 IC(Integrated Circuit)칩 인식으로 바뀌면서 결제단말기도 달라졌기 때문입니다. 신용카드도 마그네틱 카드에서 IC칩 카드로 모두 바뀌었습니다.
자기선을 이용한 MS(Magnetic Stripe) 결제방식으로 신용카드를 결제하는 모습. 요즘은 IC(Integrated Circuit)칩과 MS 공용 결제단말기가 대중화돼 있습니다. [사진=아시아경제DB]
지난 7월20일 이후부터는 신용카드 단말기에 카드를 꽂아야 합니다. 물론 휴대폰을 갖다대는 결제방식도 있지만 대부분은 신용카드를 꽂아야 결제가 됩니다. 친구끼리 살갑게 “오늘은 내 카드로 긁을게”라는 말은 “오늘은 내 카드를 꽂을게”로 바뀐 셈입니다.
결제방식이 이렇게 바뀐 것은 마그네틱 카드보다 IC칩 카드가 불법 복제나 개인정보 유출 등의 위험이 덜하기 때문이지요. 그렇다고 마그네틱 카드가 단점만 있는 것은 아닙니다. 카드 제작 비용이 저렴하고, 데이터 전송도 쉬우며, 결제 소용시간도 오히려 짧았습니다. 이런 장점이 있음에도 역사의 뒤안길로 사라질 수밖에 없었던 이유 중 가장 큰 것은 취약한 보안성이었습니다.
마그네틱 카드는 카드 표면에 붙은 자기 테이프에 데이터를 저장합니다. 마그네틱선이 카드 판독기의 코일에 전기신호를 유도해 전기신호의 배열에 따라 정보를 기록하는 것이지요. 테이프 표면의 자성물질의 특성을 변화시켜 정보를 기록하는 원리입니다.
문제는 내구성이 낮아 자석 등과 접촉하면 데이터가 변형되거나 삭제될 수 있다는 데 있습니다. 핸드백이나 지갑의 자석덮개와 접촉하면 쉽게 정보가 훼손됐지요. 또 구조가 단순해서 불법 복제나 위변조가 쉽고, 개인정보 유출의 위험이 높았습니다. 결정적으로 데이터 용량도 적었습니다. 담을 수 있는 정보용량이 72바이트(문자 226자) 정도에 불과했지요.
IC칩 카드는 이런 마그네틱 카드의 단점을 보완해 안전성과 내구성을 높였습니다. 자석의 영향을 받지도 않고, 내부에 저장된 데이터를 복제하기도 어렵습니다. 실리콘 기판에 인쇄기술을 구사해 정보를 기록했는데 데이터를 암호화할 수 있습니다. 데이터를 지울 수 있는 EEPROM(electrically erasable programmable ROM)과 플레시메모리를 내장해 데이터 용량도 대폭 늘었습니다.
IC칩 카드는 안전성과 내구성이 높지만 마그네틱 카드보다 결제 소요시간이 더 긴 단점이 있습니다. [사진=아시아경제DB]
내장된 초소형 마이크로칩에는 정보가 복잡한 암호로 구성돼 해킹과 위변조가 어렵습니다. 다만, 신용카드 제작 비용이 비싸고, 긁는 마그네틱 카드보다 결제 소요시간이 더 길다는 단점이 있습니다. 바쁜 점심시간 줄 서서 결제하려니 짜증이 나시지요? 그러나 안전한 카드사용을 위해라면 몇 초 정도는 얼마든지 기다릴 수 있지 않을까요?
최근 사용하는 결제단말기는 IC와 MS 겸용이 대부분입니다. 휴대폰 결제 때문이기도 하지만 외국에서는 아직도 마그네틱 카드를 사용하기 때문에 외국인이 결제할 때는 ‘긁어야’ 하기 때문이지요. 휴대폰를 단말기에 대면 결제가 되는 방식도 MS 방식이어야 합니다.
신용카드 정보를 휴대폰에 입력해서 사용하는 삼성페이 등의 경우 마그네틱 카드와 달리 ‘1회용 디지털 토큰방식’을 사용합니다. 스마트폰에 카드 정보를 미리 저장하고, 내장된 신호발생기를 통해 결제할 때마다 가상으로 생성한 번호를 전송해 거래가 이뤄집니다. 그래서 거래정보가 유출돼도 카드 자체정보나 사용자의 개인정보는 알기 어렵습니다. 조그마한 플래스틱 조각 속에 든 과학이 편리하고 안전한 거래를 보장하는 것입니다.