信息论与编码第9信息论与编码技术的实现与应用.ppt

*学习理论知识，只是为应用提供一定的基础，实际上理论知识与应用知识并不能完全代替。此外，有时候理论知识与应用知识是独立的，比如一些算法，我们甚至于可以在不知道其原理的时候，就调用相关的函数、类库等，只是需要知道这些函数如何调用，有哪些参数、接口就行了。对于一些算法的软件实现（如果实现不是为了学习算法的目的，而是要真正使用该软件），我们建议无需自己按照算法一步一步去写代码，而是直接调用比较出名的函数、类库，它们不仅对一些现实问题提供了很好的解决方案，而且代码上也比较优化，也避免了一些错误。一个好的程序员，应该学会读代码，而且要多读代码，善于引用别人的代码，大型系统中代码量很大，许多复杂的实现不可能自己一一去写代码，借鉴、整理、组合他人代码是最好的方法。在实现与应用中，书本上的知识未必特别有用，而且许多教材上对于应用中必然遇到的问题都缺乏必要的说明，这是有违于一般本科生的就业背景的。本章提供了一些应用相关的知识或给予指引。9.1密码算法编程实现指引密码算法相关实现需要善于寻找方法，一般的情况下，我们并没有必要将所有的算法自己用代码实现。首先，我们应该考虑的是，系统是否附带了相应的功能，比如EFS加密系统在一般的系统中都是附带的，我们只需要用即可。安全套接字（SSL）在浏览器中一般都有集成，我们只需要在目录安全性中做相应的配置即可，虚拟专用网（VPN）在许多操作系统中也是集成的，其服务端和客户端都只需要进行相应的配置。如果没有这样的条件，则我们可以考虑自己编程实现。但是在编程实现过程中，依然要充分利用前人成果：第一、利用前人建立的加密算法代码库，许多代码是开源免费的或非商业应用免费，不存在版权等方面的风险，如GNUCrypto、Cryptlib等；第二、调用相关的API和函数，比如，加密可以用cryptapi；第三，利用一些类库，如.Net的，java的security类；第四，有些诸如OpenSSL之类的软件包也提供相应的函数，可以调用相关的加密函数；第五，参考一些公开的源代码，比如PGP的代码就是公开的。对于无损的数据压缩，一些类库可以调用。网络上也有一些已经写好的代码可供参考、引用，特别是一些开源代码中的压缩实现。从.NET2.0开始，微软提供了一个的NameSpace，下含有GZipStream和DeflateStream，都具有压缩和解压功能，但是不支持zip和rar等常用的压缩文件。对于rar格式，我们可以直接利用WinRAR提供的rar.exe/unrar.exe(此文件在winrar的安装目录下，是一个console程序)。其调用的方法可以参考帮助文件。其常规的命令行语法描述如下：WinRAR命令-开关1-开关N压缩文件文件...@列表文件...解压路径\相关的命令和开关请参考RAR的帮助文档中的命令行模式下的内容。对于zip格式，C#类库包含两个类ZipClass和UnZipClass，可以实现zip的压缩解压，也可以使用开源免费的SharpZipLib。Java下也有相关的压缩类，比如，ZIP压缩、JAR压缩、GZIP压缩。有损压缩有时候有针对性，而且有时候涉及到格式的改变，比较复杂，纠错编码一般在应用中无需额外补充，所以它们的相关资源要少许多，不过有一些具有针对性的转换文件格式的有损压缩工具。信息论的编码主要考虑压缩和可靠性问题，但是现实的字符编码则需要考虑一些现实的制约因素。在应用软件或者是编程的时候，经常会遇到各种字符编码，下面我们介绍字符的各种编码。在数据加密的时候，也会需要将基于任意二进制的字节流转换为字符流，这就涉及到字符编码的选择。ASCII码全称为美国信息交换标准代码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange，ASCII)，这是计算机上最早使用的通用的编码方案。由于那时候没有考虑到使用很多的语言符号，所以涉及到的字符很少。这种编码占用7个Bit，实际在计算机中考虑计算机存储的最小单位是字节，所以占用8bit，最高位没用，通讯的时候有时用作奇偶校验位。因此ASCII编码的取值范围实际上是：0x00-0x7f，只能表示128个字符。后来发现128个不太够用，做了扩展，叫做ASCII扩展编码，用足八位，取值范围变成：0x00-0xff，能表示256个字符。其实这种扩展意义不大，因为256个字符表示一些非拉丁文字远远不够，但是表示拉丁文字，又用不完。所以扩展的意义还是为了下面的ANSI编码服务。ANSI码译为美国国家标准学会（AmericanNationalStandardsInstitute）的标准码。ANSI字符集定义为ASCII字符集，以及由此派生并兼容的字符集，如：GB