網(wǎng)絡(luò)高效安全數(shù)據(jù)傳輸方法設(shè)計(jì)
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2．2 構(gòu)造哈夫曼編碼表
獲得一個(gè)文件的哈夫曼編碼表是該文件獲得壓縮與解壓的關(guān)鍵。設(shè)某個(gè)文件中含有q種字符S1，S2，…，Sq，并且統(tǒng)計(jì)出每種字符在文件中出現(xiàn)的概率分別為p(S1)，p(S2)，…，p(Sq)，則編碼的具體方法如下：
(1)將q個(gè)信源符號(hào)按概率大小遞減排列p(S1)≥p(S2)≥…≥p(Sq)；
(2)用字符‘O’和‘1’分別代表概率最小的2個(gè)信源符號(hào)，并將這2個(gè)概率最小的信源符號(hào)合并成1個(gè)信源符號(hào)，從而得到只包含q-1個(gè)符號(hào)的新信源，稱為縮減信源S1；
(3)把縮減信源S1的符號(hào)仍按概率大小遞減次序排列，再將其最后兩個(gè)概率最小的信源符號(hào)分別用字符‘O’和‘1’表示，并且合并成一個(gè)符號(hào)，這樣又形成了q-2個(gè)信源符號(hào)的縮減信源S2；
(4)依次繼續(xù)下去，直至信源最后只剩下兩個(gè)信源符號(hào)為止，將這最后兩個(gè)信源符號(hào)分別用字符‘O’和‘1’表示；
(5)然后從最后一級(jí)縮減信源開始，進(jìn)行回推就得到每種字符所對(duì)應(yīng)的由字符‘O’和‘1’組成的字符串序列，不妨將其稱為偽碼字。
這樣，就為需要壓縮的文件建立了一個(gè)一一映射f：Si→ci=1，2，…，q。式中：Si代表不同的字符，ci代表對(duì)應(yīng)字符Si的偽碼字。
為了將偽碼字變成真正的碼字，又必須建立一個(gè)映射g：ci→ω，i=1，2，…，q。式中：ci代表不同的字符，(ωi代表對(duì)應(yīng)字符ci的碼字。該映射g 的功能是將由字符串組成的偽碼字變成二進(jìn)制數(shù)，比如g(010110)=(010110)2=(22)10。從而g[f(Si)]，i=1，2，…，q，就是構(gòu)造的哈夫曼編碼表。
2．3 文件壓縮過程
每從文件中讀出一個(gè)字符char，用查哈夫曼編碼表的方式得到對(duì)應(yīng)的碼字，然后用這個(gè)碼字替換相應(yīng)的字符g[f(char)]。當(dāng)文件中的所有字符都經(jīng)過了碼字替換，則得到一個(gè)比原文件要小的壓縮文件。文件之所以能夠被壓縮，是因?yàn)槊總€(gè)字符都占8個(gè)二進(jìn)制位的空間。然而，通過碼字替換相應(yīng)的字符后，有的碼字比相應(yīng)的字符的碼長要短，有的碼字比相應(yīng)的字符的碼長要長，但文件在被壓縮后總的長度比原來要短。
2．4 文件解壓過程
文件的解壓過程是文件的壓縮過程的逆過程，即將一個(gè)壓縮文件還原成它的本來面目。因?yàn)橐粋€(gè)壓縮文件是不能夠直接使用的，只有被解壓后才能使用。一個(gè)被壓縮的文件如果不能被解壓，則這種壓縮是毫無意義的。
哈夫曼編碼是即時(shí)碼，只要得到碼字c，則經(jīng)查哈夫曼編碼表得到相應(yīng)字符f-1(g-1(c))，用這個(gè)字符替換相應(yīng)的碼字就是還原的過程。因此，每從壓縮文件中讀出一個(gè)碼字，就從哈夫曼編碼表查得相應(yīng)的字符替換，當(dāng)文件中所有的碼字被替換掉，這個(gè)解壓過程也就完成了。
3 高效網(wǎng)絡(luò)安全傳輸方法設(shè)計(jì)
一個(gè)高效的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)必須保證數(shù)據(jù)在傳輸中的安全和可靠，包括信息的保密性、完整性，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中占用更少的資源。所以數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)姆桨钢袘?yīng)包括對(duì)發(fā)送端數(shù)據(jù)的有效加密、密鑰的分配、傳輸數(shù)據(jù)的壓縮。下面主要從信息的壓縮、保密性幾個(gè)方面來考慮數(shù)據(jù)加密傳輸系統(tǒng)中的加密方案。
從哈夫曼編碼壓縮的過程可以看出，經(jīng)過該方法壓縮的數(shù)據(jù)必須使用壓縮形成的哈夫曼編碼樹才能解壓縮。對(duì)于不同的源文件，由于文件內(nèi)容的不同，形成的哈夫曼編碼樹不同。數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中需要同時(shí)傳輸壓縮數(shù)據(jù)包和相應(yīng)的哈夫曼編碼樹結(jié)構(gòu)。相對(duì)于壓縮數(shù)據(jù)包，哈夫曼編碼樹的節(jié)點(diǎn)數(shù)大大小于數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)量，如果只對(duì)哈夫曼編碼樹進(jìn)行加密，加密和解密需要處理的數(shù)據(jù)量將大大減少，對(duì)于不對(duì)稱加密算法無法處理大量數(shù)據(jù)的限制也可被克服。在數(shù)據(jù)傳輸中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比壓縮之前需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大大降低，可以節(jié)省大量的網(wǎng)絡(luò)資源。在大規(guī)模的數(shù)據(jù)安全傳輸中，可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎桶踩浴?br /> 在信息的保密性方面選擇RSA作為哈夫曼編碼加密傳輸系統(tǒng)中傳輸信息的加密算法，采用公鑰加密來發(fā)送哈夫曼編碼。
具體的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)的框架如圖1所示。
安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鱾€(gè)模塊的功能如下：
對(duì)需要傳輸?shù)拿魑臄?shù)據(jù)進(jìn)行哈夫曼壓縮，壓縮完成后產(chǎn)生哈夫曼編碼樹的代碼集合；用哈夫曼代碼集合對(duì)原明文代碼集合進(jìn)行壓縮轉(zhuǎn)換；對(duì)哈夫曼代碼集合進(jìn)行RSA算法的公鑰加密；傳輸加密后的哈夫曼代碼集合和壓縮代碼集合；接收端收到數(shù)據(jù)后，使用私鑰解密哈夫曼
代碼集合；使用哈夫曼代碼集合接壓縮形成解壓文件。
4 結(jié)語
在數(shù)據(jù)安全傳輸過程中，通過對(duì)哈夫曼壓縮后的明文數(shù)據(jù)進(jìn)行改進(jìn)的加密，克服了非對(duì)稱加密算法加密大數(shù)據(jù)量文件的缺點(diǎn)，保持了非對(duì)稱加密的安全性。通過壓縮減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬的開銷，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。這種方法非常適合大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)安全傳輸。此種方法只有在明文文件中數(shù)據(jù)的種類及出現(xiàn)的概率都完全相同的極端情況下，數(shù)據(jù)的傳輸效率才會(huì)降到最低。
本文引用地址：http://www.antipu.com.cn/article/156856.htm
評(píng)論