网络高效安全数据传输方法设计

供了很高的安全保障。

　　由上述内容可以发现，无论是对称加密和非对称加密的过程都是完成如下的过程：

　　(1)产生密钥key；

　　(2)C=F(M，Key)，即使用已经产生的密钥，通过加密算法将明文转换为密文。

　　(3)数据传输；

　　(4)M=F’(C，key)，即接收方使用解密算法，将密文转换为明文。

　　如果需要传输的明文数据庞大，则加密和解密的算法的耗时将非常长，并且数据传输时也会占用大量的网络资源。也就是以上的(2)，(3)，(4)三个过程都会占用大量的时间和资源，如果能够降低这3个过程的时间，就会节省大量的资源，提高数据传输的效率。通过使用哈夫曼编码对文件进行压缩，就可以大大降低以上3个环节的处理时间，并同时在传输处理过程中减少计算机资源和网络资源的占用。

　　2 哈夫曼编码介绍

　　哈夫曼编码是20世纪50年代由哈夫曼教授研制开发的，它借助了数据结构当中的树型结构，在哈夫曼算法的支持下构造出一棵最优二叉树，把这类树命名为哈夫曼树。因此，准确地说，哈夫曼编码是在哈夫曼树的基础之上构造出来的一种编码形式，它的本身有着非常广泛的应用。

　　2．1 基本原理

　　数据能够被压缩的理论依据如下：

　　定义1  对于给定的信源和码符号集，若有一个惟一可译码，其平均码长L小于所有其他惟一可译码，则称这种码为紧致码或最佳码。

　　定理1  哈夫曼编码是紧致码。

　　计算机文件是以字节为单位组成的，每个字节的取值为O～255。每个字节都看成字符，共256种字符。因此，每个字节都是以8个二进制位的定长编码表示的。由于这种定长码也是惟一可译码，根据定理1有L≤8。

　　设某个文件有N个字节组成，则该文件总长度为8N比特。如果对该文件进行哈夫曼编码，则该文件总长度为LN比特。由于L≤8，所以LN≤8。所以，只要文件满足L<8，用哈夫曼编码总可以对其压缩。

　　哈夫曼编码是一种变长编码，即通过使用较短的码字来给出现概率较高的信源符号编码，而出现概率较小的信源符号用较长的码字来编码，从而使平均码长最短，达到最佳编码的目的。由于哈夫曼编码只能对概率已知的信源符号编码，因此是一种统计编码。

　　2．2 构造哈夫曼编码表

　　获得一个文件的哈夫曼编码表是该文件获得压缩与解压的关键。设某个文件中含有q种字符S1，S2，…，Sq，并且统计出每种字符在文件中出现的概率分别为p(S1)，p(S2)，…，p(Sq)，则编码的具体方法如下：

　　(1)将q个信源符号按概率大小递减排列p(S1)≥p(S2)≥…≥p(Sq)；

　　(2)用字符‘O’和‘1’分别代表概率最小的2个信源符号，并将这2个概率最小的信源符号合并成1个信源符号，从而得到只包含q-1个符号的新信源，称为缩减信源S1；

　　(3)把缩减信源S1的符号仍按概率大小递减次序排列，再将其最后两个概率最小的信源符号分别用字符‘O’和‘1’表示，并且合并成一个符号，这样又形成了q-2个信源符号的缩减信源S2；

　　(4)依次继续下去，直至信源最后只剩下两个信源符号为止，将这最后两个信源符号分别用字符‘O’和‘1’表示；

　　(5)然后从最后一级缩减信源开始，进行回推就得到每种字符所对应的由字符‘O’和‘1’组成的字符串序列，不妨将其称为伪码字。

　　这样，就为需要压缩的文件建立了一个一一映射f：Si→ci=1，2，…，q。式中：Si代表不同的字符，ci代表对应字符Si的伪码字。

　　为了将伪码字变成真正的码字，又必须建立一个映射g：ci→ω，i=1，2，…，q。式中：ci代表不同的字符，(ωi代表对应字符ci的码字。该映射g 的功能是将由字符串组成的伪码字变成二进制数，比如g(010110)=(010110)2=(22)10。从而g[f(Si)]，i=1，2，…，q，就是构造的哈夫曼编码表。

　　2．3 文件压缩过程

　　每从文件中读出一个字符char，用查哈夫曼编码表的方式得到对应的码字，然后用这个码字替换相应的字符g[f(char)]。当文件中的所有字符都经过了码字替换，则得到一个比原文件要小的压缩文件。文件之所以能够被压缩，是因为每个字符都占8个二进制位的空间。然而，通过码字替换相应的字符后，有的码字比相应的字符的码长要短，有的码字比相应的字符的码长要长，但文件在被压缩后总的长度比原来要短。

　　2．4 文件解压过程

文件的解压过程是文件的压缩过程的逆过程，即将一个压缩文件还原成它的本来面目。因为一个压缩文件是不能够直接使用的，只有被解压后才能使用。一个被压缩