基于編碼技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

宋國(guó)琴

摘 要 在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)是在編碼階段。把思想變成代碼的過(guò)程是發(fā)生錯(cuò)誤的主要場(chǎng)合。有兩種類(lèi)型的錯(cuò)誤：沒(méi)有包括期望的功能；在代碼中包含一些不期望的功能。如果在過(guò)程的前一階段已經(jīng)把需求列舉清楚，測(cè)試這種錯(cuò)誤相對(duì)較為容易。本文主要探討基于編碼技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 編碼技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)安全 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393.08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

編碼技術(shù)用于數(shù)字傳輸中。編碼是指如何將二進(jìn)制數(shù)據(jù)從邏輯上看成是“高”和“低”兩種不同的信號(hào)，并分別用不同的電氣特性（如不同電壓）或光特性（如不同能量級(jí)）來(lái)表示。編碼的目的是為了有效利用鏈路帶寬、確保發(fā)送端和接收端之間正確同步、確?？乖肼暩蓴_、確保比特錯(cuò)誤檢測(cè)和盡可能地糾正以及最小化發(fā)送端能量等。

1 常用的編碼技術(shù)及方法

為了實(shí)現(xiàn)編碼的目標(biāo)，人們發(fā)明了各種編碼方法，圖1所示是常用的幾種編碼方法。

除了圖1所示的幾種編碼方法外，還有281Q電平碼、冗余碼（Redundant code）、擾頻（Scrambling）和各種數(shù)據(jù)壓縮編碼方法等。

長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，帶寬利用效率非常重要，因此一般采用雙極性編碼。而短距離傳輸時(shí)，與每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的價(jià)格相比，帶寬利用效率相對(duì)來(lái)說(shuō)沒(méi)有那么重要，因此一般采用蔓徹斯特編碼，并利用其自同步功能。模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸，需要將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation，PCM）方法就是實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的基本方法。實(shí)現(xiàn)這種模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備稱(chēng)為模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter，ADC）和數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器（Digital to Analog Converter，DAC）。

2 計(jì)算機(jī)編碼技術(shù)的重要范例

信息是通過(guò)各種信息媒體組合表示的。因此，解決信息數(shù)字化的問(wèn)題最終是解決各種信息媒體的二進(jìn)制編碼問(wèn)題，即解決數(shù)值、文字、圖形、圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)、視頻的二進(jìn)制編碼問(wèn)題。

2.1 數(shù)值編碼

數(shù)值通常指的是十進(jìn)制數(shù)，根據(jù)日常應(yīng)用的需要，分為整數(shù)與小數(shù)。小數(shù)表示的范圍要廣泛些，由小數(shù)點(diǎn)分割為整數(shù)部分與小數(shù)部分。整數(shù)是小數(shù)的特例，其小數(shù)部分是0。計(jì)算機(jī)只能區(qū)分出“0”、“1”兩個(gè)數(shù)字，故計(jì)算機(jī)內(nèi)只能采用二進(jìn)制位來(lái)表示信息。通常數(shù)值是十進(jìn)制的，且存在正負(fù)以及小數(shù)點(diǎn)，這些都需要在計(jì)算機(jī)中表示出來(lái)。因此在計(jì)算機(jī)中，數(shù)值需要經(jīng)過(guò)特定的編碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換才可以表示。任何十進(jìn)制小數(shù)都可以經(jīng)過(guò)數(shù)制轉(zhuǎn)換變成二進(jìn)制數(shù)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)可以用眀bb…bb.bb…bb來(lái)表示，其中b表示二進(jìn)制數(shù)的1個(gè)位。小數(shù)點(diǎn)前的部分為整數(shù)部分，小數(shù)點(diǎn)后的是小數(shù)部分。由于數(shù)值在兩種數(shù)制下是等價(jià)的，而顯然二進(jìn)制形式更容易表示，因此只需研究二進(jìn)制小數(shù)在計(jì)算機(jī)中的表示問(wèn)題。

2.2 語(yǔ)言文字編碼

語(yǔ)言文字是使用最多、最主要的信息媒體，也是計(jì)算機(jī)信息處理的主要對(duì)象。語(yǔ)言文字在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行表示和處理，需要解決輸入、存儲(chǔ)和顯示輸出等基本問(wèn)題。其中，語(yǔ)言文字的表示和在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)是首要解決的問(wèn)題?；诖鎯?chǔ)，文字的輸入與顯示問(wèn)題都可以得到解決。ASCII碼的編碼規(guī)則是通過(guò)ASCII碼表（見(jiàn)附錄A）確定的，ASCII碼是一種約定順序碼，每個(gè)字符在ASCII碼表中的順序編號(hào)稱(chēng)為字符的ASCII碼。ASCII碼表有兩種形式，一種包含128個(gè)字符，另一種包含256個(gè)字符。包含128個(gè)字符的ASCII碼表，ASCII值范圍是0～l27，計(jì)算機(jī)中使用7個(gè)二進(jìn)制位就可以表示，因此你為7位ASCII碼。包含256個(gè)字符的ASCII碼表，在7位ASCII碼的基礎(chǔ)上，增加了對(duì)l28個(gè)特殊字符的支持，ASCII值是0～255，稱(chēng)為8位ASCII碼，叉被稱(chēng)為擴(kuò)展ASCII碼表。國(guó)際上7位ASCII碼有廣泛的支持，對(duì)8位ASCII碼支持程度較弱，尤其在中文環(huán)境下因?yàn)橥瑵h字的存儲(chǔ)編碼沖突，8位ASCII碼不被支持。

2.3 圖像編碼

人類(lèi)獲取客觀世界的信息，絕大部分依賴于視覺(jué)。為了記錄和傳遞視覺(jué)的直觀景象，人類(lèi)經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的探索。在探索的早期階段，發(fā)明并掌握了繪畫(huà)技巧來(lái)描繪客觀的景象；然而直到照相技術(shù)、復(fù)印技術(shù)的發(fā)明，對(duì)直觀景象的獲取變得非常簡(jiǎn)單和真實(shí)，這種探索才取得了真正的成果。這些包括由手工繪制、照相機(jī)拍攝、印刷復(fù)制所產(chǎn)生的各種直觀的景象，就是人們通常所說(shuō)的圖像。圖像作為信息的一種重要載體，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行表示，可以極大地改善人們使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交流的方式，克服各種抽象表達(dá)引發(fā)的溝通障礙

3 基于編碼技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 緩沖區(qū)溢出

3.2 代碼植入

防止這種類(lèi)型的漏洞的主要方法類(lèi)似于抵御緩沖區(qū)溢出的方法：驗(yàn)證所有的輸入。不僅驗(yàn)證輸入長(zhǎng)度，還要驗(yàn)證輸入的內(nèi)容。想象一下，Web頁(yè)面要求用戶輸入信息，然后使用這個(gè)輸入信息構(gòu)建下一個(gè)頁(yè)面。現(xiàn)在我們想象用戶把JavaScript函數(shù)的文本插入到他們輸入序列的中間，以及對(duì)腳本的調(diào)用?，F(xiàn)在，產(chǎn)生的Web頁(yè)有一段顯示時(shí)調(diào)用的附加JavaScript代碼。在使用之前，對(duì)用戶的輸人經(jīng)過(guò)HTML編碼，可以防止這種攻擊。

此外，良好的編程行為對(duì)于防止這些漏洞大有幫助。這不僅是程序員的負(fù)擔(dān)，也體現(xiàn)在培訓(xùn)程序員的過(guò)程中，抓取編程錯(cuò)誤的代碼評(píng)價(jià)和測(cè)試的軟件工程過(guò)程。這不僅僅是個(gè)人的責(zé)任，軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程需要意識(shí)到這些錯(cuò)誤的原因和類(lèi)型，同時(shí)采取有效的安全措施防止他們的傳播。

4 測(cè)試與結(jié)論

如果需求標(biāo)志了安全代碼產(chǎn)生的開(kāi)始，那么測(cè)試標(biāo)志了另一個(gè)邊界。盡管測(cè)試之后還有一些附加功能，沒(méi)有人想讓用戶來(lái)驗(yàn)證代碼中的錯(cuò)誤。在代碼被移交之后發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤是最昂貴的，不論修復(fù)的嚴(yán)重性。使用用例（Use Case）來(lái)比較程序?qū)σ阎妮斎氲捻憫?yīng)，然后比較輸出與期望輸出是一個(gè)已經(jīng)被證明的測(cè)試軟件方法。測(cè)試具體功能需求的用例設(shè)計(jì)基于需求階段確定的需求。提供附加的與安全相關(guān)的用例是確保安全細(xì)節(jié)被充分測(cè)試的過(guò)程驅(qū)動(dòng)的途徑。

測(cè)試階段（Testing Phase）是最終用戶發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤之前判斷軟件是否能正確執(zhí)行的最后機(jī)會(huì)。測(cè)試階段發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤雖然在開(kāi)發(fā)過(guò)程中是晚的，但是至少它們還屬于是內(nèi)部知道的，是在最終消費(fèi)者遭受之前。應(yīng)該在開(kāi)發(fā)的每一個(gè)階段進(jìn)行測(cè)試：模塊、子系統(tǒng)、系統(tǒng)和完整的應(yīng)用程序。錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)和糾正得越早，代價(jià)就越低，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃的影響就越少。測(cè)試是開(kāi)發(fā)一個(gè)好的程序的基本步驟。

參考文獻(xiàn)

[1] 張鳴，高楊. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全與防火墻技術(shù)研究[J]. 黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào). 2011，20（02）：68-69.

[2] 童星. 淺析防火墻技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全[J]. 信息與電腦（理論版）. 2011，26（04）：543-544.

[3] 薛毅飛. 探討計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全與防火墻技術(shù)[J]. 信息系統(tǒng)工程. 2011，19（04）：290-292.

[4] ZHANG SHENGLI，LIWE S C，LAM P P.Hot topic：Physical-layer network coding. Proceedings of the12th Annual International Conference on Mobile Compu-ting and Networking. 2012，28（06）：216-217.

[5] Potevio，networkcoding application in transparent&non-transparent relay in LTE-advanced system. 3GPP TSG-RAN R1#56-091413. 2009，16（12）：1302-1303.