Проблема обеспечения доступа к информации.

Представление графических данных в двоичном коде

Компьютер может обрабатывать числовую, текстовую, графическую, звуковую и видео информацию. Все эти виды информации в компьютере представлены в двоичном коде, используя всего два символа - 0 и 1. Такое кодирование принято называть двоичным, а сами логические последовательности нулей и единиц - машинным языком.

Есть два основных способа представления изображений:

1. Графические объекты создаются как совокупности линий, векторов, точек — векторная графика.

2. Графические объекты формируются в виде множества точек (пикселей) разных цветов и яркостей, распределенных по строкам и столбцам — растровая графика.

 

Модель RGB.

Чтобы оцифровать цвет, его необходимо измерить. Немецкий ученый Грасман сформулировал три закона смешения цветов:

1) закон трехмерности — любой цвет может быть представлен комбинацией трех основных цветов;

2) закон непрерывности — к любому цвету можно подобрать бесконечно близкий;

3) закон аддитивности — цвет смеси зависит только от цвета составляющих.

За основные три цвета приняты красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). В модели RGB любой цвет получается в результате сложения основных цветов. Каждый составляющий цвет при этом характеризуется своей яркостью, поэтому модель называется аддитивной. Эта схема применяется для создания графических образов в устройствах, излучающих свет, — мониторах, телевизорах.

 

Модель CMYK.

В полиграфических системах напечатанный на бумаге графический объект сам не излучает световых волн. Изображение формируется на основе отраженной волны от окрашенных поверхностей. Окрашенные поверхности, на которые падает белый свет (т.е. сумма всех цветов), должны поглотить (т.е. вычесть) все составляющие цвета, кроме того, цвет которой мы видим. Цвет поверхности можно получить красителями, которые поглощают, а не излучают. Например, если мы видим зеленое дерево, то это означает, что из падающего белого цвета, т.е. суммы красного, зеленого, синего, поглощены красный и синий, а зеленый отражен. Цвета красителей должны быть дополняющими:

голубой (Cyan = В + G), дополняющий красного;

пурпурный (Magenta = R + В), дополняющий зеленого;

желтый (Yellow = R + G), дополняющий синего.

Но так как цветные красители по отражающим свойствам не одинаковы, то для повышения контрастности применяется еще черный (black). Модель CMYK названа по первым буквам слов Cyan,

Magenta, Yellow и последней букве слова black. Так как цвета вычитаются, модель называется субстрактивной.

Оцифровка изображения.

При оцифровке изображение с помощью объектива проецируется на светочувствительную матрицу т строк и п столбцов, называемую растром. Каждый элемент матрицы — мельчайшая точка, при цветном изображении состоящая из трех светочувствительных (т.е. регистрирующих яркость) датчиков красного, зеленого, желтого цвета. Далее оцифровывается яркость каждой точки по каждому цвету последовательно по всем строкам растра.

Если для кодирования яркости каждой точки использовать по одному байту (8 бит) на каждый из трех цветов (всего 3 • 8 = 24 бита), то система обеспечит представление 224« 16,7 млн распознаваемых цветов, что близко цветовосприятию человеческого зрения. Режим представления цветной графики двоичным кодом из 24 разрядов называется полноцветным или True Color. Очевидно, графические данные, также как и звуковые, занимают очень большие объемы на но-

сителях. Например, скромный по современным меркам экран монитора имеет растр 800 х 600 точек, изображение, представленное в режиме True Color, займет 800 х 600 х 3 = 1 440 000 байт.

В случае, когда не требуется высокое качество отображения цвета, применяют режим High Color, который кодирует одну точку растра двумя байтами (16 разрядов дают 216 ~ 65,5 тысячи цветов).

Режим, который при кодировании одной точки растра использует один байт, называется индексным, в нем различаются 256 цветов. Этого недостаточно, чтобы передать весь диапазон цветов. Код каждой точки при этом выражает собственно не цвет, а некоторый номер цвета (индекс) из таблицы цветов, называемой палитрой. Палитра должна прикладываться к файлам с графическими данными и используется при воспроизведении изображения.

Оцифровка изображений

Оцифровка — описание объекта, изображения в виде набора дискретных цифровых замеров этого объекта, при помощи той или иной аппаратуры, т. е. перевод его в цифровой вид, пригодный для записи на электронные носители.

Для оцифровки объект подвергается дискретизации (в одном или нескольких измерениях, например, в одном измерении для звука, в двух для растрового изображения) и аналогово-цифровому преобразованию конечных уровней.

Полученный в результате оцифровки массив данных («цифровое представление» оригинального объекта) может использоваться компьютером для дальнейшей обработки, передачи по цифровым каналам, сохранению на цифровой носитель. Перед передачей или сохранением цифровое представление, как правило, подвергается фильтрации и кодированию для уменьшения объема.

Чтобы оцифровать обычную фотографию для обработки на компьютере, используется сканер. Сканер захватывает изображение и позволяет сохранить его в виде файла, который можно отредактировать, распечатать или разместить на веб-сайте.

Разрешение сканера может иметь оптическое или интерполяционное разрешение. Оптическое разрешение определяется тем, сколько пикселей он «видит». Например, на одном дюйме головки сканера расположено 600 сенсоров, каждый из сенсоров «видит» один пиксель. Это дает горизонтальное оптическое разрешение в 600 пикселей на дюйм. При сканировании головка движется вдоль изображения, и если она, сканируя один дюйм изображения, останавливается 600 раз, то вертикальное оптическое разрешение сканера будет равняться 600 пикселям на дюйм. Если в описании сканера указано: «Оптическое разрешение 600 dpi», это означает, что разрешение составляет 600 dpi по горизонтали и столько же по вертикали.

Интерполяционное разрешение - это то, сколько пикселей сканер в состоянии «угадать». Если вы дадите сканеру с оптическим разрешением в 300 dpi задачу сканировать изображение с разрешением 600 dpi, он по-прежнему различит только 300 пикселей на дюйм, а остальные вставит по своему усмотрению, основываясь на цвете соседних точек.

Интерполяция чаще всего ухудшает конечный результат. Вы можете точно так же увеличить отсканированную картинку при помощи программы-редактора, так что высокое интерполяционное разрешение не делает сканер ценнее.

Понятие сжатия данных

Сжатие данных — алгоритмическое преобразование данных, производимое с целью уменьшения их объёма. Применяется для более рационального использования устройств хранения и передачи данных. Синонимы — упаковка данных, компрессия, сжимающее кодирование, кодирование источника. Обратная процедура называется восстановлением данных (распаковкой, декомпрессией).

Сжатие основано на устранении избыточности, содержащейся в исходных данных. Простейшим примером избыточности является повторение в тексте фрагментов (например, слов естественного или машинного языка). Подобная избыточность обычно устраняется заменой повторяющейся последовательности ссылкой на уже закодированный фрагмент с указанием его длины. Другой вид избыточности связан с тем, что некоторые значения в сжимаемых данных встречаются чаще других. Сокращение объёма данных достигается за счёт замены часто встречающихся данных короткими кодовыми словами, а редких — длинными (энтропийное кодирование). Сжатие данных, не обладающих свойством избыточности (например, случайный сигнал или шум, зашифрованные сообщения), принципиально невозможно без потерь.

Все методы сжатия данных делятся на два основных класса:

1. Сжатие без потерь

2. Сжатие с потерями

При использовании сжатия без потерь возможно полное восстановление исходных данных, сжатие с потерями позволяет восстановить данные с искажениями, обычно несущественными с точки зрения дальнейшего использования восстановленных данных. Сжатие без потерь обычно используется для передачи и хранения текстовых данных, компьютерных программ, реже — для сокращения объёма аудио- и видеоданных, цифровых фотографий и т. п., в случаях, когда искажения недопустимы или нежелательны. Сжатие с потерями, обладающее значительно большей, чем сжатие без потерь, эффективностью, также применяется для сокращения объёма аудио- и видеоданных и цифровых фотографий в тех случаях, когда такое сокращение является приоритетным, а полное соответствие исходных и восстановленных данных не требуется.

 

 

Структуры данных.

Работа с большим количеством данных, автоматизируется проще, когда данные упорядочены и образуют древовидную или иерархическую структуру.

Выделяют следующие структуры:

1) линейная (список);

2) табличная;

3) иерархическая (дерево).

1. Линейная структура

Линейная структура данных или списки - это упорядоченная структура, в которой адрес элемента однозначно определяется его номером.

В списках обычно новый элемент начинается с новой строки. Если элементы располагаются в строчку, нужно внести разделительный знак между элементами. Поиск осуществляется по разделителям.

Если элементы списка одной длины, в этом случае структура называется вектор данных, разделители не требуются. При длине одного элемента - d, зная номер элемента - n, найдем его начало d (n-1)

2. Табличная структура данных.

Табличная структура данных - это упорядоченная структура, в которой адрес элемента однозначно определяется двумя числами - номером строки и номером столбца, на пересечении которых находится ячейка с искомым элементом.

Если элементы располагаются в строчку, нужно внести два разделительных знака:

разделительный знак между элементами строки;

разделительный знак между строками.

Если элементы таблицы одной длины, в этом случае структура называется матрицей данных, разделители не требуются. При длине одного элемента - d, зная номер строки -m и номер столбца n, и зная число строк и столбцов M,N. найдем его начало.

d [N(m-1)+(n-1)]

Примерами табличных структур являются Excel, Access.

Таблица может быть двухмерной или многомерной.

Двумерные табличные структуры данных (матрицы) - это упорядоченные структуры, в которых адрес элемента определяется номером столбца и номером строки, на пересечении которых находится ячейка, содержащая искомый элемент.

Многомерные таблицы - это упорядоченные структуры данных, в которых адрес элемента определяется тремя и более измерениями. Для отыскания нужного элемента в таких таблицах необходимо знать параметры всех измерений (размерностей).

3. Иерархическая структура.

В иерархической структуре адрес каждого элемента определяется путем (маршрутом доступа), идущим от вершины структуры к данному элементу.

Иерархическую структуру образуют почтовые адреса:

 

 

Ул. Гагарина  Ул. Б. Садовая          Ул. Таганрогская

4. Упорядочение структур данных.

Линейная и табличная структуры более простые, чем иерархическая структура. Если в линейной структуре появляется новый элемент, то упорядоченность сбивается, например, если в списке учеников появляется новый человек, то расположенный по алфавиту список нарушается.

В иерархической структуре введение нового элемента не нарушает структуры дерева, недостатком ее является трудоемкость записи адреса и сложность упорядочения.

 

Проблема обеспечения доступа к информации.

При рассмотрении безопасности информационных систем обычно выделяют две группы проблем: безопасность компьютера и сетевая безопасность. К безопасности компьютера относят все проблемы защиты данных, хранящихся и обрабатывающихся компьютером, которая рассматривается как автономная система. Эти проблемы решаются средствами операционных систем и приложений, таких как базы данных, а также встроенными аппаратными средствами компьютера. Под сетевой безопасностью понимают все вопросы, связанные с взаимодействием устройств в сети, это прежде всего защита данных в момент их передачи по линиям связи и защита от несанкционированного удаленного доступа в сеть.

Автономно работающий компьютер можно эффективно защищать от внешних покушений разнообразными способами, например, просто запереть на замок клавиатуру или снять жесткий накопитель и поместить его в сейф. Компьютер, работающий в сети по определению не может полностью отгородиться от мира, он должен общаться с другими компьютерами, возможно даже удаленными от него на большие расстояния. Поэтому обеспечение безопасности в сети является задачей значительно более сложной.

Безопасная информационная система – это система, которая, во-первых, защищает данные от несанкционированного доступа, во-вторых, всегда готова предоставить их своим пользователям, а в-третьих, надежно хранит информацию и гарантирует неизменность данных. Таким образом, безопасная система по определению обладает свойствами конфиденциальности, доступности и целостности.

Конфиденциальность – гарантия того, что секретные данные будут доступны только тем пользователям, которым этот доступ разрешен.

Доступность – гарантия того, что авторизованные пользователи всегда получат доступ к данным.

Целостность – гарантия сохранности данными правильных значений, которая обеспечивается запретом для неавторизованных пользователей каким-либо образом изменять, модифицировать, разрушать или создавать данные.

Требования безопасности могут меняться в зависимости от назначения системы, характера используемых данных и типа возможных угроз. Трудно представить систему, для которой были бы не важны свойства целостности и доступности, но свойство конфиденциальности не всегда является обязательным. Например, если мы публикуем информацию в Интернете на WEB-сервере и нашей целью является сделать ее доступной для широкого круга людей, то конфиденциальность в данном случае не требуется.

Проблема обеспечения безопасности носит комплексный характер, для ее решения необходимо сочетание законодательных, организационных и программно-технических мер. Любое действие, которое направлено на нарушение конфиденциальности, целостности и доступности информации, а также на нелегальное использование других ресурсов сети, называется угрозой. Реализованная угроза называется атакой. Риск – это вероятностная оценка величины возможного ущерба, который может понести владелец информационного ресурса в результате успешно проведенной атаки. Значение риска тем выше, чем более уязвимой является существующая система безопасности и чем выше вероятность реализации атаки.

Угрозы разделяют на два вида: умышленные и неумышленные.

Неумышленные угрозы вызываются ошибочными действиями лояльных сотрудников, становятся следствием их низкой квалификации или безответственности. Так же эти угрозы могут возникнут вследствие технических сбоев.

Умышленные угрозы могут ограничиваться либо пассивным чтением данных или мониторингом системы, либо включать в себя активные действия, например, нарушение целостности и доступности информации, приведение в нерабочее состояние приложений и устройств. Так, умышленные угрозы возникают в результате деятельности хакеров и явно направлены на нанесение ущерба предприятию.

В вычислительных сетях можно выделить следующие типы умышленных угроз:

- незаконное проникновение в один из компьютеров сети под видом легального пользователя;

- разрушение системы с помощью программ-вирусов;

- нелегальные действия легального пользователя;

- «подслушивание» внутрисетевого трафика;

Разделяют следующие способы защиты информации:

· способы функционального контроля, обеспечивающие обнаружение и диагностику отказов, сбоев аппаратуры и ошибок человека, а также программные ошибки;

· способы повышения достоверности информации;

· способы защиты информации от аварийных ситуаций;

· способы контроля доступа к внутреннему монтажу аппаратуры, линиям связи и технологическим органам управления;

· способы разграничения и контроля доступа к информации;

· способы идентификации и аутентификации пользователей, технических средств, носителей информации и документов;

· способы защиты от побочного излучения и наводок информации.