Truyền và bảo mật thông tin

1
Nguyn Th Anh Thi







 !"#$%&
Lp SP Tin hc - kha 30 &
31
TRUYN & BO MT THÔNG TIN
2
Chương I
GIỚI THIỆU CHUNG
3
Bài 1. Giới thiệu
Bài 2. Một số khái niệm cơ bản
NỘI DUNG
4
'
Thông tin là gì? Vai trò của thông tin?
'
Đối tượng nghiên cứu của LTTT
'
Những ứng dụng của lý thuyết thông tin
'
Lịch sử hình thành và quan điểm khoa học hiện đại
'
Sơ lược về Claude E. Shannon

'
Lý thuyết thông tin của Shannon
Bài 1.1. Giới thiệu
5
'
Một vài ví dụ:
'
Hai người nói chuyện với nhau
()*+,- *&
'
Một người đang xem ti vi / nghe đài / đọc báo
+.+/0+*1)23)&
'
Quá trình giảng dạy trong lớp học
'
Các máy tính nối mạng và trao đổi dữ liệu với nhau
'
Máy tính nạp chương trình, dữ liệu từ đĩa cứng vào RAM để thực thi
'
…
1.1.1. Thông tin là gì?
6
'
Nhận xét:
'
Thông tin là cái được truyền từ đối tượng này sang đối tượng khác để
báo một “điều” gì đó.
'
4.567“điều”+.3/38&
'

Thông tin xuất hiện dưới nhiều dạng: âm thanh, hình ảnh,… Những
dạng này chỉ là “vỏ bọc” vật chất chứa thông tin.
'
9:;3< *1=9>)<? *1=9@<
'
Ngữ nghĩa của thông tin chỉ có thể hiểu được khi bên nhận hiểu được
cách biểu diễn ngữ nghĩa của bên phát.
'
Một trong những phương tiện để diễn đạt thông tin là ngôn ngữ.
'
Có hai trạng thái của thông tin: truyền và lưu trữ
'
AB2 -+C *D
kênh tin&
… Thông tin là gì?
7
'
Thông tin (Information) là một khái niệm trừu tượng, phi vật chất và rất
khó được định nghĩa chính xác
'
Thông tin là sự cảm hiểu của con người về thế giới xung quanh thông
qua sự tiếp xúc của nó.
(Chưa nói lên được bản chất của thông tin)
'
Thông tin là một hệ thống những tin báo và mệnh lệnh giúp loại trừ sự
không chắc chắn (uncertainty) trong trạng thái của nơi nhận tin.
(Nói rõ bản chất của thông tin và được dùng để định lượng
thông tin trong kỹ thuật)
… Thông tin là gì?
8

'
Thông tin là một hiện tượng vật lý, thường tồn tại và được truyền đi dưới
một dạng vật chất nào đó.
'
Những dạng vật chất dùng để mang thông tin được gọi là tín hiệu.
'
Lý thuyết tín hiệu là ngành nghiên cứu các dạng tín hiệu và cách
truyền thông tin đi xa với chi phí thấp.
'
**.EF=GHIJ
'
Thông tin là một quá trình ngẫu nhiên
'
LTTT là lý thuyết ngẫu nhiên của tin tức
'
6 *.>K+8Lbất ngờMD+HI/

… Thông tin là gì?
9
'
Các đối tượng sống luôn luôn có nhu cầu hiểu về thế giới xung quanh để
thích nghi và tồn tại.
'
Đây là quá trình quan sát, tiếp nhận, trao đổi và xử lý thông tin từ môi
trường xung quanh.
'
Thông tin trở thành nhu cầu cơ bản, một điều kiện cần cho sự tồn tại và phát
triển.
'
Khi KHKT-XH ngày càng phát triển, thông tin càng thể hiện được vai trò

quan trọng của nó đối với chúng ta.
1.1.2. Vai trò của thông tin
10
'
Ví dụ:
'
Hành động xuất phát từ suy nghĩ, nếu suy nghĩ đúng thì hành động mới
đúng.
'
Suy nghĩ lại chịu ảnh hưởng từ các nguồn thông tin được tiếp nhận
'
Vì vậy, thông tin có thể chi phối đến suy nghĩ và kết quả là hành động của
con người.
… Vai trò của thông tin
11
'
Nghiên cứu quá trình xử lý tín hiệu:
'
Đầu vào (Input): nhận tín hiệu từ một lĩnh vực cụ thể
'
D *LF>NFO)75F(symbol)0P/1
C1IH*O1Q1>)RN+S38&
'
LF+CB+7B(channel) H*.T3U
VGO1Q1>)RN*+.&
'
B!
'
:/ 5!B *PFBLFWXQXY??R.?
Z[H*QV\ON CMF&

'
)!B *)1Q1>)RN>)+U I1)L
F+>K]+=/LF(output)&
'
Đầu ra (Output): dựng lại tín hiệu chân thật nhất có thể có so với tín
hiệu ở đầu vào.
1.1.3 Đối tượng nghiên cứu của LTTT
12
'
Mô hình lý thuyết thông tin:
'
Shannon: Bài toán sinh mã độ dài tối ưu khi nhận tín hiệu đầu vào.
'
L+C>K^8!
'
_Q1>)RNMR`>NFM)LF&
'
LXNMSH*1K1`+B4SRW8.[HI+P
L>)N&
'
abS+@`+P+B4S?>)+U+SBR&
'
Wiener: Phương pháp xử lý tín hiệu ở đầu ra
'
cI CdLFRHIL.7/]
+=H*7EE)eRS&
'
_ 1)1 fOO +C )1 Xg   C1 
77TR)+CE)eBLF&
… Đối tượng nghiên cứu của LTTT (2)

13
'
Ứng dụng phổ biến của LTTT là truyền thông và xử lý
thông tin như: truyền thông, nén, bảo mật, lưu trữ,…
'
Các ý tưởng của LTTT được ứng dụng nhiều trong nhiều
lĩnh vực như: vật lý, ngôn ngữ học, sinh vật học, khoa học
máy tính, tâm lý học, hóa học,…
'
Đề nghị các phương pháp mới về phân tích thống kê dựa
trên LTTT.
'
Ứng dụng vào quản lý kinh tế
'
Lý thuyết đầu tư tối ưu xuất hiện đồng thời với lý thuyết mã hóa nguồn
tối ưu
'
Ứng dụng vào ngôn ngữ học
'
Ứng dụng đến tâm lý thực nghiệm và đặc biệt là lĩnh vực
dạy và học.
1.1.4. Những ứng dụng của LTTT
14
'
Cuộc cách mạng lớn nhất về cái nhìn thế giới khoa học là chuyển hướng từ
thuyết quyết định Laplacian đến bức tranh xác suất của tự nhiên.
'
LTTT nổi lên sau khi cơ học thống kê và lượng tử đã phát triển, nó chia sẻ
với vật lý thống kê các khái niệm cơ bản về entropy.
'

Theo lịch sử, các khái niệm cơ bản của LTTT như entropy, thông tin tương
hỗ được hình thành từ việc nghiên cứu các hệ thống mật mã hơn là từ việc
nghiên cứu các kênh truyền thông.
1.1.5. Lịch sử hình thành
15
'
Về mặt toán học, LTTT là một nhánh của lý thuyết xác suất và các quá trình
ngẫu nhiên (stochastical process).
'
Quan trọng và ý nghĩa nhất là quan hệ liên kết giữa LTTT và vật lý thống
kê.
'
Những ý tưởng về giới hạn thông tin đã được phát triển tại Bell Labs.
'
Năm 1924, lý thuyết của Harry Nyquist về một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc
độ điện tín.
… Lịch sử hình thành (2)
16
'
Năm 1940, Alan Turing dựa vào việc thống kê phân tích đưa ra
sự đột phá về những mật mã bí ẩn của người Đức trong chiến
tranh thế giới thứ hai.
'
Ludwig Boltzmann và J Willard Gibbs đã đánh đồng ý nghĩa của
thông tin với khái niệm nhiệt động học của entropy.
'
D. Gabor chỉ ra rằng “Lý thuyết truyền thông” phải được xem
như một nhánh của vật lý
'
Tháng 7 và 10/1948, Lý thuyết toán học về truyền thông của

Claude E. Shannon trên tạp chí Bell System Technical được
công bố
'
Đây là mốc sự kiện quan trọng đánh dấu sự thành lập của LTTT.

Claude E. Shannon là cha đẻ của LTTT
… Lịch sử hình thành (3)
17
'
Claude E. Shannon sinh vào ngày 30/04/1916 ở Petoskey, bang Michigan.
1.1.6. Sơ lược về Claude E. Shannon
'
h R \ HI  W( XO
 iX j[ H* k WA3O 
f l[a X?A&
'
 Xm ) M  +e
j . Rn B 
R)!
'
h P M j * * 1)
? 8 78  8 ) o `
+P&
'
RXRWpq#rsp$^p[
3*>HI+e
18
'
Căn bệnh Alzhmeimer đặt dấu chấm hết cho sự nghiệp của ông vào năm
2001.

'
Ông hoạt động nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Bell (1941 – 1972) và là
giáo sư thỉnh giảng tại MIT vào năm 1956.
… Sơ lược về Claude E. Shannon (2)
19
'
Một số thành tựu đáng chú ý của Shannon:
'
Năm 1937, ông cho rằng những quan hệ logic
có thể được kết hợp với nhau và ông mã hóa
từng khái niệm logic này vào một mạch điện

Ông chứng minh một chiếc máy điện kỹ thuật
số có thể tính toán được bất kỳ phép tính nào.

Đây là ý tưởng quan trọng nhất của mọi thời đại
… Sơ lược về Claude E. Shannon (2)
20
'
Một số thành tựu đáng chú ý của Shannon (tt):
'
Với ý tưởng các máy tính nên sử dụng các con số nhị phân 0 và 1. Cách
thức biểu diễn các số trong mạch điện:
'
tm+FD3TXVRp
'
tm+FDN1 *Ru
'
PS;N*.T
Tb+C0-?eb?

8+P?+13N7v
X*7)&

Ông là 1 trong những nhà phát minh
đầu tiên nghĩ ra máy tính số điện tử.
… Sơ lược về Claude E. Shannon (3)
21
'
Một số thành tựu đáng chú ý của Shannon (tt):
'
Thành công lớn nhất là lý thuyết thông tin
'
Q * 58*4N&
'
=b]Mj]P38
+7w/RWp$xusp$quR[&
'
*3P8I+Fy-8H*H8+B780*
`Mj?
'
Ngoài ra, tại phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor, ông nhận thấy sự
liên quan về mặt toán học giữa di truyền học của Melden và thuyết tương
đối của Einstein

Ra đời luận án tiến sĩ “Đại số học dành cho thuyết di truyền”
… Sơ lược về Claude E. Shannon (4)
22
'
Lý thuyết thông tin của Shannon là một môn khoa học trừu tượng về sự giao
tiếp qua máy tính, mạng Internet và tất cả các phương tiện truyền thông kỹ

thuật số khác.
'
Lần đầu tiên, Shannon giới thiệu mô hình truyền thông cả về chất lượng
lẫn số lượng như một quy trình thống kê những lý thuyết thông tin, mở
đầu bằng sự khẳng định:
“Vấn đề cơ bản của truyền thông là việc sao chép lại tại một điểm, hoặc là
chính xác hoặc là gần đúng một thông điệp được lựa chọn tại một thời
điểm khác”
1.1.7. Lý thuyết thông tin của Shannon
23
'
Theo LTTT, việc vận chuyển các thông điệp liên quan đến:
'
:FyE)75F+Fy
'
H*R`7zz.EF7)=G
'
+C+B/1+8D+P7zzFP
egT&
'
j`7zzG E+8R`X`+)I+C
'
1! E+8D+PY?8,D?8R`Rz1
>81Pe
'
R C) PTM3W-RU1Q[
'
j`X0+ /1HI?.{1b@FB

'

8 @ * 3N D 8  *  E) e   R` X` +)
+CM78EbME)e81& 
… Lý thuyết thông tin của Shannon (2)
24
'
Mô hình lý thuyết thông tin theo quan điểm Shannon
'
Các hệ thống truyền thông tin
'
Các khái niệm về lượng tin biết và lượng tin chưa biết
'
Định lý cơ sở của kỹ thuật truyền tin
'
Khái niệm chung về dung lượng kênh truyền
'
Vấn đề sinh mã và giải mã
Bài 1.2. Một số khái niệm cơ bản
25
'
Shannon nghiên cứu trên một hệ thống liên lạc truyền tin (communication)
theo sơ đồ:
1.2.1 Mô hình lý thuyết thông tin
theo quan điểm Shannon
V
V
P-)
P-)
P-)
P-)
B

B
AS.
AS.


/
/
abS
abS