Khái niệm cơ bản về thông tin, mã hóa, gỡ lỗi, ghép kênh

Bài viết dưới đây của FUNiX sẽ giới thiệu cho các bạn những Khái niệm cơ bản về thông tin, mã hóa, gỡ lỗi, ghép kênh. Hãy cùng tìm hiểu nhé!

• Cách thiết lập mã hóa cấp quân sự trên Windows 11
• Vai trò của AI trong phân tích hệ thống thông tin nâng cao
• 3 cách để kiểm tra khả năng mã hóa của VPN
• Tiềm năng và thách thức trong ứng dụng phân phối khóa lượng tử
• Ứng dụng và hạn chế của điện toán nhận biết ngữ cảnh (Context-aware Computing)

>> USB Debugging Mode trong Android là gì? Làm cách nào để kích hoạt nó?

>> 6 giải pháp bảo mật ứng dụng web tốt nhất

1. Thông tin là gì?

Thông tin bao gồm tất cả những gì mang lại sự hiểu biết, nhận thức cho con người về một hiện tượng, sự vật nào đó trong thế giới khách quan, có thể thu thập, lưu trữ và xử lý được, thường được truyền tải dưới dạng tín hiệu như chữ cái, chữ số, âm thanh, dòng điện…

Ví dụ: Thông tin cá nhân của một người (tên, tuổi, giới tính, nơi cư trú…), thông tin về kết quả kỳ thi đại học 2021… 

1.1 Đơn vị đo lượng thông tin

Đơn vị cơ bản dùng để đo lượng thông tin là Bit (Binary digit). Một bit tương ứng với một trong hai trạng thái của một sự kiện, được ký hiệu là 0 hoặc 1, dùng để biểu diễn thông tin trong máy tính.

Ví dụ: Giới tính con người được quy ước nam là 1, nữ là 0.

Bóng đèn có trạng thái sáng (1) hoặc tối (0)

Ngoài đơn vị Bit nói trên, còn có thể dùng các đơn vị cơ bản khác để đo thông tin:

    – 1 Byte = 8 Bit

    – 1 KB (Kilobyte)=1024 Byte

    – 1 MB(Megabyte)=1024 KB

    – 1 GB (Gigabyte)=1024 MB 

    – 1 TB (Terabyte)= 1024 GB

    – 1 PB (Petabyte)= 1024 TB

1.2 Các dạng thông tin

Có thể chia thông tin thành 2 loại là số và phi số.

Các dạng thông tin phi số phổ biến:

• Dạng văn bản: là những chữ viết, ký hiệu được ghi lại trong báo chí, sách, vở…
• Dạng hình ảnh: những bức tranh, bản đồ, hình ảnh trên sách, báo, trên ti vi, máy tính…
• Dạng âm thanh: tiếng nói, tiếng hát, tiếng khóc, tiếng đàn, tiếng trống…

2. Mã hóa là gì?

Mã hóa là quá trình chuyển đổi từ văn bản gốc sang bản mã. Đây là một phương pháp xáo trộn dữ liệu, biến thông tin (hình ảnh, văn bản, âm thanh…) từ định dạng bình thường sang dạng khác, mà người dùng cần phải có phương tiện giải mã mới có thể hiểu được. 

Mã hóa là làm khác đi dữ liệu ban đầu, nhằm ngăn chặn những người không phận sự tiếp cận vào dữ liệu đó. Quá trình này yêu cầu phải sử dụng khóa mã hóa – một tập hợp các giá trị toán học mà người gửi và người nhận dữ liệu được mã hóa đều biết.

Trong thời đại Internet hiện nay, thông tin phải đi qua nhiều trạm trung chuyển để đến được đích, vậy nên mã hóa sẽ giúp đảm bảo tính an toàn cao hơn cho thông tin. Nếu không có mã hóa, sẽ rất dễ xảy ra tình trạng thông tin bị xem trộm trong quá trình truyền tải và dễ bị lợi dụng để làm việc xấu.

Có 4 loại mã hóa thông dụng: Cổ điển, một chiều, đối xứng và bất đối xứng.

2.1 Mã hóa cổ điển

Mã hóa cổ điển tồn lại lâu nhất trên thế giới, đây là cách đơn giản nhất và không cần khóa bảo mật mà chỉ cần người gửi và người nhận cùng biết về thuật toán.

Tuy nhiên loại mã hóa này được đánh giá là không an toàn vì nếu thuật toán bị rò rỉ ra ngoài và bên thứ ba biết được thì sẽ không bảo mật được thông tin.

2.2 Mã hóa một chiều (hash)

Phương pháp này dùng để mã hóa những thông tin mà không cần dịch lại nguyên bản gốc. 

Khi chúng ta muốn đăng nhập vào một trang web, mật khẩu sẽ được chuyển thành một chuỗi dài những kí tự, đây được gọi là hash function. Cơ sở dữ liệu sẽ lưu chuỗi này để tăng tính bảo mật, khi hacker muốn trộm dữ liệu sẽ không biết được mật khẩu thật của ta là gì.

Mỗi khi chúng ta đăng nhập thì hash function sẽ mã hóa mật khẩu thành chuỗi ký tự và so sánh với chuỗi ký tự trong cơ sở dữ liệu, nếu khớp thì sẽ cho đăng nhập tiếp, còn không thì sẽ báo lỗi. Chuỗi ký tự nói trên không cần phải dịch ngược lại thành mật khẩu gốc.

Hai thuật toán hash function thường được sử dụng nhất hiện nay là MD5 và SHA.

2.3 Mã hóa đối xứng (symmetric key encryption)

Đây là phương pháp mã hóa cần dùng khóa. Thuật toán sẽ nhìn vào khóa để mã hóa và giải mã dữ liệu. Trong phương pháp này, chìa khóa để mã hóa và giải mã dữ liệu là giống nhau, nên được gọi là đối xứng (symmetric).

Khóa là mấu chốt để thuật toán có thể nhìn vào mà biết đường mã hóa và giải mã dữ liệu. Ở phương pháp này, chìa khóa để mã hóa và giải mã là như nhau nên người ta mới gọi là đối xứng. Theo một số tài liệu, đây là giải pháp được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.

2.4 Mã hóa bất đối xứng (public key encryption)

Trong phương pháp mã hóa bất đối xứng, khóa mã hóa và khóa giải mã hoàn toàn khác nhau, nên được gọi là bất đối xứng. Khóa mã hóa thường được gọi là public key, khóa giải mã là private key, đây là 2 cách gọi để phân biệt giữa hai khóa.

Bất kỳ ai có public key đều có thể sử dụng để mã hóa dữ liệu. Tuy nhiên, muốn giải mã dữ liệu để xem thì chỉ những người nào nắm được private key.

Mã hóa bất đối xứng có nhược điểm là tốc độ giải mã chậm hơn so với mã hóa đối xứng, tốn nhiều năng lực xử lý của CPU hơn và phải chờ lâu hơn, dẫn đến chi phí cũng cao hơn. 

3. Gỡ lỗi là gì?

Gỡ lỗi (Debugging) là quá trình tìm ra và giải quyết các lỗi, sự cố khiến cho các chương trình máy tính hoặc hệ thống hoạt động không đúng.

Trách nhiệm gỡ lỗi là của lập trình viên, họ phải tìm ra nguyên nhân và nơi xảy ra lỗi để sửa đổi dòng lệnh đó và kiểm tra lại cho đến khi đảm bảo rằng lỗi đã được loại bỏ hết. Thao tác gỡ lỗi luôn tốn nhiều thời gian và chi phí. 

Ngày nay quá trình lập trình thường có các công cụ hỗ trợ cho các lập trình viên thực hiện gỡ lỗi, được gọi là trình gỡ lỗi.

4. Ghép kênh là gì?

Ghép kênh là quá trình ghép nhiều chuỗi dữ liệu thành một chuỗi dữ liệu để truyền đi xa nhằm tiết kiệm và bảo vệ tài nguyên, tăng hiệu suất kênh truyền. Thiết bị thực hiện việc này được gọi là bộ ghép kênh, bộ tách kênh ở đầu thu sẽ thực hiện việc tách các kênh này ra và phân chia chúng đến đúng đầu nhận.

Hai dạng ghép kênh cơ bản là TDM (Time Division Multiplexing) – ghép kênh phân chia thời gian và FDM (Frequency-division multiplexing) – ghép kênh phân chia tần số. Trong thông tin quang, WDM (Wavelength Division Multiplexing) – ghép kênh phân chia bước sóng, cũng chính là ghép kênh phân chia tần số.

4.1 Ghép kênh phân chia thời gian TDM

Đây là phương thức mà thông qua các chuyển mạch đồng bộ ở mỗi đầu của đường truyền, nhiều tín hiệu sẽ được truyền và nhận độc lập qua một đường tín hiệu chung, để mỗi tín hiệu sẽ chiếm một phần thời gian và thứ tự xác định trong mỗi chu kỳ truyền tín hiệu.

Thời gian sử dụng đường truyền được chia thành nhiều khung và mỗi khung được chia thành nhiều khe để chia sẻ cho người dùng. Mỗi người sẽ sử dụng một khe thời gian riêng đã được phân chia để phục vụ cho việc truyền tin. 

TDM được sử dụng khi tốc độ bit của môi trường truyền vượt quá tốc độ của tín hiệu được truyền. Vào cuối thế kỷ 19, hình thức ghép tín hiệu này được ứng dụng cho việc phát triển hệ thống điện báo, đến nửa sau thế kỷ 20, ứng dụng phổ biến nhất là trong điện thoại kỹ thuật số.

4.2 Ghép kênh phân chia tần số FDM

Đây là một kỹ thuật mà tín hiệu sẽ được phân chia thành một chuỗi liên tiếp các dải tần số phụ riêng biệt, không trùng lặp nhau và gửi qua các phương tiện truyền thông. Điều này đã cho phép một phương tiện truyền dẫn thông tin bất kỳ, ví dụ như cáp hoặc cáp quang, được chia sẻ nhiều tín hiệu riêng. 

Ví dụ: Trong phát sóng vô tuyến và truyền hình, nhiều tín hiệu vô tuyến ở các tần số khác nhau được truyền qua cùng một lúc. Hoặc như truyền hình cáp, nhiều kênh truyền hình được thực hiện đồng thời trên cùng một cáp. 

FDM cũng được ứng dụng dụng trong các hệ thống điện thoại, để truyền nhiều cuộc gọi điện thoại qua các đường truyền có dung lượng hoặc thời lượng cao. 

4.3 Ghép kênh phân chia bước sóng WDM

WDM được ứng dụng trong công nghệ quang. Tín hiệu điện từ của máy tính được biến đổi thành các tín hiệu quang. WDM bao hàm việc kết hợp để có thể truyền đồng thời các nguồn quang với các bước sóng khác nhau từ các nguồn khác nhau trên một sợi quang.

Tương tự như kỹ thuật ghép kênh phân chia tần số, trong WDM nhiều kênh dữ liệu được truyền qua cùng một sợi quang duy nhất, sử dụng các dải tần số khác nhau.

Hy vọng bài viết của FUNiX đã giúp các bạn hiểu được những khái niệm cơ bản về thông tin, mã hóa, gỡ lỗi và ghép kênh. 

>>> Nếu bạn đang có nhu cầu học lập trình trực tuyến, tìm hiểu ngay tại đây:

>>> Xem thêm bài viết:

Đại học trực tuyến? Tại sao nên chọn học đại học trực tuyến thay vì đại học offline?

5 điều có thể bạn chưa biết về học lập trình trực tuyến FUNiX

Review khóa học trực tuyến FUNiX FPT đang được nhiều bạn trẻ lựa chọn

FUNiX đào tạo lập trình trực tuyến cung cấp nhân sự tập đoàn FPT

5 Điểm đáng chú ý tại khóa học lập trình trực tuyến FPT – FUNiX

Phạm Thị Thanh Ngọc