1.1. Отрывки из теории информации

Когда разговор заходит о кодах и шифрах, большинство наших сограждан сразу вспоминают шпионские боевики и детективные романы. Именно из фильмов и литературных произведений многие из нас знают, что всевозможная секретная информация обычно передается с помощью зашифрованных сообщений. Однако далеко не все могут внятно объяснить, что означают слова «информация» или, например, «сообщение».

Информация об информации

Не секрет, что в наше время иностранное слово «информация» известно каждому. Но постоянно употреблять его начали всего лишь несколько десятков лет назад. Именно тогда были опубликованы так называемые основы теории связи и передачи кодов. Эта теория и стала называться «теорией информации».

Однако сейчас смысл, вкладываемый в термин «информация» нашими современниками, значительно расширился. Для многих не владеющих специальными знаниями людей понимание значения этого слова во многом остается интуитивным и поэтому получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности. Более того, можно утверждать, что значение слова «информация» в строго научном смысле значительно отличается от того, как его понимает большинство окружающих нас людей.

Известный советский филолог Сергей Иванович Ожегов, составивший Словарь русского языка, считал, что информация — это сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами, а также сообщения, осведомляющие о положении дел или о состоянии чего-нибудь.

Так, например, исходя из данного определения, любые сведения о космосе или о микроорганизмах, о кораблях или о растениях, о вулканах или о президентах — все это является информацией. Любые новости, о которых нам сообщают в радио и телевизионных передачах или в газетах и журналах, — это информация. Любые знания, которые мы получаем из учебников или из книг, на уроках или лекциях, — это информация. Любые сообщения от друзей или знакомых — это информация. Даже в том случае, когда мы просто смотрим вокруг себя, мы получаем какие-либо сведения о тех объектах, на которые смотрим, то есть информацию о них.

Следует отметить, что приведенное выше определение не является классическим или общепризнанным. Ученые, работающие в разных областях науки, дают свои определения значения слова «информация».

Так, например, некоторые из них считают, что под информацией следует понимать любые сведения о каких-либо ранее неизвестных объектах. Другие предлагают называть информацией результат отражения реальности в сознании человека, представленный на его внутреннем языке. Третьи убеждены, что информация — это содержательное описание объекта или явления. Для четвертых информация — содержание сигнала или сообщения, а для пятых — атрибут материи.

И на этом перечень предлагаемых определений не заканчивается. Весьма широкое распространение получила точка зрения многих ученых, считающих, что информация является одним из первичных понятий мироздания наряду с материей и энергией. Некоторые наши современники вполне обоснованно считают, что иностранному термину «информация» достаточно близко соответствует русское слово «смысл». В результате слово «информация» является одним из тех терминов, которые достаточно часто можно встретить не только в научных трудах, но и в разговорной речи. И значение этого слова интуитивно понятно каждому человеку.

Тем не менее особенности рассматриваемых в предлагаемой книге вопросов требуют однозначного понимания того, что же именно в последующих главах и разделах будет подразумеваться под информацией.

Итак, далее при упоминании о какой-либо информации или о сообщениях, содержащих какую-либо информацию, будем считать, что информация — это прежде всего какие-либо сведения об окружающем мире, содержащиеся в этих сообщениях, а также смысловое содержание таких сообщений. При этом указанные сведения являются объектом преобразования, передачи и хранения.

Конечно же, получаемая нами из всевозможных источников информация может быть неполной или, наоборот, исчерпывающей, она может быть правдивой или ложной. В конце концов, какая-либо информация нам может быть жизненно необход има или вовсе не нужна. Но, независимо от указанных признаков, такая информация остается информацией.

Преобразование, передача и хранение информации

В наше время преобразование или отображение информации, ее передача и хранение могут осуществляться самыми различными способами с применением не только хорошо известных, но и весьма непривычных средств. Однако так было далеко не всегда.

С древних времен человек искал средства и способы сначала для обмена информацией с соплеменниками, а затем для ее отображения и сохранения. И одними из первых таких способов были звуковые сигналы и жесты.

Нетрудно представить ситуацию, когда собирающийся на охоту древний человек, выглянув из пещеры, увидел, что идет дождь или ливень. Скорее всего, охота была отложена, а наш далекий предок вернулся в пещеру. Но как объяснить своим соплеменникам, почему они остались без обеда? Возможно, древний охотник набрал в ладони немного дождевой воды и, вернувшись в пещеру, выплеснул ее на своих сородичей. Как говорится, для полноты ощущений. Или же, издавая звуки определенной громкости и тональности, жестами передал сородичам информацию о плохой погоде. В рассмотренном случае информация о наличии дождя была преобразована нашим сообразительным предком в жесты и звуки.

Со временем у людей появилась потребность отображать или фиксировать определенную информацию. Так, например, после удачной охоты на мамонта переполняемые положительными эмоциями соплеменники высекали на стенах пещеры наиболее впечатляющие эпизоды этой охоты. Естественно, в те далекие времена древний человек и не предполагал, что одновременно с отображением определенных сцен он, высекая фигуру охотника или мамонта, сохраняет их на века, то есть фиксирует и сохраняет информацию.

Постепенно люди придумывали все новые возможности для обмена информацией, а также для ее отображения и сохранения. Появились речь и письменность, на смену стенам пещеры пришли папирус, а затем и бумага. В конце концов, человечество пришло к тому, что наши современники не могут представить себе окружающий мир без радиоволн и квантовой механики. Поэтому всю историю человечества можно считать историей поиска способов и средств для обмена и сохранения информации.

Для подавляющего большинства современных людей не существует проблем с отображением, передачей или с сохранением информации. Вопрос может быть лишь в правильном выборе нужных средств и способов.

Так, например, записать сведения об оценках, полученных учеником за полугодие обучения, можно в его дневнике. Но эти оценки также можно зафиксировать и в школьном компьютере. Информацию о новостях корреспондент может передать в редакцию с помощью телефона, телеграфом или просто письмом. При этом корреспонденты разных стран передают одну и ту же информацию на разных языках. Сохранить какие-либо сведения можно, например, с помощью наскальных рисунков, как это делали наши предки. А можно записать необходимые данные на компакт-диск, карту памяти или флэш-диск Такими данными могут быть не только результаты научных исследований, но и, например, любимые компьютерные игры или музыкальные записи.

Сообщение, сигнал, система связи

Всевозможная секретная информация обычно передается с помощью зашифрованных сообщений. Однако, как и в случае со словом «информация», не все наши современники могут объяснить, что понимается под словом «сообщение».

Напомним, что, строго говоря, теория информации является одной из ветвей теории связи. А само слово «связь» подразумевает обмен сообщениями. Таким образом, не углубляясь в рассмотрение теоретических вопросов, можно считать, что информация передается и хранится в виде сообщений.

Сообщение может иметь различный вид и форму. Так например, сообщением является какой-либо текст. При этом такой текст может быть напечатан в газете, на бланке телеграммы или отображен на экране монитора. Сообщение может быть звуковым, например слова и предложения при разговоре, музыка, записанная на аудиокассету. Записанные на компакт-диск или флэш-карту музыкальные произведения или программы — это тоже сообщения.

Итак сообщение — это знаки или сигналы, содержащие какую-либо информацию. Именно такое весьма упрощенное определение наиболее полно подходит при рассмотрении в данной книге вопросов шифрования и кодирования.

Знаками могут быть жесты или движения, графические изображения, например буквы и цифры. Для того чтобы сохранить какое-либо сообщение, достаточно, например, нанести его на бумагу с помощью букв. Но для передачи сообщения на расстояние необходимо, говоря научным языком, воспользоваться некоторым физическим процессом в широком смысле этого слова, способным с той или иной скоростью распространяться от источника к получателю сообщения. Это могут быть, например, изменения электрического поля, радиоволны, это могут быть почтовая и даже визуальная связь.

Таким образом, сигнал можно представить как изменяющийся во времени физический процесс, отражающий передаваемое сообщение.

В современном мире для передачи сигналов используются всевозможные технические средства, которые в совокупности составляют системы связи. При этом система связи обычно состоит из нескольких составных частей.

Во-первых, в состав любой системы связи входят источник сообщений, непосредственно создающий сообщение, и передатчик, который определенным образом обрабатывает сообщение и преобразует его в сигналы определенного типа. Например, телеграфист создает сообщение в виде точек и тире азбуки Морзе, а специальный радиопередатчик преобразует эти точки и тире в радиосигналы и излучает в эфир.

Во-вторых, при передаче сообщений не обойтись без канала связи, под которым обычно подразумевается комплекс технических средств, обеспечивающих передачу сигналов от передатчика к приемнику. Неотъемлемой частью канала связи является так называемая линия связи, то есть среда, используемая для передачи сигнала от передатчика к приемнику. Это может быть, например, область распространения радиоволн, обычные электрические провода или коаксиальный кабель.

В-третьих, в системе связи не обойтись без приемника, который восстанавливает исходное сообщение из полученных сигналов, то есть выполняет операцию, обратную той, которую выполнил передатчик.

И наконец, от приемника исходное сообщение поступает к получателю, под которым обычно понимаются лицо или аппарат, для которого предназначено сообщение. Так, например, радиосигналы принимаются специальным приемником, который их преобразует в точки и тире. Из точек и тире телеграфист, знающий азбуку Морзе, восстанавливает исходное сообщение.