Представление звуковых данных. Компьютерные вирусы
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего
профессионального образования
«Сибирский
государственный индустриальный университет»
Кафедра
прикладной информатики
КОНТРОЛЬНАЯ
РАБОТА
Вариант
4
Выполнила:
Исайкина Ю.А.
Группа: ЗТЖу-14 (1)
Шифр 14613
Новокузнецк
2014
Содержание
1.
Представление звуковых данных.
1.1
Способы оцифровки звука
.2
Аналогово-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
.
Компьютерные вирусы
.1
Классификация и характеристика компьютерных вирусов
.2
Механизмы и каналы распространения
.3
Противодействие обнаружению вирусов
оцифровка звук компьютерный вирус
1. Представление звуковых данных
Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно
меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче
для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы
компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть
превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и
единиц).
Существуют две технологии записи и
воспроизведения звука: аналоговая и цифровая. Известные всем бытовые
магнитофоны и проигрыватели долгоиграющих пластинок ориентированы на аналоговую
технологию. Запись и воспроизведение звука в компьютере и проигрывателях CD
(лазерных дисков) основаны на цифровой технологии.
Звук в компьютере, как и любая другая
обрабатываемая компьютером информация, имеет дискретную основу. Мы слышим из
подключенных к компьютеру динамиков так называемый цифровой звук. Хотя многие
даже не задают себе вопроса, имеются ли отличия в звучании мелодий на
компьютере от воспроизведения мелодий, к примеру, на кассетном магнитофоне.
По природе своей звук является набором волн,
вызванных колебанием физических устройств (струн, мембран). Для того чтобы
ввести звук в компьютер, его надо преобразовать в цифровой вид, т.е.
представить в виде последовательности цифр (или нулей и единиц в двоичной
системе исчисления). Для преобразования аналоговых данных в цифровые
используется аналого-цифровой преобразователь (ADC - Analog-to-Digital
Converter).
При преобразовании звука в цифровой вид ADC
измеряет поступающий сигнал с регулярными интервалами и присваивает цифровые
значения уровню звука. Частота измерений называется скоростью выборки.
Количество бит, используемых для кодирования данных, называется разрешающей
способностью (битрейт). Частота измерений называется скоростью выборки.
Например. при записи звука разрешающая способность может быть 8, 16 или 24 бита
(или даже выше), а скорость выборки может составлять 22, 44, 48, 96 кГц и т.д.
.1 Способы оцифровки звука
«Обычный» аналоговый звук представляется в
аналоговой аппаратуре непрерывным электрическим сигналом. Компьютер оперирует с
данными в цифровом виде. Это означает, что и звук в компьютере представляется в
цифровом виде.
Цифровой звук - это способ представления
электрического сигнала посредством дискретных численных значений его амплитуды.
Допустим, мы имеем аналоговую звуковую дорожку хорошего качества (говоря
«хорошее качество» будем предполагать нешумную запись, содержащую спектральные
составляющие из всего слышимого диапазона частот - приблизительно от 20 Гц до
20 КГц) и хотим «ввести» ее в компьютер (то есть оцифровать) без потери
качества. Как этого добиться и как происходит оцифровка? Звуковая волна - это
некая сложная функция, зависимость амплитуды звуковой волны от времени.
Казалось бы, что раз это функция, то можно записать ее в компьютер «как есть»,
то есть описать математический вид функции и сохранить в памяти компьютера.
Однако практически это невозможно, поскольку звуковые колебания нельзя
представить аналитической формулой (как y=x2, например). Остается один путь -
описать функцию путем хранения ее дискретных значений в определенных точках.
Иными словами, в каждой точке времени можно измерить значение амплитуды сигнала
и записать в виде чисел. Однако и в этом методе есть свои недостатки, так как
значения амплитуды сигнала мы не можем записывать с бесконечной точностью, и
вынуждены их округлять. Говоря иначе, мы будем приближать эту функцию по двум
координатным осям - амплитудной и временной (приближать в точках - значит,
говоря простым языком, брать значения функции в точках и записывать их с
конечной точностью). Таким образом, оцифровка сигнала включает в себя два
процесса - процесс дискретизации (осуществление выборки) и процесс квантования.
Процесс дискретизации - это процесс получения значений величин преобразуемого
сигнала в определенные промежутки времени (Рис. 1.1).
Рисунок 1.1. - Процесс дискретизации
Квантование - процесс замены реальных значений
сигнала приближенными с определенной точностью (рис. 1.2).
Рисунок 1.2. - Квантование
Таким образом, оцифровка - это фиксация
амплитуды сигнала через определенные промежутки времени и регистрация
полученных значений амплитуды в виде округленных цифровых значений (так как
значения амплитуды являются величиной непрерывной, нет возможности конечным
числом записать точное значение амплитуды сигнала, именно поэтому прибегают к
округлению). Записанные значения амплитуды сигнала называются отсчетами.
Очевидно, что чем чаще мы будем делать замеры амплитуды (чем выше частота
дискретизации) и чем меньше мы будем округлять полученные значения (чем больше
уровней квантования), тем более точное представление сигнала в цифровой форме
мы получим. Оцифрованный сигнал в виде набора последовательных значений
амплитуды можно сохранить.
В процессе кодирования непрерывного звукового
сигнала производится его временная дискретизация. Непрерывная звуковая волна
разбивается на отдельные маленькие участки, причем для каждого такого участка
устанавливается определенная величина амплитуды. Таким образом, непрерывная
зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную
последовательность уровней громкости.
Современные звуковые карты обеспечивают
16-битную глубину кодирования звука. В таком случае количество уровней сигнала
будет равно 65536.
При двоичном кодировании непрерывного звукового
сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала. Качество
кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени,
т.е. от частоты дискретизации. Чем больше количество измерений производится за
1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного
кодирования.
Количество измерений в секунду может лежать в
диапазоне от 8000 до 48000, т.е. частота дискретизации аналогового звукового
сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц - качество звучания аудио-CD.
Следует также учитывать, что возможны как моно-, так и стерео-режимы.
Стандартная программа Windows Звукозапись играет
роль цифрового магнитофона и позволяет записывать звук, т.е. дискретизировать
звуковые сигналы, и сохранять их в звуковых файлах в формате wav. Также эта
программа позволяет производить простейшее редактирование звуковых файлов.
.2 Аналогово-цифровые и цифро-аналоговые
преобразователи
Процесс, в котором измеряется напряжение через
равные промежутки времени и запись полученных значений в память компьютера
называется дискретизацией (или оцифровкой), а устройство, выполняющее его -
аналого-цифровым преобразователем (АЦП).
Для того чтобы воспроизвести закодированный
таким образом звук, нужно выполнить обратное преобразование (для него служит
цифро-аналоговый преобразователь - ЦАП), а затем сгладить получившийся
ступенчатый сигнал (Рис.1.3).
Рисунок 1.3 - Ступенчатый сигнал
Чем выше частота дискретизации (т. е. количество
отсчетов за секунду) и чем больше разрядов отводится для каждого отсчета, тем
точнее будет представлен звук. Но при этом увеличивается и размер звукового
файла.
Описанный способ кодирования звуковой информации
достаточно универсален, он позволяет представить любой звук и преобразовывать
его самыми разными способами. Человек издавна использует довольно компактный
способ представления музыки - нотную запись. В ней специальными символами
указывается, какой высоты звук, на каком инструменте и как сыграть. Фактически,
ее можно считать алгоритмом для музыканта, записанным на особом формальном
языке. В 1983 г. ведущие производители компьютеров и музыкальных синтезаторов
разработали стандарт, определивший такую систему кодов. Он получил название
MIDI.
Конечно, такая система кодирования позволяет
записать далеко не всякий звук, она годится только для инструментальной музыки.
Но есть у нее и неоспоримые преимущества: чрезвычайно компактная запись,
естественность для музыканта (практически любой MIDI-редактор позволяет
работать с музыкой в виде обычных нот), легкость замены инструментов, изменения
темпа и тональности мелодии.
Существуют и другие, чисто компьютерные, форматы
записи музыки. Среди них следует отметить формат MP3, позволяющий с очень
большим качеством и степенью сжатия кодировать музыку. При этом вместо 18-20
музыкальных композиций на стандартный компакт-диск (CD-ROM) помещается около
200. Одна песня занимает примерно 3,5 Mb, что позволяет пользователям сети
Интернет легко обмениваться музыкальными композициями.
2. Компьютерные вирусы
Компьютерный вирус - разновидность компьютерных
программ или вредоносный код, отличительной особенностью которых является
способность к размножению (саморепликация). В дополнение к этому вирусы могут
без ведома пользователя выполнять прочие произвольные действия, в том числе
наносящие вред пользователю и/или компьютеру.
Даже если автор вируса не программировал
вредоносных эффектов, вирус может приводить к сбоям компьютера из-за ошибок,
неучтённых тонкостей взаимодействия с операционной системой и другими
программами. Кроме того, вирусы обычно занимают некоторое место на накопителях
информации и отбирают некоторые другие ресурсы системы. Поэтому вирусы относят
к вредоносным программам.
Неспециалисты ошибочно относят к компьютерным
вирусам и другие виды вредоносных программ - программы-шпионы и даже спам.
Известны десятки тысяч компьютерных вирусов, которые распространяются через
Интернет по всему миру.
Создание и распространение вредоносных программ
(в том числе вирусов) преследуется в России согласно Уголовному кодексу РФ
(глава 28, статья 273). Согласно доктрине информационной безопасности РФ, в
России должен проводиться правовой ликбез в школах и вузах при обучении
информатике и компьютерной грамотности по вопросам защиты информации в ЭВМ, борьбы
с компьютерными вирусами, детскими порносайтами и обеспечению информационной
безопасности в сетях ЭВМ.
.1 Классификация и характеристика компьютерных
вирусов
Все компьютерные вирусы классифицируются по
следующим признакам:
•по среде обитания;
•по способу заражения;
•по степени опасности вредительских воздействий;
•по алгоритму функционирования.
По среде обитания компьютерные вирусы
подразделяются на:
•сетевые;
•файловые;
•загрузочные;
•комбинированные.
Средой обитания сетевых вирусов являются элементы
компьютерных сетей. Файловые вирусы размещаются в исполняемых файлах.
Загрузочные вирусы находятся в загрузочных секторах внешних запоминающих
устройств. Комбинированные вирусы размещаются в нескольких средах обитания.
Например, загрузочно-файловые вирусы.
По способу заражения среды обитания компьютерные
вирусы делятся на:
•резидентные;
• нерезидентные.
Нерезидентные вирусы попадают в оперативную
память компьютера только на время их активности, в течение которого выполняют
вредительскую функцию и функцию заражения. Затем они полностью покидают
оперативную память , оставаясь в среде обитания.
По степени опасности для информационных ресурсов
пользователя вирусы разделяются на:
•безвредные;
•опасные;
• очень опасные.
Безвредные вирусы создаются авторами, которые не
ставят себе цели нанести какой-либо ущерб ресурсам компьютерной системы. Однако
такие вирусы всё-таки наносят определённый ущерб:
•расходуют ресурсы компьютерной системы;
•могут содержать ошибки, вызывающие опасные
последствия для информационных ресурсов;
•вирусы, созданные ранее, могут приводить к
нарушениям штатного алгоритма работы системы при модернизации операционной
системы или аппаратных средств.
Опасные вирусы вызывают существенное снижение
эффективности компьютерной системы, но не приводят к нарушению целостности и
конфиденциальности информации, хранящейся в запоминающих устройствах.
Очень опасные вирусы имеют следующие
вредительские воздействия:
•вызывают нарушение конфиденциальности
информации;
•уничтожают информацию;
•вызывают необратимую модификацию (в том числе и
шифрование) информации;
•блокируют доступ к информации;
•приводят к отказу аппаратных средств;
• наносят ущерб здоровью пользователям.
По алгоритму функционирования вирусы
подразделяются на:
•не изменяющие среду обитания при их
распространении;
•изменяющие среду обитания при их
распространении.
.2 Механизмы и каналы распространения
Вирусы распространяются, копируя свое тело и
обеспечивая его последующее исполнение: внедряя себя в исполняемый код других
программ, заменяя собой другие программы, прописываясь в автозапуск и другое.
Вирусом или его носителем могут быть не только программы, содержащие машинный
код, но и любая информация, содержащая автоматически исполняемые команды -
например, пакетные файлы и документы Microsoft Word и Excel, содержащие
макросы. Кроме того, для проникновения на компьютер вирус может использовать
уязвимости в популярном программном обеспечении (например, Adobe Flash, Internet
Explorer, Outlook), для чего распространители внедряют его в обычные данные
(картинки, тексты и т. д.) вместе с эксплоитом, использующим уязвимость.
Каналы:
Дискеты. Самый распространённый канал заражения
в 1980-1990-е годы. Сейчас практически отсутствует из-за появления более
распространённых и эффективных каналов и отсутствия флоппи-дисководов на многих
современных компьютерах.
Флеш-накопители (флешки). В настоящее время
USB-флешки заменяют дискеты и повторяют их судьбу - большое количество вирусов
распространяется через съёмные накопители, включая цифровые фотоаппараты,
цифровые видеокамеры, цифровые плееры (MP3-плееры), а с 2000-х годов всё
большую роль играют мобильные телефоны, особенно смартфоны. Использование этого
канала ранее было преимущественно обусловлено возможностью создания на
накопителе специального файла autorun.inf, в котором можно указать программу,
запускаемую Проводником Windows при открытии такого накопителя. В Windows 7
возможность автозапуска файлов с переносных носителей была отключена.
Электронная почта. Обычно вирусы в письмах
электронной почты маскируются под безобидные вложения: картинки, документы,
музыку, ссылки на сайты. В некоторых письмах могут содержаться действительно
только ссылки, то есть в самих письмах может и не быть вредоносного кода, но
если открыть такую ссылку, то можно попасть на специально созданный веб-сайт,
содержащий вирусный код. Многие почтовые вирусы, попав на компьютер
пользователя, затем используют адресную книгу из установленных почтовых
клиентов типа Outlook для рассылки самого себя дальше.
Системы обмена мгновенными сообщениями. Здесь
также распространена рассылка ссылок на якобы фото, музыку либо программы, в
действительности являющиеся вирусами, по ICQ и через другие программы
мгновенного обмена сообщениями.
Веб-страницы. Возможно также заражение через
страницы Интернета ввиду наличия на страницах всемирной паутины различного
«активного» содержимого: скриптов, ActiveX-компонент. В этом случае
используются уязвимости программного обеспечения, установленного на компьютере
пользователя, либо уязвимости в ПО владельца сайта (что опаснее, так как
заражению подвергаются добропорядочные сайты с большим потоком посетителей), а
ничего не подозревающие пользователи, зайдя на такой сайт, рискуют заразить
свой компьютер.
Интернет и локальные сети (черви). Черви - вид
вирусов, которые проникают на компьютер-жертву без участия пользователя. Черви
используют так называемые «дыры» (уязвимости) в программном обеспечении
операционных систем, чтобы проникнуть на компьютер. Уязвимости - это ошибки и
недоработки в программном обеспечении, которые позволяют удаленно загрузить и
выполнить машинный код, в результате чего вирус-червь попадает в операционную
систему и, как правило, начинает действия по заражению других компьютеров через
локальную сеть или Интернет. Злоумышленники используют заражённые компьютеры
пользователей для рассылки спама или для DDoS-атак.
Во времена MS-DOS были распространены
стелс-вирусы, перехватывающие прерывания для обращения к операционной системе.
Вирус таким образом мог скрывать свои файлы из дерева каталогов или подставлять
вместо зараженного файла исходную копию.
Основными путями проникновения вирусов в
компьютер являются съемные диски и компьютерные сети. Наиболее часто вирусом
заражаются загрузочный сектор диска и исполняемые файлы, имеющие расширения
EXE, COM, SYS, BAT. Крайне редко заражаются текстовые файлы.
Каналы распространения угроз:
•Первый самый распространенный канал - это
электронная почта.
•Второй канал проникновения вирусов связан с интернет
- сайтами. В некоторые сайты их хозяева преднамеренно встраивают вирусы и
просматривая такой сайт, можно занести вирус на свой компьютер.
•Третий канал распространения вирусов - это
сменные носители информации - дискеты, флэш-накопители, CD, CD-RW и DVD-диски.
• Четвертый канал распространения вирусов - это
локальные сети.
.3 Противодействие обнаружению вирусов
С широким распространением антивирусных
сканеров, проверяющих перед запуском любой код на наличие сигнатур или
выполнение подозрительных действий, этой технологии стало недостаточно.
Сокрытие вируса из списка процессов или дерева каталогов для того, чтобы не
привлекать лишнее внимание пользователя, является базовым приемом, однако для
борьбы с антивирусами требуются более изощренные методы. Для противодействия
сканированию на наличие сигнатур применяется шифрование кода и полиморфизм. Эти
техники часто применяются вместе, поскольку для расшифрования зашифрованной
части вируса необходимо оставлять расшифровщик незашифрованным, что позволяет обнаруживать
его по сигнатуре. Поэтому для изменения расшифровщика применяют полиморфизм -
модификацию последовательности команд, не изменяющую выполняемых действий. Это
возможно благодаря весьма разнообразной и гибкой системе команд процессоров
Intel, в которой одно и то же элементарное действие, например сложение двух
чисел, может быть выполнено несколькими последовательностями команд.
Также применяется перемешивание кода, когда
отдельные команды случайным образом разупорядочиваются и соединяются
безусловными переходами. Передовым фронтом вирусных технологий считается
метаморфизм, который часто путают с полиморфизмом. Расшифровщик полиморфного
вируса относительно прост, его функция - расшифровать основное тело вируса
после внедрения, то есть после того как его код будет проверен антивирусом и
запущен. Он не содержит самого полиморфного движка, который находится в
зашифрованной части вируса и генерирует расшифровщик. В отличие от этого,
метаморфный вирус может вообще не применять шифрование, поскольку сам при каждой
репликации переписывает весь свой код.
Для борьбы с компьютерными вирусами используются
специальные антивирусные средства и методы их применения. Антивирусные средства
выполняют следующие задачи:
•обнаружение вирусов в компьютерных системах;
•блокирование работы программ-вирусов;
•устранение последствий воздействия вирусов.
Обнаружение вирусов и блокирование работы
программ-вирусов осуществляется следующими методами:
•сканирование;
•обнаружение изменений;
•эвристический анализ;
•использование резидентных сторожей;
•вакцинирование программ;
•аппаратно-программная защита.
Устранение последствий воздействия вирусов
реализуется следующими методами:
•восстановление системы после воздействия
известных вирусов;
•восстановление системы после воздействия неизвестных
вирусов.