看《致命連線(xiàn)》電影，學(xué)習(xí)RDP協(xié)議壓縮思路
美國(guó)電影《致命連線(xiàn)》(Antitrust)(又名：反壟斷)，描述了世界巨頭的軟件公司(模擬微軟)聘用天才青年，花幾百億美元，開(kāi)發(fā)比Windows還“厲害”的“神經(jīng)線(xiàn)”軟件，該軟件可以讓用戶(hù)在全球各地實(shí)時(shí)地進(jìn)行視頻傳輸，“所見(jiàn)即共享”。由于視頻受到帶寬的限制，尤其是通過(guò)衛(wèi)星的微波傳輸，帶寬可謂是“金貴”，所以良好的壓縮算法是該軟件的核心。主人公的一個(gè)大學(xué)的好友在一家小公司里開(kāi)發(fā)出了類(lèi)似的軟件，并且從“另類(lèi)的”思維角度提出了一種新型的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”，完美地解決了動(dòng)態(tài)視頻壓縮的問(wèn)題。影片的情節(jié)不復(fù)雜，主要是描述大公司壟斷給技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的“惡果”，但我很感興趣的是影片中提到的“另類(lèi)”壓縮算法與“完美的”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@在現(xiàn)實(shí)生活中也一個(gè)技術(shù)的追逐點(diǎn)，在很多年前，是否真的有雛形嗎？所謂“另類(lèi)”是影片里編劇有意在顧弄玄虛嗎？
記得Juniper公司曾經(jīng)采用一種類(lèi)似DNA的壓縮算法，是學(xué)習(xí)人類(lèi)的DNA編碼思路，人類(lèi)自身只有四個(gè)堿基對(duì)，卻可以表征人類(lèi)“數(shù)不清”的形象特征，依靠的就是人類(lèi)的DNA編碼圖譜，人類(lèi)才遺傳了各種特征，人人有不同的面孔。對(duì)二進(jìn)制的數(shù)據(jù)流也采用DNA編碼，提取數(shù)據(jù)的特征，編碼會(huì)大大壓縮數(shù)據(jù)的流量。從壓縮思路上來(lái)說(shuō)，這也許是一個(gè)“另類(lèi)”吧。
最近在研究對(duì)加密協(xié)議的審計(jì)問(wèn)題時(shí)，分析了RDP協(xié)議，在應(yīng)用上與電影中說(shuō)的有些類(lèi)似，就其壓縮的思路上來(lái)說(shuō)，與電影中說(shuō)的有異曲同工之妙，看來(lái)美國(guó)人的天才幻想也不是空穴來(lái)風(fēng)。也許電影的編劇真的與RDP的開(kāi)發(fā)者有過(guò)溝通吧。
一、了解RDP
RDP有兩個(gè)英文解釋?zhuān)涫褂玫哪康幕臼且粯拥?。第一個(gè)解釋是可靠數(shù)據(jù)協(xié)議(Reliable Data Protocol)，是一種面向連接的傳輸協(xié)議，其主要設(shè)計(jì)來(lái)為主機(jī)監(jiān)控應(yīng)用程序如下載/上傳以及遠(yuǎn)程調(diào)試進(jìn)行有效的大批數(shù)據(jù)傳輸，標(biāo)準(zhǔn)是RFC 1115。
第二個(gè)解釋是遠(yuǎn)程桌面協(xié)議(Remote Desktop Protocol)，是微軟根據(jù)ITU的T.120協(xié)議族制訂的一套未公開(kāi)發(fā)表的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，我們所說(shuō)的是這個(gè)解釋。RDP是終端服務(wù)器 (Terminal Server) 和客戶(hù)端之間的通信協(xié)議，它使得遠(yuǎn)程用戶(hù)可以使用鍵盤(pán)和鼠標(biāo)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用程序之間進(jìn)行通信。通過(guò)RDP協(xié)議客戶(hù)端的計(jì)算機(jī)可以與遠(yuǎn)程服務(wù)器上正在運(yùn)行的服務(wù)程序進(jìn)行交互以獲得相應(yīng)的服務(wù)。這也是我們用到的遠(yuǎn)程終端服務(wù)功能。微軟的RDP源自Citrix公司的MetaFrame產(chǎn)品和ICA協(xié)議，兩者有很多的相似點(diǎn)，而Citrix更側(cè)重在瘦客戶(hù)機(jī)上的技術(shù)發(fā)展。
終端服務(wù)不同于我們常見(jiàn)的Client/Server模式，是一種軟件的遠(yuǎn)程執(zhí)行模式，終端的作用是重現(xiàn)軟件運(yùn)行的界面，為用戶(hù)提供使用的平臺(tái)。終端服務(wù)起源于大型機(jī)的字符終端，主要的思路是軟件在服務(wù)器上運(yùn)行，把運(yùn)行的結(jié)果傳給終端，再把終端的命令傳給服務(wù)器。后來(lái)這種技術(shù)被廣泛用于管理維護(hù)工作中，如工程師常用的工具Telnet，可以遠(yuǎn)程登錄到服務(wù)器上，象在本地一樣操作服務(wù)器。一般的遠(yuǎn)程控制主要是命令行方式的延續(xù)，所以服務(wù)器與客戶(hù)端之間傳送的是字符命令，回送的結(jié)果也是字符信息，數(shù)據(jù)量很小，但是微軟的RDP支持的是圖形控制界面，就是我們常見(jiàn)的Windows界面，服務(wù)器執(zhí)行的結(jié)果是一個(gè)畫(huà)面，終端發(fā)出的命令也不再是一個(gè)命令字串，而可能只是在圖形上的一個(gè)鼠標(biāo)點(diǎn)擊，也許是選擇的菜單，也許是執(zhí)行一個(gè)程序的確認(rèn)“回車(chē)”，也就是說(shuō)兩者之間的傳輸不再是簡(jiǎn)單的字符，而是動(dòng)態(tài)的“圖形視頻”。有了RDP，可以遠(yuǎn)程執(zhí)行的應(yīng)用大大增多，尤其是目前Windows應(yīng)用占據(jù)主流業(yè)務(wù)…
有利就有弊，遠(yuǎn)程控制也是黑客入侵常用的工具，遠(yuǎn)程控制你的計(jì)算機(jī)，若流量大很容易被察覺(jué)，所以命令行方式的Telnet一直是黑客所喜歡的，但“行動(dòng)”畢竟受限制，若把遠(yuǎn)程運(yùn)行的流量降下來(lái)，很多軟件都可以“隱蔽地”遠(yuǎn)程運(yùn)行，黑客會(huì)更加“喜歡”你的計(jì)算機(jī)了，尤其是你擁有高性能的運(yùn)算能力，而本身的控制力又不很高明的時(shí)候。
二、學(xué)習(xí)RDP
作為視頻圖像的壓縮一般是采用MPEQ的“分割”技術(shù)，先把圖像分成小塊的區(qū)域，傳送時(shí)先傳第一個(gè)整幅的圖像，然后再對(duì)有變化的區(qū)域才傳輸，沒(méi)有變化的區(qū)域則可以不用再傳了，按照每秒20-30幀的速度傳送，畫(huà)面應(yīng)該是連續(xù)的。對(duì)于傳送的小區(qū)域部分，由于都是“點(diǎn)陣”的圖像，所以也需要采用壓縮技術(shù)，隨著圖像的增大，色彩的增多，傳送需要的帶寬也會(huì)增大，一般一路高清晰電視需要6M的帶寬。
如果按照?qǐng)D像的方式傳遞遠(yuǎn)程控制的界面，就是我們工作的計(jì)算機(jī)屏幕窗口，顯然數(shù)據(jù)量是很大的，但好在我們計(jì)算機(jī)的很多軟件操作是圖形，不是圖像，比如菜單、控制板等都是“畫(huà)”出來(lái)的，而文字也是通過(guò)編碼，提取字模再“畫(huà)”上去的，能把屏幕的“生成方式”傳遞到終端，再“畫(huà)”出來(lái)，顯然只用傳輸文字的編碼與格式，數(shù)據(jù)量就小多了，這就是RDP協(xié)議設(shè)計(jì)得速度快、帶寬小的原因吧。
在RDP協(xié)議中，采用了一些有針對(duì)性的技術(shù)，這里簡(jiǎn)單地描述一下：
1、遠(yuǎn)程桌面是提取服務(wù)器端軟件執(zhí)行的結(jié)果屏幕傳送到終端，并重現(xiàn)出來(lái)。提取可以從不同的提取點(diǎn)，第一種方式是可以對(duì)軟件執(zhí)行時(shí)生成的屏幕直接“復(fù)制”成兩份。這種方式不用再?gòu)钠聊簧稀白R(shí)別”，重現(xiàn)速度快；但是它與具體的軟件結(jié)合太緊，服務(wù)程序開(kāi)發(fā)難度大，同時(shí)需要終端方有一個(gè)與服務(wù)器端一樣的“元素庫(kù)”，否則只有編號(hào)沒(méi)有字模也不行。因?yàn)檫@個(gè)元素庫(kù)中包含很多應(yīng)用軟件自己的元素，不全是OS的，每執(zhí)行一個(gè)應(yīng)用軟件前，都要先下載這個(gè)元素庫(kù)，很不劃算。第二種方式是從服務(wù)器端的屏幕緩沖區(qū)中提取生成的圖像，但此時(shí)已經(jīng)是圖像方式，需要進(jìn)行有效的識(shí)別，還原成構(gòu)成元素。
RDP中采用了第二種方式，直接對(duì)屏幕內(nèi)存區(qū)域動(dòng)作，提取的速度當(dāng)然是快捷的；同時(shí)在識(shí)別技術(shù)上也很高明，他可以還原很多OS常用的圖形組件，甚至文字。我認(rèn)為可能是結(jié)合了第一種方式，把應(yīng)用軟件調(diào)用OS提供的通用動(dòng)態(tài)庫(kù)的地方直接截取(這是微軟的優(yōu)勢(shì)所在)，直接獲得了文字字模信息，對(duì)字模的識(shí)別要比從圖像中提取再識(shí)別要容易、快捷很多；其他的還有屏幕控件、常用的屏幕函數(shù)等都可能采用類(lèi)似的方式。要知道識(shí)別“元素”往往是壓縮算法速度的最難提高的地方了，識(shí)別后剩下的純需要圖像傳送的地方就大大減少了。
2、動(dòng)態(tài)元素庫(kù)的生成。在一個(gè)軟件中經(jīng)常重復(fù)的元素很多，比如某些文字、圖片、圖標(biāo)等，RDP在這方面能力很強(qiáng)的是，能比較快地“發(fā)現(xiàn)”這些“可愛(ài)”的元素，立即生成“代號(hào)”，第二次使用這個(gè)元素變化時(shí)，直接傳送代號(hào)的動(dòng)作就可以了，而且這個(gè)元素庫(kù)是不斷自我“學(xué)習(xí)”的。元素編碼因該說(shuō)是成熟的技術(shù)，但關(guān)鍵的是如何盡早地選擇出“最常用”的元素，并且也不是所有的組件都編碼為元素就是經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)橹皇褂靡粌纱蔚脑貙?duì)其編碼識(shí)別的時(shí)間要大于直接發(fā)送的時(shí)間，所以有效的“元素動(dòng)態(tài)更新”算法是非常關(guān)鍵的，而且這個(gè)算法對(duì)具體壓縮的信息類(lèi)型是密切相關(guān)的。
3、RDP與MPEQ不同的地方是，MPEQ是針對(duì)圖像的壓縮，是有損的，不需要百分百的還原，但RDP需要的是完全的還原，必須是無(wú)損的。
電影《致命連線(xiàn)》中提到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)估計(jì)就是動(dòng)態(tài)元素庫(kù)的結(jié)構(gòu)與更新算法，因?yàn)檫@個(gè)結(jié)構(gòu)要包含文字、圖形、圖像等多種元素，采用統(tǒng)一編碼，同時(shí)對(duì)不同的元素的屬性描述，也就是元素可能的動(dòng)作，以及對(duì)屏幕的影響…數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要是設(shè)計(jì)得很大，流量壓不下來(lái)，就失去了壓縮的意義，要設(shè)計(jì)的小巧精干，又方便各種元素的提取，難怪電影里在“大師”的眼中也堪稱(chēng)完美。很可惜的是，RDP是微軟未公開(kāi)的協(xié)議，我們只是分析其設(shè)計(jì)效果的精巧，目前還無(wú)法“真正”看到這個(gè)“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”。
科學(xué)的進(jìn)步往往充滿(mǎn)了神奇的幻想，所以不要對(duì)一些“不切實(shí)際的”、“不著邊際的”的看法與觀(guān)點(diǎn)嗤之以鼻，也許這就是人類(lèi)文明的新組成部分……
