Deflate 알고리즘 (Gzip, zlib)

Deflate 알고리즘 (Gzip, zlib)

1. 개요

데이터 압축은 저장 공간 절약과 네트워크 전송 속도 향상을 위해 필수적인 기술입니다. Deflate 알고리즘은 이러한 목적을 위해 설계된 대표적인 압축 알고리즘 중 하나로, Gzip과 zlib 같은 다양한 압축 포맷에서 사용됩니다. 본 글에서는 Deflate 알고리즘의 개념과 Gzip 및 zlib과의 관계를 설명하고, Java와 C를 이용한 구현 예제를 소개하겠습니다.

2. Deflate 알고리즘이란?

Deflate는 1993년 Phil Katz에 의해 개발된 압축 알고리즘으로, 다음 두 가지 주요 기술을 조합하여 높은 압축률과 빠른 처리 속도를 제공합니다.

1. LZ77(Lempel-Ziv 1977) 압축: 중복된 문자열을 참조하여 데이터를 효율적으로 저장합니다.
2. Huffman 코딩: 데이터의 빈도수에 따라 가변 길이의 코드로 인코딩하여 압축합니다.

Deflate는 특허 문제 없이 누구나 자유롭게 사용할 수 있도록 설계되었으며, 현재 ZIP, PNG, HTTP 압축 등 다양한 곳에서 활용되고 있습니다.

3. Gzip과 zlib

Deflate는 기본적인 압축 알고리즘이며, 이를 기반으로 여러 파일 포맷이 개발되었습니다. 그중 대표적인 것이 Gzip과 zlib입니다.

3.1 Gzip

• Gzip은 GNU 프로젝트에서 개발한 파일 압축 포맷으로, Deflate 알고리즘을 기반으로 합니다.
• 주로 .gz 확장자로 저장되며, 하나의 파일을 압축하는 데 사용됩니다.
• 파일 헤더와 체크섬을 포함하여 데이터의 무결성을 보장합니다.

3.2 zlib

• zlib은 Deflate를 기반으로 한 압축 라이브러리이며, 다양한 소프트웨어에서 사용됩니다.
• Gzip과 달리 데이터 스트림 단위로 압축을 수행하며, 네트워크 전송 및 임베디드 환경에서 자주 사용됩니다.
• .zlib 확장자를 사용하지 않고, 주로 다른 포맷과 함께 활용됩니다.

4. Java를 이용한 Deflate 압축 및 해제

Java에서는 java.util.zip 패키지를 이용하여 Deflate, Gzip, zlib을 다룰 수 있습니다.

4.1 Deflate 압축 및 해제 예제 (Java)

import java.io.*;
import java.util.zip.*;

public class DeflateExample {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String originalData = "Hello, Deflate Compression!";
        byte[] compressedData = compress(originalData);
        String decompressedData = decompress(compressedData);

        System.out.println("Original: " + originalData);
        System.out.println("Decompressed: " + decompressedData);
    }

    public static byte[] compress(String data) throws IOException {
        ByteArrayOutputStream byteStream = new ByteArrayOutputStream();
        Deflater deflater = new Deflater();
        DeflaterOutputStream deflaterStream = new DeflaterOutputStream(byteStream, deflater);
        deflaterStream.write(data.getBytes());
        deflaterStream.close();
        return byteStream.toByteArray();
    }

    public static String decompress(byte[] compressedData) throws IOException {
        ByteArrayInputStream byteStream = new ByteArrayInputStream(compressedData);
        Inflater inflater = new Inflater();
        InflaterInputStream inflaterStream = new InflaterInputStream(byteStream, inflater);
        ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();

        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len;
        while ((len = inflaterStream.read(buffer)) != -1) {
            outputStream.write(buffer, 0, len);
        }
        return outputStream.toString();
    }
}

위 코드는 DeflaterOutputStream과 InflaterInputStream을 이용하여 문자열을 압축 및 해제하는 예제입니다.

5. C를 이용한 zlib 압축 및 해제

C에서는 zlib 라이브러리를 이용하여 Deflate 압축 및 해제를 수행할 수 있습니다. 먼저 zlib가 설치되어 있어야 하며, 관련 헤더 파일을 포함해야 합니다.

5.1 zlib 압축 및 해제 예제 (C)

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <zlib.h>

#define CHUNK 256

void compress_data(const char *data, size_t data_len, unsigned char *compressed, size_t *compressed_len) {
    z_stream strm = {0};
    deflateInit(&strm, Z_BEST_COMPRESSION);
    strm.next_in = (Bytef *)data;
    strm.avail_in = data_len;
    strm.next_out = compressed;
    strm.avail_out = CHUNK;
    deflate(&strm, Z_FINISH);
    deflateEnd(&strm);
    *compressed_len = CHUNK - strm.avail_out;
}

void decompress_data(unsigned char *compressed, size_t compressed_len, char *decompressed, size_t decompressed_len) {
    z_stream strm = {0};
    inflateInit(&strm);
    strm.next_in = compressed;
    strm.avail_in = compressed_len;
    strm.next_out = (Bytef *)decompressed;
    strm.avail_out = decompressed_len;
    inflate(&strm, Z_FINISH);
    inflateEnd(&strm);
}

int main() {
    const char *original = "Hello, zlib compression!";
    unsigned char compressed[CHUNK];
    size_t compressed_len;
    char decompressed[CHUNK];

    compress_data(original, strlen(original), compressed, &compressed_len);
    decompress_data(compressed, compressed_len, decompressed, CHUNK);

    printf("Original: %s\n", original);
    printf("Decompressed: %s\n", decompressed);
    return 0;
}

위 코드는 deflate()와 inflate() 함수를 이용하여 데이터를 압축하고 해제하는 예제입니다. 압축률을 높이기 위해 Z_BEST_COMPRESSION 옵션을 사용하였습니다.

6. 마무리

Deflate 알고리즘은 LZ77과 Huffman 코딩을 결합하여 높은 압축률을 제공합니다. Gzip과 zlib은 Deflate를 활용하여 각각 파일 압축과 스트림 압축을 수행하는 포맷 및 라이브러리입니다. Java에서는 DeflaterOutputStream과 InflaterInputStream을 이용하고, C에서는 zlib 라이브러리를 활용하여 압축 및 해제를 수행할 수 있습니다. Deflate를 활용한 압축 방식은 파일 저장, 네트워크 전송 등 다양한 환경에서 유용하게 사용될 수 있습니다.