7-Zipは、独自のアーカイブ形式である7z形式を利用する、人気のファイルアーカイバおよび圧縮ツールです。Igor Pavlovによって開発された7z形式は、高い圧縮率、強力な暗号化、および複数の圧縮方式のサポートを提供するように設計されました。この技術的な説明では、7zアーカイブ形式、その構造、およびそれが採用するさまざまな圧縮および暗号化技術の詳細を掘り下げます。
7z形式は、メタデータとともに複数のファイルとディレクトリを単一のアーカイブファイルに格納できるコンテナです。複数のファイルを一緒に圧縮できるソリッド圧縮をサポートしており、全体的な圧縮率が向上します。この形式には、ヘッダー圧縮、マルチスレッド、アーカイブを複数のボリュームに分割する機能などの機能も含まれています。
7zアーカイブの構造は、シグネチャヘッダー、ヘッダー、圧縮データブロックの3つの主要部分で構成されています。シグネチャヘッダーは、ファイルを7zアーカイブとして識別する6バイトのシーケンスです。常に「7z\xBC\xAF\x27\x1C」というバイトで始まります。ヘッダーはシグネチャの後に続き、バージョン、ファイル数、使用される圧縮方式などのアーカイブに関する重要な情報を格納します。
ヘッダーは、アーカイブプロパティ、ストリーム情報、ファイル情報など、いくつかのサブパートに分割されています。アーカイブプロパティには、ファイル数や作成時間などのアーカイブに関する一般的な情報が格納されます。ストリーム情報には、サイズや使用される圧縮方式など、圧縮データブロックに関する詳細が含まれていま す。ファイル情報には、ファイル名、サイズ、属性など、アーカイブ内の各ファイルのメタデータが格納されます。
7z形式の重要な機能の1つは、複数の圧縮方式をサポートしていることです。7zアーカイブで最も一般的に使用される方法は、LZMA（Lempel-Ziv-Markov連鎖アルゴリズム）とLZMA2です。LZMAは、特にテキストファイルと実行可能ファイルに優れた圧縮率を提供する、高性能圧縮アルゴリズムです。LZMA2はLZMAの改良版で、マルチスレッドサポートが向上し、解凍速度が向上しています。
LZMAとLZMA2に加えて、7z形式はBZip2、PPMd、Deltaなどの他の圧縮方式もサポートしています。BZip2は、さまざまな種類のファイルに優れた圧縮率を提供する汎用圧縮アルゴリズムです。PPMdは、テキストファイルに適した統計的圧縮方式で、非常に高い圧縮率を実現できます。デルタ圧縮は、類似したファイル間の差分を格納するために使用され、同じファイルの複数のバージョンを格納する場合にアーカイブのサイズを大幅に削減できます。
7z形式には、アーカイブの内容を保護するための強力な暗号化機能も含まれています。最も安全な暗号化方式の1つと見なされているAES-256暗号化アルゴリズムをサポートしています。アーカイブが暗号化されると、すべてのファイル名、メタデータ、圧縮データブロックが保護され、許可されていないユーザーが正しいパスワードなしでアーカイブの内容にアクセスすることは事実上不可能になります。
データの整合性を確保するために、7z形式は巡回冗長検査（CRC）とSHA-256ハッシュ値の組み合わせを使用します。各圧縮データブロックには、解凍中のエラーを検出して修正するために使用されるCRC値があります。さらに、アーカイブヘッダーとファイルメタデータはSHA-256ハッシュ値によって保護されており、アーカイブとその内容の整合性を検証するために使用できます。
7z形式は、自己解凍アーカイブ（SFX）の作成もサポートしています。SFXアーカイブは、圧縮データと必要な抽出コードを含む実行可能ファイルです。実行すると、SFXアーカイブは追加のソフトウェアを必要とせずに、内容を指定された場所に自動的に抽出します。この機能により、互換性のある抽出ツールがインストールされていないユーザーに圧縮ファイルを簡単に配布できます。
7z形式の利点の1つは、開発者が互換性のあるツールとライブラリを作成できるオープンアーキテクチャです。7-Zipソフトウェア自体はオープンソースであり、そのソースコードはGNU Lesser General Public License（LGPL）に基づいて利用できます。これにより、7zアーカイブを作成、抽出、操作できるさまざまなサードパーティツールとプラグインが開発されました。
結論として、7zアーカイブ形式は、高い圧縮率、強力な暗号化、および複数の圧縮方式のサポートを提供する、強力で汎用性の高い圧縮コンテナです。ソリッド圧縮、マルチスレッド、自己解凍アーカイブなどの高度な機能により、個人ユーザーと企業環境の両方にとって魅力的な選択肢となっています。この形式は進化と改善を続けているため、ファイルの圧縮とアーカイブに人気の選択肢であり続ける可能性があります。
ファイル圧縮は冗長性を減らすことで、同じ情報がより少ないビットで済むようにし ます。どこまで圧縮できるかの上限は情報理論によって定められています。可逆圧縮の場合、その限界はソースのエントロピーです（シャノンの ソース符号化定理 と彼の1948年の独創的な論文 「通信の数学的理論」を参照）。非可逆圧縮の場合、レートと品質のトレードオフは レート歪み理論によって捉えられます。
ほとんどの圧縮プログラムには2つの段階があります。まず、モデルがデータ内の構造を予測または公開します。 次に、コーダーがそれらの予測をほぼ最適なビットパターンに変換します。古典的なモデリング ファミリーはレンペル–ジブです。 LZ77 (1977) とLZ78 (1978)は、繰り返される部分文字列を検出し、生のバイトの代わりに参照を出力します。 コーディング側では、 ハフマン符号化 （元の論文 1952を参照）は、より可能性の高いシンボルに短いコードを割り当てます。 算術符号化 と 範囲符号化 は、エントロピー限界に近づけるためのよりきめ細かい代替手段であり、現代の 非対称数系（ANS） は、高速なテーブル駆動の実装で同様の圧縮を実現します。
DEFLATE（gzip、zlib、ZIPで使用）は、LZ77とハフマン符号化を組み合わせたものです。その仕様は公開されています： DEFLATE RFC 1951、zlibラッパー RFC 1950、およびgzipファイル形式 RFC 1952。Gzipはストリーミング用にフレーム化されており、明示的に ランダムアクセスを提供しようとはしません。PNG画像は、PNG仕様書によれば、DEFLATEを唯一の圧縮方法として標準化しています（最大32 KiBのウィンドウ）。 「圧縮方法0… deflate/inflate… 最大32768バイト」 および W3C/ISO PNG第2版。
Zstandard (zstd): 非常に高速な 解凍で高い 圧縮率を実現するために設計された、新しい汎用圧縮プログラムです。この形式は RFC 8878 （ HTMLミラーも参照）および参照仕様書 GitHubで文書化されています。gzipと同様に、基本フレームは ランダムアクセスを目的としていません。zstdのスーパーパワーの1つは辞書です。コーパスからの小さなサンプルで、多数の小さなファイルや類似のファイルで 圧縮を劇的に改善します（ python-zstandard辞書ドキュメント および Nigel Taoの実例を参照）。実装は、「非構造化」と「構造化」の両方の辞書を受け入れます （ディスカッション）。
Brotli: ウェブコンテンツ（例：WOFF2フォント、HTTP）に最適化されています。静的辞書と DEFLATEのようなLZ+エントロピーコアを組み合わせます。仕様は RFC 7932で、2WBITS−16のスライディングウィンドウ（WBITSは[10, 24]、1 KiB−16 Bから 16 MiB−16 Bまで）と、 ランダムアクセスを試みないことも記されています。Brotliは、ウェブテキストでgzipをしばしば上回り、高速にデコードします。
ZIPコンテナ: ZIPは、さまざまな圧縮方法 （deflate、store、zstdなど）でエントリを保存できるファイルアーカイブです。事実上の標準はPKWAREのAPPNOTEです（ APPNOTEポータル、 ホストされているコピー、およびLCの概要 ZIPファイル形式（PKWARE） / ZIP 6.3.3を参照）。
LZ4は、控えめな圧縮率で生の速度を目標としています。その プロジェクトページ （「非常に高速な圧縮」）と フレーム形式を参照してください。メモリ内キャッシュ、テレメトリ、または解凍がRAM速度に近い必要があるホットパスに最適です。
XZ / LZMAは、比較的遅い圧縮で密度（優れた圧縮率）を追求します。XZはコンテナです。 重労働は通常、LZMA/LZMA2（LZ77のようなモデリング+範囲符号化）によって行われます。 .xzファイル形式、 LZMA仕様（Pavlov）、およびLinuxカーネルのメモ XZ Embeddedについてを参照してください。XZは通常、gzipを上回り、高圧縮率の最新コーデックとしばしば競合しますが、エンコード時間は遅くなります。
bzip2は、 Burrows–Wheeler変換（BWT）、move-to-front、RLE、およびハフマン符号化を適用します。通常、gzipよりも小さいですが遅いです。 公式マニュアル およびmanページ （Linux）を参照してください。
「ウィンドウサイズ」は重要です。DEFLATE参照は32 KiBしか遡れません （RFC 1951 およびPNGの32 KiBキャップ ここに記載）。Brotliのウィンドウは、約1 KiBから16 MiBの範囲です （RFC 7932）。Zstdは、レベルごとにウィンドウと検 索深度を調整します （RFC 8878）。基本的なgzip/zstd/brotliストリームは、シーケンシャルデコード用に設計されています。基本形式は ランダムアクセスを約束しませんが、コンテナ（例：tarインデックス、チャンク化されたフレーミング、または形式固有のインデックス）でそれを階層化できます。
上記の形式は可逆です。正確なバイトを再構築できます。メディアコーデックはしばしば非可逆です。 より低いビットレートを達成するために、知覚できない詳細を破棄します。画像では、古典的なJPEG（DCT、量子化、エントロピー 符号化）は ITU-T T.81 / ISO/IEC 10918-1で標準化されています。音声では、MP3（MPEG-1 Layer III）とAAC（MPEG-2/4）は、知覚モデルとMDCT変換に依存しています（ ISO/IEC 11172-3、 ISO/IEC 13818-7、およびMDCTの概要 こちらを参照）。非可逆と可逆は共存できます（例：UIアセット用のPNG、画像/動画/音声用のWebコーデック）。
理論： シャノン 1948 · レート歪み · 符号化： ハフマン 1952 · 算術符号化 · 範囲符号化 · ANS. フォーマット： DEFLATE · zlib · gzip · Zstandard · Brotli · LZ4フレーム · XZ形式. BWTスタック： Burrows–Wheeler (1994) · bzip2マニュアル. メディア： JPEG T.81 · MP3 ISO/IEC 11172-3 · AAC ISO/IEC 13818-7 · MDCT.
結論：データと制約に合った圧縮プログラムを選択し、実際の入力で測定し、 辞書とスマートフレーミングによる利点を忘れないでください。適切な組み合わせで、 より小さなファイル、より速い転送、より軽快なアプリを手に入れることができます—正確さや移植性を犠牲にすることなく。
ファイルの圧縮は、ファイルやファイルのサイズを減らすプロセスで、通常はストレージスペースを節約したり、ネットワークを介した伝送を高速化するために使用されます。
ファイルの圧縮は、データの冗長 性を識別して削除することで機能します。それはアルゴリズムを使用して、元のデータをより小さいスペースでエンコードします。
ファイルの圧縮の主要な2つのタイプはロスレス圧縮とロッシー圧縮です。ロスレス圧縮では、元のファイルを完全に復元することができますが、ロッシー圧縮ではデータ品質の若干の損失を伴うより大きなサイズの削減が可能になります。
ファイルの圧縮ツールの人気の例はWinZipで、ZIPとRARを含む複数の圧縮形式をサポートしています。
ロスレス圧縮では品質は変わりません。しかし、ロッシー圧縮では、それほど重要ではないデータを削除してファイルサイズをより大幅に削減するため、品質の低下が目立つことがあります。
はい、データの整合性の面では、特にロスレス圧縮ではファイルの圧縮は安全です。しかし、他のファイルと同様に、圧縮ファイルはマルウェアやウイルスの標的になる可能性があるため、常に信頼することができるセキュリティソフトウェアを用意しておくことが重要です。
ほぼすべてのタイプのフ ァイルが圧縮可能であり、テキストファイル、画像、音声、動画、ソフトウェアファイルなどがあります。ただし、圧縮可能なレベルは、ファイルタイプによって大幅に異なることがあります。
ZIPファイルは、1つ以上のファイルのサイズを減らすためにロスレス圧縮を使用するファイル形式の一種です。ZIPファイルの中の複数のファイルは、実質的に1つのファイルにまとめられるため、共有も簡単になります。
技術的にははい、ですが、さらなるサイズ縮小は最小限で、あるいは逆効果となる可能性があります。既に圧縮されたファイルを圧縮すると、圧縮アルゴリズムによって追加されたメタデータにより、そのサイズが増えることがあります。
ファイルを解凍するには、通常、解凍ツールやアンジッパーといったツール、例えばWinZipや7-Zipが必要です。これらのツールは、圧縮形式から元のファイルを抽出することができます。