快速多模式匹配算法與硬件實現(xiàn)研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展和普及，網(wǎng)絡(luò)安全問題也日益突出。模式匹配是入侵檢測系統(tǒng)的核心技術(shù)，也是解決網(wǎng)絡(luò)信息安全的核心方法。近年來入侵行為日益復(fù)雜和多樣，單純用軟件實現(xiàn)的模式匹配已經(jīng)無法滿足高速網(wǎng)絡(luò)的要求，而 FPGA、ASIC和TCAM等專用器件由于處理速度快以及可并行等優(yōu)點，近年來被廣泛應(yīng)用于模式匹配。
　　本文首先介紹了入侵檢測系統(tǒng)的基本知識，闡述了模式匹配在入侵檢測中的作用和地位，對模式匹配算法及其硬件實現(xiàn)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行

2、了分析總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，針對K步長自動機中部分狀態(tài)的失效鏈過長、失效轉(zhuǎn)移過程中狀態(tài)跳轉(zhuǎn)次數(shù)較多的問題，對K步長自動機進行了改進，消除了各狀態(tài)的失效函數(shù)，對任意的輸入僅通過一次狀態(tài)轉(zhuǎn)移就能跳轉(zhuǎn)到確定的狀態(tài)，從而減少了匹配過程中狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的次數(shù)，提高了匹配效率。把改進的K步長自動機和Bloom Filter原理相結(jié)合，設(shè)計了一種基于硬件的快速多模式匹配引擎，對Bloom Fiter及hash函數(shù)的FPGA實現(xiàn)進行了重點研究及分析，通過選取最優(yōu)

3、的hash函數(shù)個數(shù)和映射空間的大小，優(yōu)化了Bloom Filter的性能。然后在FPGA上對匹配引擎的各個模塊進行設(shè)計及實現(xiàn)，并采用了流水線技術(shù)對其進行優(yōu)化。
　　針對基于Bloom Filter的模式匹配引擎存在假陽性誤判的問題，本文隨后在FPGA上設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于TCAM的模式匹配引擎。該引擎中的TCAM模塊用FPGA內(nèi)部的嵌入式 RAM和邏輯資源實現(xiàn)，可以根據(jù)設(shè)計要求對位寬和深度進行靈活的擴展，克服了傳統(tǒng)TCAM芯片功耗

4、大、成本高和配置不靈活的缺點?；赥CAM的匹配引擎可以并行搜索、精確匹配，克服了Bloom Filter中的假陽性誤判，提高了匹配的效率。
　　本文最后搭建測試平臺，設(shè)計初始化方案和輸入激勵，制定測試方案，分別對基于Bloom Filter和基于TCAM的兩種匹配引擎的性能進行全面測試，并從匹配速度和嵌入式RAM利用率兩個方面對測試結(jié)果進行對比分析。實驗結(jié)果表明：這兩種匹配引擎都達到了千兆比特的處理速度，能滿足高速網(wǎng)絡(luò)對匹配速度