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摘 要:通过在高速片上存储器上存储所有的攻击特征,实现对数据包的高速检测.针对有限的片上存储器空间,提出一种新的基于中间点划分无冲突哈希函数的trie树结构,将攻击特征串平均分配到trie树每层的多个组中,实现对片上存储器有效的控制.通过在同一个芯片中采用流水并行方式执行查询操作,获得更高的吞吐量.存储中间点的空间复杂度为O(n),哈希表的构建时间随攻击特征数量线性增长.实验结果表明：该方法降低了片上存储空间需求,在片上存储器只需执行一次即可完成特征匹配操作.
关 键 词:高速包处理,无冲突哈希,中间点划分,trie树,片上存储
中图分类号:TP393.06,TP311.12文献标志码:A
High.speedpacketprocessingbynon.collisionhashfunctionsbasedon
middle.pointpartition
ZHANGMo.hua1*,LIGe2
1.SchoolofComputerandInformationEngineering,HenanUniversityofEconomicsandLaws,ZhengzhouHenan450000,China
,
2.DepartmentofInformationEngineer,ConservancyVocationalInstituteofNorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower,ZhengzhouHenan450000,China
Abstract:
High.speedpacketinspectioncanbeachievedthroughstoringattacksignaturesonthehigh.speedon.chipmemory.Concerningthelimitedon.chipmemory,thispaperproposesanewtriestructurewithnon.collisionhashfunctionsbasedonmiddle.pointpartition.Thealgorithmevenlypartitionesattacksignaturesintomutiplegroupsateachlayerintrietreetoachievetheeffectivecontrolofmemory.Thetrie.treestructurecanbeimplementedonasinglechipandperformqueryoperationsbypipeliningandparallelism,thusachieveshigherthroughput.Thespaceplexofstoringmiddle.pointisO(n)andtheconstructiontimeofhashtableislinearlygrowingwiththenumberofattacksignaturesTheexperimentalresultsshowthatthenewstructuredecreasesthedemandofon.chipmemoryandcanfacilitateaccesstotheattacksignatureontheon.chipmemorywhileallowingtoperformthesignaturesmatchingoperationsonlyonce.
本文来源:http://www.sxsky.net/benkelunwen/060369594.html
High.speedpacketinspectioncanbeachievedthroughstoringattacksignaturesonthehigh.speedon.chipmemory.Concerningthelimitedon.chipmemory,thispaperproposedanewtriestructurewithnon.collisionhashfunctionsbasedonmiddle.pointpartition.Thealgorithmevenlypartitionedattacksignaturesintomultiplegroupsateachlayerintrietreetoachievetheeffectivecontrolofmemory.Thetrie.treestructurecanbeimplementedonasinglechipandperformqueryoperationsbypipeliningandparallelism,thusachievinghigherthroughput.Thespaceplexofstoringmiddle.pointisO(n)andtheconstructiontimeofhashtableislinearlygrowingwiththenumberofattacksignatures.Theexperimentalresultsshowthatthenewstructuredecreasesthedemandofon.chipmemoryandcanfacilitateaccesstotheattacksignatureontheon.chipmemorywhileallowingtoperformthesignaturesmatchingoperationsonlyonce.
Keywords:
high.speedpacketprocessing,non.collisionhash,middle.pointpartition,trietree,on.chipmemory
0引言
网络入侵检测技术是网络攻击防范的主要手段,数据包检测是其核心.数据包检测不仅检查数据包头部信息,而且要检查数据包有效载荷［1］.采用数据包预处理方法,依据数据包头部字段对其进行分类和查找,采用特征匹配算法,将每个数据包内容与一组预定义的特征串进行匹配.本质上来说,包检测是一种数据包内容过滤技术,不仅应用于网络入侵检测系统中,而且应用于网络取证系统、P2P流量识别以及基于上下文的流量计费等［2］.随着网络带宽和业务流量的迅猛增长,包处理正面临如何满足高速数据包处理的时间和空间需求的挑战.包处理通常部署在高速路由器的关键数据路径上,检查海量高速数据包,与大量预定义的规则进行匹配.由于基于软件的包处理难以适应高速数据包处理,当前研究者采用现代嵌入式存储器技术,例如
【确认全称是否正确】
专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field.ProgrammableGateArray,FPGA)、网络处理器(NetworkProcessor,NP)和三重内容可寻址存储器(TernaryContentAddressableMemory,TCAM)等,
设计和实现了多种基于硬件的包处理技术,支持10Gbps以上的线速数据包处理［3］.这些嵌入式存储器技术通常采用分层存储器体系结构,即由快速片上存储器和大容量片外存储器组成.基于硬件的方法通常被分为片外储器和片上存储器两种架构.考虑速度第一,片外存储架构并没有片上方法那么吸引人.片外架构的主要缺点在于需要与芯片上的匹配引擎进行物理连接.即使外部存储速度显著增加,但是仍然会妨碍引擎的并行性.这样,片外方法对于高速线速操作并不是很合适.例如片上SRAM存储的访问时间为1～2ns,但是其存储空间受限,难以存储大量元素；而片外存储器提供更大容量存储空间,适合于存储大量元素,但是其查找速度较慢,例如片外DRAM的访问时间在60ns左右［4］.因此,研究设计一种快速和存储高效的数据包预处理方法,不仅减少片外存储器访问次数,而且降低其存储空间需求,是高速数据包处理的关键所在.
在包检测研究方面,当前主要着眼于两个方面提高检测性能:1)设计基于硬件的特征匹配算法,减少单个特征匹配的处理时间和存储空间需求；2)设计基于硬件的Hash表等数据包预处理方法,减少片外存储器访问次数和特征匹配次数［4］.王志佳等［5］提出了一种改进的基于确定有限自动机的深度包检测算法,该算法在牺牲少量运算时间的情况下,减少算法所需的运算空间.徐乾等［6］提出一种基于确定的有穷状态自动机的正则表达式压缩算法,采用选择性分群算法大幅度减少了状态机的个数,降低了包检测匹配算法的复杂性.Smith等［7］提出了XFA(eXtendedFiniteAutomaton)模型,在状态上增加辅助变量及其操作指令,消除确定性有限自动机状态空间爆炸问题.Lu等［8］提出了多字符并行处理的Aho.Corasick算法,通过并行操作提高Aho.Corasick算法的吞吐量,并最小化其存储空间需求.总的来说,由于软件包检测系统运行在通用处理器上,不适合高速网络,很难在当今线速环境下完成检测.为了满足高速网络的需要,本文重点关注基于硬件的方法.Tan等［9］使用一种
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