基于正则表达式的高速协议识别研究与实现

论文摘要

应用层协议识别是研究区分服务、QoS、入侵检测、流量监控、计费管理以及用户行为分析的前提和基础。由于新应用的不断出现和网络带宽的飞速发展,传统的协议识别方法已经不能满足应用要求。论文以高速骨干链路网络协议识别为目标,在研究了现有协议识别相关技术的基础上,对基于正则表达式的高速协议识别展开研究,提出一种硬件的解决方案。主要工作如下:1.以Thompson算法及其优化算法为基础,提出一种适用于协议识别的正则表达式到NFA的映射方法,利用该方法构造的NFA中不含空转移,而且很接近于DFA。2.提出了一种基于译码表的字符预处理方法,利用FPGA的内部存储器构造译码表,对送往匹配引擎的有效载荷进行预处理,大幅度降低硬件资源占用。与传统的字符译码器相比增强了译码的灵活性,并且使FPGA资源分配更为合理。3.根据协议模式本身的特点,提出一种结合预译码技术的匹配引擎构造方法,并对并行化的匹配引擎进行研究,使得匹配引擎在一个时钟周期可以处理多个输入字符,从而成倍的提升处理速度。4.以现有开源软件L7-Filter的协议库中协议模式为依据,构造单倍速的匹配引擎实现所有协议模式的匹配,并将使用率较高的典型协议匹配引擎并行化,大幅度提高协议识别的处理速度,以满足高速骨干链路的性能要求。5.提出一种基于正则表达式进行高速骨干链路协议识别的硬件实现系统结构,并考虑将其融入网络安全设备,应用于下一代网络安全体系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 中国网络应用现状
• 1.1.2 网络与信息安全的威胁
• 1.1.3 现有安全措施的不足及解决方法
• 1.2 下一代网络安全体系
• 1.2.1 下一代网络
• 1.2.2 下一代网络安全体系
• 1.3 应用层协议识别
• 1.4 课题研究内容
• 1.5 论文结构
• 第二章 协议识别相关研究
• 2.1 协议识别评价标准
• 2.2 报文结构
• 2.3 基于报头的应用层协议识别技术
• 2.3.1 基于端口的协议识别
• 2.3.2 基于统计和约束的协议识别
• 2.4 基于内容的应用层协议识别技术
• 2.4.1 基于字符串匹配的协议识别
• 2.4.2 基于正则表达式的模式匹配与协议识别
• 2.5 其他方法的协议识别
• 2.5.1 基于测度的协议识别
• 2.5.2 综合算法的协议识别
• 2.6 本章小结
• 第三章 协议识别关键技术
• 3.1 基于正则表达式的模式匹配
• 3.1.1 正则表达式与FSM
• 3.1.2 NFA 构造算法
• 3.1.3 多模式状态机与单模式状态机
• 3.2 基于译码表的字符预处理
• 3.2.1 字符预处理的作用
• 3.2.2 传统译码器的处理方法
• 3.2.3 基于译码表的预译码处理
• 3.3 共享译码表的匹配引擎
• 3.3.1 NFA 到逻辑电路的映射
• 3.3.2 报文匹配方式
• 3.3.3 匹配结果的处理
• 3.4 并行化的共享译码表匹配引擎
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于正则表达式的协议识别系统实现
• 4.1 协议识别整体系统结构
• 4.2 主要模块结构与功能
• 4.2.1 输入控制模块
• 4.2.2 流管理模块
• 4.2.3 报文体管理模块和输出控制模块
• 4.2.4 协议识别模块
• 4.3 典型协议模式的选取及匹配引擎的构造
• 4.4 协议识别正确性测试与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果