基于FPGA的网络入侵检测系统的设计

论文摘要

随着互联网的高速发展和带宽的增加,使得网络安全问题逐渐突出起来,人们对网络性能安全的要求越来越高,对入侵检测系统的性能提出了更高的要求。基于FPGA的网络入侵检测系统是入侵检测研究的一个重要分支方向,以硬件方式实现的入侵检测系统仍是目前市场上的主体。传统的基于FPGA实现的网络入侵检测系统,大都以软件方式实现对数据的获取,性能普遍不高。本文在对基于FPGA入侵检测系统研究的基础上,设计实现了一种基于FPGA硬件捕获机制的入侵检测系统。针对基于软件实现的网络数据包捕获方案在网络流量较大时会因丢包而产生漏检的缺点,本文设计实现了基于硬件的千兆以太网MAC捕获方案,以应对高速网络的需求。该系统采用硬件正则表达式匹配引擎设计,以并行方式检测入侵数据,提高了数据的检测效率,实现了系统的检测性能提升。该系统以MicroBlaze嵌入式软核作为核心控制单元,并利用其独有的FSL总线,实现系统内部的数据通信。同时改进了FSL总线的驱动程序,实现共享内存的mmap映射机制,以实现在传输性能上的提升。该系统由硬件数据捕获模块、数据分析模块、匹配引擎模块等八个模块组成。数据经由捕获模块,经过对数据的分析处理,由检测引擎完成对数据的入侵检测,检测结果由FSL总线传输到响应模块做出反应。实验表明,本文中设计的基于FPGA的入侵检测系统可以有效的检测网络中的入侵行为,并且适于现代高速的网络环境。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 立题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的工作
• 1.4 文章组织结构
• 第2章 背景知识介绍
• 2.1 网络安全与入侵检测
• 2.2 入侵检测的发展
• 2.3 入侵检测系统通用架构
• 2.4 入侵检测系统的分类
• 2.4.1 入侵检测的方法和技术
• 2.4.2 入侵检测的检测数据
• 2.4.3 入侵检测系统的体系结构
• 2.4.4 入侵检测系统的响应机制
• 2.4.5 分类总结
• 2.5 FPGA与MicroBlaze介绍
• 2.5.1 FPGA技术
• 2.5.2 MicroBlaze嵌入式核
• 2.5.3 FSL总线概述
• 2.6 内存映射技术原理
• 2.7 本章小结
• 第3章 系统体系结构概要设计
• 3.1 系统设计目标
• 3.2 系统架构设计
• 3.2.1 系统软硬件接口设计
• 3.2.2 系统体系结构
• 3.2.3 系统数据流程
• 3.3 系统特点
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统关键模块实现
• 4.1 网络数据捕获机制
• 4.1.1 捕获机制
• 4.1.2 软件数据包捕获机制
• 4.1.3 网络数据捕获实现
• 4.2 检测引擎单元
• 4.2.1 检测引擎整体架构
• 4.2.2 检测引擎接口设计
• 4.3 响应模块实现
• 4.4 FSL总线通信功能实现
• 4.4.1 FSL通信协议
• 4.4.2 FSL总线驱动实现
• 4.4.3 共享内存映射技术
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验分析
• 5.1 评价标准
• 5.2 实验环境
• 5.3 实验过程及分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢