高速硬件字符串匹配算法的研究与实现

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1、分类号学校代码10487学号611810200671379密级硕士学位论文高速硬件字符串匹配算法的研究与实现学位申请人：谌彤学科专业：通信与信息系统指导教师：刘威副教授答辩日期：2008年5月29日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchandImplementationofHighSpeedHardwareStringMatchingCandidate:ShenTongM

2、ajor:Communication&InformationSystemSupervisor:AssociateProf.LiuWeiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2008独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识

3、到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在______年解密后适用本授权书。本论文属于不保密√。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要字符串匹配

4、技术广泛的应用于各种网络设备中，如基于策略的路由器、入侵检测系统、网络监控系统、有质量差别的服务和流分类计费系统等。但是随着互联网的飞速发展和宽带技术的不断更新，目前的字符串匹配方式存在的不足暴露了出来，传统设备多用软件实现，处理能力有限，无法应用在千兆、万兆网络中。字符串匹配的速度已经成为诸如入侵检测、流分类等设备发展的瓶颈。针对这些设备的高速字符串匹配硬件实现法已成为必要。本文针对入侵检测和流分类两类网络设备提出各自适用的硬件字符串匹配算法。采取的研究方法：(1)分析入侵检测系统和流分类系统的特征和需求；(2)针对这两种应用分别

5、提取对字符串匹配算法的要求；(3)针对算法要求和硬件特性设计两种字符串匹配算法并实现；(4)在一个通用验证平台上对这两种实现进行验证并跟现有设计进行比较，体现这两种算法的优势。在入侵检测方面，本文提出了基于AC改进算法的字符串匹配算法，可以对数据包进行深度检测。在流分类应用方面，本文提出了一种BloomFilter的改进算法，可以对应用层协议进行分类。前一种算法能够在2.5G网络环境下线速处理数据包，后一种算法能够在10G网络环境下线速的处理数据包，与传统的软件方法或者已有的硬件实现相比，提高了网络设备的处理能力。本文的研究成果在F

6、PGA上进行了实现，还可以很方便地集成到ASIC中。参考设计能够处理相应输入带宽下的网络数据。关键词：入侵检测，数据包分类，字符串匹配，现场可编程逻辑阵列IAbstractStringMatchingMechanismiswidelyusedtovarietynetworkdevice,suchaspolicy-basedrouting,networkintrusiondetectionsystems(NIDS),networkmonitoringsystems,differentiatedqualitiesofserviceand

7、packetsclassificationandtrafficbillingsystems.WithfastdevelopmentoftheInternet,theweaknessofthepresentStringMatchingMechanismhasbeenexposed.Traditionaldevicesareusingsoftwarestringmatchingwhichhasalowmatchingability.AndtheycannotbeusedinGigabyteor10-Gigabytenetwork.The

8、speedofstringmatchhasbecomethefurtherdevelopmentbottleneckofthenetworkdevices,suchasintrusiondetectionandpacketclassi