基于正则表达式的深度包检测研究

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1、华东师范大学硕士学位论文基于正则表达式的深度包检测研究姓名：张娜申请学位级别：硕士专业：计算机应用指导教师：郑骏20070101捅要随着专门针对应用层攻击现象的增多，传统的状态检测防火墙有效性越来越低。防火墙的功能重心从网络层发展到了应用层，因而诞生了深度包检测技术。深度包检测技术不仅检测网络层和传输层数据包头部，而且深入到应用层数据包的有效载荷所封装的内容中，搜寻合法或非法的内容以决定是否允许数据包通过。随着深度包检测技术的发展，传统上用于过滤数据包内容的模式集合(包含模式的匹配串)逐渐被正则表达式集合所代替。例如Linux的应用协议

2、分类器L7．filtcr(LimxxApplicationProtocolCiassifi哪，通过基于正则表达式的模式集合识别应用层的数据包；Snort、Bro等入侵检测系统也已将正则表达式应用于它的规则集当中。然而，虽然正则表达式在模式匹配时比字符串表现得更优异，但在现有的网络应用中，一个典型的模式集合往往由上百个正则表达式和数以万计的状态数组成，将模式集合构造成一个有限自动机，所需的内存可达几百兆，甚至几G，结果导致了基于正则表达式的深度包检测的响应时间过长，极大地影响了检测效率。目前，如何提高基于正则表达式的深度包检测技术的效率，

3、在国内外都尚处于探索阶段。本文所进行的研究正是在该背景下展开的。本文首先在分析传统防火墙工作原理的基础上，介绍了采用深度包检测技术的新一代智能防火墙。然后在详细说明数据包过滤技术和入侵防护检测技术的基础上，阐述了深度包检测技术的工作原理。通过对常见模式匹配算法的优缺点的分析，本文提出了一种新的基于正则表达式的匹配算法。在深入分析了DF^(DFA，DcteI'ministicFiniteAutomaton)状态数对算法性能影响的基础上，本文进一步提出了构造最优DFA状态数的算法，该算法保证在任意有限的系统资源下算法的时间复杂度最小。作者已

4、经在Linux环境下实现了该算法，并对基于L7一filter模式集合的网络数据包进行了大量检测实验。实验数据表明，与已有算法相比该算法的时间复杂度最小。关键词：深度包检测，模式匹配，正则表达式，DFAAbstractTraditionalstatefulfirewallcan'tprovideenoughprotectionagainstapplication-levelattacks．ThefunctiOlloffirewallmovedfromthenetworklayertotheapplicationlayerandDPI(De

5、epPacketInspection)technologywasdeveloped．DPItechnologyexaminesnotonlytheheaderbutalsothecontentsofpacketsfromtheapplicationlevel．TraditionalstringsetbasedDPItechnologyisbeingreplacedbyregularexpressionsetbasedtechnology．Forexample，inLinuxApplicationProtocolClassifier(L7

6、一filter)，allprotocolidentifiersareexpressedasregularexpressions．Similarly,SnortandBrointrusiondetectionsystemsalsouseregularexlmmsionsaspatternlanguage．Althoughregularexpressioniseffectiveandflexible，incurrentnetworkapplication,atypicalsetofregularexpressionscomainshundr

7、edsofregularexpressionsandtensofthousandsofDFA(DeterministicFiniteAutomaton)stateswhichresultinastoragerequirementofhundredsofmegabytes，evenmolethangigabytes．ThustheresponsetimeofregularexpressionbasedDPIalgorithmincreasesanditspcrf㈣cede孽ad％dramatically．Nowadays，howtoimp

8、rovetheefficiencyofregularexpressionbasedDPIteclmologyisstillunderdevelopmentallovertheworld．Basedonthe