[发明专利]一种基于FPGA平台的压缩流量模式匹配引擎及模式匹配方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA平台的压缩流量模式匹配引擎及模式匹配方法，设计高效的基于FPGA平台的实现方案，实现加速匹配压缩流量的效果。一种基于FPGA平台的压缩流量模式匹配引擎包含输入队列、输出队列、环存储区和结果记录四个数据存储功能模块，以及匹配模块和数据搬运和读写模块。本发明的技术方案不仅能够提升引擎处理压缩流量时的吞吐率，还有效降低了处理时延。

技术领域

本发明属于压缩流量的模式技术领域，具体涉及一种对使用gzip/DEFLATE压缩编码的HTTP等网络流量，基于FPGA平台的压缩流量模式匹配引擎及模式匹配方法。

背景技术

随着压缩技术在网络流量中的广泛应用，越来越多的Web服务将数据内容压缩后再发送。文献[1](Sun X,Hou K,Li H,et al.Towards a fast packet inspection overcompressed HTTP traffic[C]//Quality of Service(IWQoS),2017 IEEE/ACM 25thInternational Symposium on.IEEE,2017:1-5.)指出2010年7月Alexa Top 1000的站点中有66％的HTTP服务器使用了压缩技术，而2016年10月的Top 500站点中，该比例已超过95％。，而gzip是HTTP的默认编码方式，这些压缩流量的压缩率仅为20％左右。

另一方面，由于正则表达式能够表达更深层次的语义，被越来越多的基于深度包检测(Deep Packet Inspection，DPI)的系统和工具采用，用以识别流量中的特征或行为。例如入侵检测系统、网络取证、防火墙等。这些系统面对压缩流量时，通常采用朴素的Naive方法，也就是先解压缩流量，之后再逐字节地对解压后的数据进行模式匹配。该方法思路和实现最为简单，但由于压缩的存在，使得系统的吞吐率大大降低，成为系统的性能瓶颈。例如，20％的压缩率意味着处理100MB的压缩流量，在解压后需要处理的数据体积将变为500MB，即使忽略解压缩所需时间，此时系统的吞吐率也将降为处理未压缩流量时的1/5。

目前，有许多关于多模式匹配的相关专利，如：文献[2]申请号为201010232463.2的一种多字符串匹配方法，文献[3],申请号为200710099389.X的一种多字符串匹配方法和芯片；文献[4],申请号为201310159057.1的基于后缀自动机正则引擎构造的深度包检测方法；文献[5],申请号为200610089420.7的一种自适应多模式匹配方法及系统。但它们均没有专门涉及加速针对压缩流量的多模式匹配。一些针对HTTP压缩流量进行DPI的研究工作，例如，文献[6]Accelerating Multi-pattern Matching on Compressed HTTP Traffic，IEEE/ACM Transactions on Networking 20.3(2009):970-983；文献[7]美国专利:US8458354，Multi-pattern matching in compressed communication traffic；文献[8]中国专利CN107277109A，针对压缩流量的多字符串匹配方法，都是通过先解压流量，之后利用解压过程中所保存的信息，在匹配过程跳过对部分字符的扫描，以加速模式匹配的过程。然而他们只能对压缩流量进行多字符串扫描，而不能应用于正则表达式的匹配中，进而也限制了应用场景。