一種動(dòng)態(tài)自適應(yīng)多級(jí)Bloom濾波器裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)態(tài)自適應(yīng)多級(jí)Bloom濾波器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展給通信、生活等方面帶來了巨大影響，網(wǎng)絡(luò)流量和速率在不斷增加。速率的增加需要硬件上的支持，持續(xù)不間斷高速運(yùn)行的硬件平臺(tái)需要消耗越來越多的能量，并且所需的散熱設(shè)備同樣在消耗能量。能耗的增加使得低功耗成為衡量一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或算法的重要指標(biāo)。
[0003]Bloom濾波器主要用于信息檢索，通過一組哈希函數(shù)將數(shù)據(jù)庫(kù)信息映射到二進(jìn)制字符串進(jìn)行存儲(chǔ)，可快速創(chuàng)建、檢索、更新，具有簡(jiǎn)便快速、節(jié)省存儲(chǔ)空間、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，便于硬件實(shí)現(xiàn)，在高速網(wǎng)絡(luò)處理領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用空間。
[0004]如圖2所示單級(jí)Bloom濾波器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、在硬件資源緊張的條件下可以節(jié)省存儲(chǔ)空間，以網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)系統(tǒng)為例，適合高速網(wǎng)絡(luò)處理設(shè)備。Bloom濾波器主要缺陷是存在正向誤報(bào)率(False Positive Rate)，即可能會(huì)匹配不屬于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容的信息。以在網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用為例，可采用Bloom濾波器對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行快速過濾，通過精確匹配算法進(jìn)一步驗(yàn)證預(yù)處理結(jié)果。
[0005]然而，傳統(tǒng)固定結(jié)構(gòu)Bloom濾波器所有函數(shù)即便在網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)仍都處于工作狀態(tài)，造成功耗的嚴(yán)重浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服上述缺陷，本發(fā)明提出一種動(dòng)態(tài)自適應(yīng)多級(jí)Bloom濾波器裝置，解決了功耗與性能平衡的問題，從而減少了功耗的浪費(fèi)。
[0007]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種動(dòng)態(tài)自適應(yīng)多級(jí)Bloom濾波器裝置，包括:
[0009]數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模塊，用于構(gòu)建η級(jí)Bloom濾波器，η彡2 ;
[0010]處理模塊，用于采用η級(jí)Bloom濾波器對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，生成過濾數(shù)據(jù)；
[0011]校驗(yàn)?zāi)K，用于利用匹配規(guī)則對(duì)所述過濾數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)；
[0012]控制模塊，用于通過自適應(yīng)控制法對(duì)校驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
[0013]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模塊包括k個(gè)哈希單元、映射單元；所述k個(gè)哈希單元構(gòu)成存儲(chǔ)單元；k彡η。
[0014]優(yōu)選的，所述處理模塊包括處理單元和執(zhí)行單元；其中，所述處理單元通過映射單元將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)映射到m比特的哈希表中，作為哈希地址；
[0015]所述執(zhí)行單元用于執(zhí)行哈希查找。
[0016]優(yōu)選的，所述校驗(yàn)?zāi)K，包括校驗(yàn)子模塊、劃分單元和計(jì)算單元；其中，所述校驗(yàn)子模塊用于計(jì)算η級(jí)Bloom濾波器過濾數(shù)據(jù)的誤報(bào)率，判斷過濾數(shù)據(jù)是否與匹配規(guī)則匹配；
[0017]所述劃分單元用于將包含k個(gè)哈希單元的映射單元分成若干子集；
[0018]所述計(jì)算單元用于根據(jù)誤報(bào)率計(jì)算各子集的最低誤報(bào)率的哈希函數(shù)量。
[0019]優(yōu)選的，所述控制模塊包括，控制寄存器C、第一控制單元、和第二控制單元；
[0020]所述第一控制單元用于定義所有哈希單元的狀態(tài)，包括第一階段、第r階段和睡眠階段；Kr Sn;
[0021]所述第二控制單元用于將各子集的最低誤報(bào)率的哈希函數(shù)量作為各階段哈希函數(shù)量的初始值，利用控制寄存器C調(diào)整各階段的哈希函數(shù)量。
[0022]進(jìn)一步地，所述控制寄存器C包括計(jì)數(shù)器、第一移動(dòng)單元、第二移動(dòng)單元、第三移動(dòng)單元和第四移動(dòng)單元。
[0023]進(jìn)一步地，所述計(jì)數(shù)器，用于分別記錄匹配過程中成功和無效個(gè)數(shù)；
[0024]所述第一移動(dòng)單元，用于當(dāng)初始狀態(tài)下，使得所有哈希單元k位于第一階段；
[0025]所述第二移動(dòng)單元，用于當(dāng)?shù)谝浑A段出現(xiàn)匹配成功MATCH_I = 1，右移一位，最高位置位C[m] = 1，使得一個(gè)哈希單元從第二階段迀回第一階段；當(dāng)?shù)谝浑A段出現(xiàn)不匹配MATCH_I = 0，左移一位，最末位清零C [O] = 0，使得一個(gè)哈希單元從第一階段迀移至第二階段；以此類推；
[0026]所述第三移動(dòng)單元，用于當(dāng)某一階段出現(xiàn)連續(xù)匹配時(shí)，將該階段下一階段的部分哈希單元迀回該階段；當(dāng)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒有出現(xiàn)匹配時(shí)，將部分哈希單元從當(dāng)前階段迀移至下一階段；
[0027]所述第四移動(dòng)單元，用于當(dāng)所述計(jì)數(shù)器顯示匹配成功的哈希單元數(shù)量達(dá)到預(yù)定值，令控制寄存器C左移，將當(dāng)前階段的所有哈希單元迀出；當(dāng)計(jì)數(shù)器顯示匹配無效的哈希單元數(shù)量達(dá)到預(yù)定值，令控制寄存器C右移，將當(dāng)前階段的所有哈希單元直接迀回第一階段。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:
[0029]本裝置相較于普通單比特哈希表，查找更快速便捷。
[0030]基于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中病毒或攻擊在某段時(shí)間內(nèi)集中出現(xiàn)的特征，要求哈希函數(shù)從當(dāng)前所在階段快速返回第一階段，從而在最短的時(shí)間內(nèi)獲得最終匹配結(jié)果，滿足了吞吐率要求。
[0031]由于Bloom濾波器不存在逆向誤判率且網(wǎng)絡(luò)中惡意流量通常在某一段時(shí)間內(nèi)集中出現(xiàn)；因此，當(dāng)匹配量快速增加時(shí)，可將更多的哈希函數(shù)從第二階段迀移到第一階段，以降低誤判率，提高效率。
[0032]另一方面，當(dāng)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒有出現(xiàn)匹配項(xiàng)，說明是正常流量，可將部分哈希函數(shù)從第一階段迀移到下一階段，在不影響系統(tǒng)性能的前提下實(shí)現(xiàn)了最大程度降低功耗的目的。
【附圖說明】
[0033]圖1為利用控制寄存器C自適應(yīng)調(diào)整哈希函數(shù)量的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為單級(jí)Bloom濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3為動(dòng)態(tài)自適應(yīng)二級(jí)Bloom濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4為動(dòng)態(tài)自適應(yīng)η級(jí)Bloom濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖5為二階η級(jí)Bloom濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖6為劃分哈希單元狀態(tài)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0040]如圖1所示，一種動(dòng)態(tài)自適應(yīng)多級(jí)Bloom濾波器裝置，包括:
[0041]數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模塊，用于構(gòu)建η級(jí)Bloom濾波器，η彡2 ;如圖3所示，當(dāng)η = 2時(shí)，為二級(jí)Bloom濾波器。如圖4所示，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模塊包括k個(gè)哈希單元、映射單元；所述k個(gè)哈希單元構(gòu)成存儲(chǔ)單元；k多η。
[0042]處理模塊，用于采用η級(jí)Bloom濾波器對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，生成過濾數(shù)據(jù)；所述處理模塊包括處理單元和執(zhí)行單元；其中，所述處理單元通過映射單元將網(wǎng)絡(luò)數(shù)