一種動態(tài)自適應(yīng)多級Bloom濾波器裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種動態(tài)自適應(yīng)多級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)不間斷高速運行的硬件平臺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系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或算法的重要指標。
[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)庫信息映射到二進制字符串進行存儲，可快速創(chuàng)建、檢索、更新，具有簡便快速、節(jié)省存儲空間、能耗低的優(yōu)點，便于硬件實現(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Bloom濾波器設(shè)計簡單、在硬件資源緊張的條件下可以節(jié)省存儲空間，以網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(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率(False Positive Rate)，即可能會匹配不屬于數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的信息。以在網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)的應(yīng)用為例，可采用Bloom濾波器對網(wǎng)絡(luò)流量進行快速過濾，通過精確匹配算法進一步驗證預(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)空閑時仍都處于工作狀態(tài)，造成功耗的嚴重浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服上述缺陷，本發(fā)明提出一種動態(tài)自適應(yīng)多級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。
[0007]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]一種動態(tài)自適應(yīng)多級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Bloom濾波器，η彡2 ;
[0010]處理模塊，用于采用η級Bloom濾波器對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行過濾，生成過濾數(shù)據(jù)；
[0011]校驗?zāi)K，用于利用匹配規(guī)則對所述過濾數(shù)據(jù)進行校驗；
[0012]控制模塊，用于通過自適應(yīng)控制法對校驗結(jié)果進行動態(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個哈希單元、映射單元；所述k個哈希單元構(gòu)成存儲單元；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?zāi)K，包括校驗子模塊、劃分單元和計算單元；其中，所述校驗子模塊用于計算η級Bloom濾波器過濾數(shù)據(jù)的誤報率，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個哈希單元的映射單元分成若干子集；
[0018]所述計算單元用于根據(jù)誤報率計算各子集的最低誤報率的哈希函數(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]進一步地，所述控制寄存器C包括計數(shù)器、第一移動單元、第二移動單元、第三移動單元和第四移動單元。
[0023]進一步地，所述計數(shù)器，用于分別記錄匹配過程中成功和無效個數(shù)；
[0024]所述第一移動單元，用于當初始狀態(tài)下，使得所有哈希單元k位于第一階段；
[0025]所述第二移動單元，用于當?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，使得一個哈希單元從第二階段迀回第一階段；當?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]所述第三移動單元，用于當某一階段出現(xiàn)連續(xù)匹配時，將該階段下一階段的部分哈希單元迀回該階段；當很長時間內(nèi)沒有出現(xiàn)匹配時，將部分哈希單元從當前階段迀移至下一階段；
[0027]所述第四移動單元，用于當所述計數(shù)器顯示匹配成功的哈希單元數(shù)量達到預(yù)定值，令控制寄存器C左移，將當前階段的所有哈希單元迀出；當計數(shù)器顯示匹配無效的哈希單元數(shù)量達到預(yù)定值，令控制寄存器C右移，將當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間內(nèi)集中出現(xiàn)的特征，要求哈希函數(shù)從當前所在階段快速返回第一階段，從而在最短的時間內(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間內(nèi)集中出現(xiàn)；因此，當匹配量快速增加時，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，當很長時間內(nèi)沒有出現(xiàn)匹配項，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Bloom濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3為動態(tài)自適應(yīng)二級Bloom濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4為動態(tài)自適應(yīng)η級Bloom濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖5為二階η級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。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的詳細說明。
[0040]如圖1所示，一種動態(tài)自適應(yīng)多級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Bloom濾波器，η彡2 ;如圖3所示，當η = 2時，為二級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個哈希單元、映射單元；所述k個哈希單元構(gòu)成存儲單元；k多η。
[0042]處理模塊，用于采用η級Bloom濾波器對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行過濾，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)