五分鐘技術(shù)趣談 | 淺析nDPI中Hyperscan的集成方案

作者：李坤明，單位：中國(guó)移動(dòng)智慧家庭運(yùn)營(yíng)中心

Hyperscan是英特爾推出的一款高性能的正則表達(dá)式匹配庫(kù)，非常適用于部署在諸如DPI/IPS/IDS解決方案中。nDPI 是目前應(yīng)用較為廣泛的開源DPI源碼庫(kù)，將nDPI源碼進(jìn)行二次開發(fā)部署到資源受限的路由器產(chǎn)品中時(shí)，其核心模塊耗費(fèi)了大量的內(nèi)存。因而本文將英特爾Hyperscan正則表達(dá)式匹配庫(kù)集成到nDPI中，來顯著減少其資源消耗并提升其在路由器產(chǎn)品中的檢測(cè)性能。

Part 01●??nDPI框架簡(jiǎn)介?●

圖1 nDPI框架圖

nDPI是由ntop負(fù)責(zé)維護(hù)的一款非常流行的開源DPI庫(kù)，它同時(shí)支持Windows和Unix/Linux兩種系統(tǒng)，支持跨平臺(tái)體驗(yàn)[1]。如圖一框架圖所示，nDPI庫(kù)主要由網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、協(xié)議檢測(cè)匹配模塊及特征庫(kù)相關(guān)模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊從網(wǎng)卡實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)或解析已有的pcap文件；數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、數(shù)據(jù)分組及數(shù)據(jù)整型及過濾；其中協(xié)議檢測(cè)匹配模塊是nDPI最核心的模塊，它根據(jù)現(xiàn)有的協(xié)議規(guī)則特征庫(kù)對(duì)整型后的報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)則匹配。匹配算法的性能及匹配過程中對(duì)內(nèi)存及CPU等硬件資源的消耗對(duì)整個(gè)系統(tǒng)至關(guān)重要。

Part 02●??nDPI中Hyperscan的集成?●

圖2 集成了hYperscan的DPI框架圖

Hyperscan與nDPI的集成主要集中在以下兩個(gè)方面：

字符串多模匹配

nDPI中一個(gè)重要的匹配過程是字符串的多模匹配。字符串的多模匹配可以快速過濾掉無法匹配的規(guī)則以減少需要逐條匹配的規(guī)則數(shù)，從而提升匹配的性能。nDPI中使用了Aho-Corasick算法進(jìn)行多字符串的匹配，由于原生Aho-Corasick算法，需要將所有規(guī)則轉(zhuǎn)化成Trie樹結(jié)構(gòu)，因此占用較大的內(nèi)存。而Hyperscan擁有自身優(yōu)化過的匹配引擎進(jìn)行匹配，大量減少了匹配過程中對(duì)內(nèi)存的消耗。我們用Hyperscan替代了這一算法，降低了內(nèi)存消耗及CPU占用率，并且?guī)砹孙@著的性能提升。

Http預(yù)處理

除了引擎的匹配算法的集成，我們?cè)陬A(yù)處理器模塊中也添加了Hyperscan。在Http預(yù)處理時(shí)，利用了Hyperscan搜索相關(guān)關(guān)鍵字來進(jìn)一步加速預(yù)處理的流程。

Part 03●??內(nèi)存優(yōu)化?●

我們選取了MT7981B芯片+OpenWrt系統(tǒng)作為測(cè)試平臺(tái)，采用了nDPI自帶的協(xié)議規(guī)則庫(kù)文件進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)以真實(shí)網(wǎng)卡采集到數(shù)據(jù)報(bào)文作為數(shù)據(jù)輸入。如圖三所示，原生nDPI內(nèi)存消耗較大為56MB，而采用nDPI+Hyperscan的方案下，內(nèi)存消耗降低為5.7MB，內(nèi)存占用僅僅為原生nDPI的十分之一。

圖3 內(nèi)存占用

Part 04●? 結(jié)論?●

經(jīng)過Hyperscan集成后的nDPI在內(nèi)存消耗上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原始nDPI?，F(xiàn)有嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)品中內(nèi)存資源十分緊張，集成Hyperscan后的nDPI組件對(duì)內(nèi)存資源的優(yōu)化，有利于DPI及其相關(guān)產(chǎn)品在端側(cè)嵌入式網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品中的部署。

參考文獻(xiàn)

[1]?卞德康.基于深度包檢測(cè)的應(yīng)用層協(xié)議識(shí)別研究[D].合肥:安徽工業(yè)大學(xué).2017.