[發明專利]基于FPGA和CPU協同工作的高速關鍵字過濾方法

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• 申請號: 202210509758.2
• 申請日: 2022-05-11
• 公開（公告）號: CN114968872A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 畢順利;吳淑艷
• 申請（專利權）人: 天津光電聚能專用通信設備有限公司
• 主分類號: G06F13/38
• 分類號: G06F13/38;G06F13/42;G06F15/163;G06F15/78
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種基于FPGA和CPU協同工作的高速關鍵字過濾方法，在CPU中，數據發送線程和數據接收線程是兩個線程，所述的數據發送線程中包括：關鍵字設置、關鍵字下發及緩存、關鍵字過濾、級聯關系判斷及結果處理、關鍵字過濾的結果上報。所述的數據接收線程一直在等待FPGA端是否有上報的關鍵字過濾結果的數據包；如果有則通過對外接口將過濾的結果發送給數據源端。本發明采用CPU和FPGA共同實現關鍵字過濾，針對多會話同時過濾需要維護不同會話的過濾現場，做到不同會話現場快速切換。已達到多會話、多關鍵字的快速過濾。利用CPU和FPGA協同工作，充分利用其各自特點，是過濾性能達到5.6Gbps。具有多會話，多關鍵字過濾速度快、過濾精準等優點。

技術領域

本發明屬于數據信息安全應用領域，采用FPGA和CPU協同工作，涉及一種高速數據流關鍵字過濾的實現方法。

背景技術

目前的關鍵字過濾多采用高性能的CPU實現，通過軟件實現的方法，對數據報文進行查找。采用CPU實現速率慢，不能夠滿足高速的數據傳輸性能；內存占用率高，影響設備的整體性能和功耗。現有的查找技術，多局限于當前數據包報文的過濾，很難做到多數據包連接進行關鍵字過濾，當過濾線程多，CPU的能力明顯的不足。

隨著數據通信業務類型越來越多，信息安全問題日益突出。在通信過程中一些敏感信息、詞匯可能會夾雜在正文中進行傳輸，造成安全信息泄露。為了防止此類事情的發生需要對通信過程中的數據報文內容進行過濾，看是否存在關鍵字。當前的關鍵字過濾技術主要采用CPU來實現，CPU對通信過程中的關鍵字進行過濾，但是CPU在處理此類事件的時候速率較慢，嚴重影響了數據通信速率。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提出了一種高速數據流關鍵字過濾實現方法，采用CPU和FPGA共同實現關鍵字過濾，其中，充分發揮FPGA可以用于處理速率較高場合的特點進行關鍵字過濾，同時采用CPU處理一些事務型管理。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種基于FPGA和CPU協同工作的高速關鍵字過濾方法，在CPU中，數據發送線程和數據接收線程是兩個線程，所述的數據發送線程中包括以下步驟：

1)關鍵字設置：每個會話設置1-8組關鍵字，每組關鍵字長度為1-32byte，FPGA內部緩存中每個會話關鍵字配置空間為256byte，每組所述關鍵字均配置有對應會話號，FPGA內部緩存中最多支持64個會話；接收電腦通過串口配置的關鍵字，該關鍵字的長度記為L；判斷L的大小，

如果L＜32byte，用KEY_MASK指示關鍵字有效長度，生成關鍵字KEY及其關鍵字掩碼KEY_MASK，執行步驟2)；

如果32byte＜L≤256byte，將關鍵字空間進行級聯，生成關鍵字KEY及其關鍵字掩碼KEY_MASK，并以DATA_MASK用于指示關鍵字之間的級聯關系，執行步驟2)；

如果L＞256byte，向電腦發回關鍵字長度超長的提示；

2)關鍵字下發：將生成的關鍵字的會話號、關鍵字KEY、關鍵字掩碼KEY_MASK和以DATA_MASK表示的關鍵字級聯關系通過PCIE下發至FPGA內部緩存中；

與此同時，CPU判斷當前會話的數據包的文件格式是否為純文本數據格式，如果是純文本數據格式，將當前會話的數據包通過PCIE下發至FPGA內部緩存中；如果不是純文本數據格式，將當前會話的數據包進行緩存，直至當前會話的數據包接收完畢，將非文本數據格式的文件數據轉換為純文本數據格式的數據通過PCIE下發至FPGA內部緩存中；

3)關鍵字過濾：所述FPGA根據數據包中會話號對應的關鍵字信息對接收到CPU的數據包進行關鍵字過濾；

4)判斷完成過濾的關鍵字是否存在級聯關系DATA_MASK，如果存在，則進入級聯結果處理，如果不存在，則執行步驟5)；