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u e s t cm a s t e ra r t i c l et h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f n l d sb a s e do ni x p 2 4 0 0 摘要 学科名称:计算机应用 论文题目:基于i x p 2 4 0 0 的n i d s 的研究与实现 硕士研究生:张兵学号:0 1 s 0 6 0 3 7 导师:刘乃琦 入侵检测系统( i d s ) 是安全防范机制的重要组成部分。目前,网络入侵事件很难完 全避免,网络安全人员所能做到的应该是及时地发现和察觉入侵及入侵企图,以便采取有 效的措施来堵塞漏洞和修复系统。 当前,对入侵检测的理论研究取得了多方面的成果,随着对计算机系统弱点和入侵行 为分析研究的深入,提出了各种检测方法,比如专家系统,神经网络,数据挖掘,移动代 理等等。但是在实际中的应用仍然局限于异常检测和误用检测。而误用检测又主要集中在 特征检测,即s t r i n gm a t c h 。实际中入侵检测的难点主要在于检测的效率问题,误报和漏报 的问题。对于检测的效率问题,可以通过软件硬化来实现。本文就提出了这样的一个解决 方案,使用i n t e l 的网络处理器i x p 2 4 0 0 来实现基于网络的入侵检测系统。它能够在保汪 检测效率的同时尽量减少误报和漏报,对当前高速的企业网络有一定的实用性。 本文由i d s 研究,i m e l 网络处理器和本方案的设计与实现3 大部分构成。 第一部分中,首先介绍了网络安全问题、入侵检测的原理和i d s 的一般模型;接着分 析了当前入侵检测面临的问题,为了克服这些问题,提出了基于网络处理器的网络入侵检 测的方案。 第二部分中,介绍了i n t e l 网络交换架构的原理,最新网络处理器i x p 2 4 0 0 的硬件结 构,以及它作为入侵检测平台的优越性。 第三部分主要是方案的设计与实现,包括数据的接收,入侵检测的实现,任务的调度 以及如何优化以提高检测的性能。 在该项目的研究和开发过程中,重点解决了入侵检测分析引擎的模式匹配算法、在网 络处理器各线程间数据的通讯,检测实体之间传递报警信息的通信协议,并根据课题的实 际需求,编程实现了一个具有基本功能的基于网络处理器的网络入侵检测系统。 关键宇:入侵检测系统,网络处理器,c i d f ,模式匹配,i x p ,微引擎,硬件线程 m a s t e r :z h a n g b i n g i d :0 1s 0 6 0 3 7 ,i i i u e s t cm a s t e ra r t i c l et h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f n i d sb a s e do ni x p 2 4 0 0 a b s t r a c t m 幻o f :c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y s u b j e c t :t h e r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f n i d sb a s e do ni x p 2 4 0 0 m a s t e r :z h a n g , b i n g i d :0 1 s 0 6 0 3 7 a d v i s o r :p r o f l i un a i q i i n t r u s i o nd e t e c t i o ns y s t e m ( 1 0 s ) p l a y sa n i m p o r t a n t r o l ei nc r i t i c a li n f r a s t r u c t u r ep r o t e c t i o n m e c h a n i s mc u r r e n t l y ,i ti si m p o s s i b l et oa v o i dn e t w o r ki n t r u s i o na b s o l u t e l y n e t w o r ks e c u r i t y a d m i n i s t r a t o r ss h o u l dd ot h e i rb e s tt od i s c o v e rt h ei n t r u s i o na n dt h ei n t e n tt oa t t a c ki no r d e rt d t a k ee f f e c t i v em e a s u r et ob l o c kl e a ka n d r e p a i rc o m p u t e rs y s t e m n o w a d a y s ,w eh a v ew o nal o ta tr e s e a r c ho f i n t r u s i o nd e t e c t i o n w i t hf u r t h e rs t u d y i n ga t c o m p u t e rs y s t e m a n di n t r u s i o nb e h a v i o r ,t h e r ea r em a n yd e t e c t i o nm e t h o d sb r o u g h tf o r w a r ds u c h a se x p e r ts y s t e m ,n e u r a ln e t w o r k , d a t am i n i n ga n dm o b i l ea g e n te t c b u t ,i ti sl i m i t e dt ou s e a n o m a l yd e t e c t i o na n dm i s u s ed e t e c t i o ni np r a c t i c e ,f u r t h e r m o r e , m i s u s ed e t e c t i o nc o n c e n t r a t e s o ns i g n a t u r em a t c h , i e ,s t r i n gm a t c h a c t u a l l y ,t h ed i f f i c u l to fi n t r u s i o nd e t e c t i o nf o c u s e so n d e t e c t i o n e f f i c i e n c y ,f a u l ta l e r ta n df a i l u r ea l e r t ,a sf o rd e t e c t i o ne f f i c i e n c y ,w e c a na d o p t h a r d w a r et oo v e r c o m ei t i nt h i sa r t i c l e ,w eb r i n gf o r w a r das o l m i o nt or e a l i z en e t w o r ki n t r u s i o n d e t e c t i o ns y s t e m ( n i d s ) b a s e do ni n t e ln e t w o r kp r o c e s s o r ( i x p 2 4 0 0 ) i tc a nd e c r e a s ef a u l ta l e r t a n df a i l u r ea l e r tw h i l ei m p r o v i n gd e t e c t i o ne f f i c i e n c y it h i n ki th a sp r a c t i c a b i l i t yf o rc u r r e n th i g h s p e e de n t e r p r i s en e t w o r k t h i sa r t i c l ec o n s i s t so ft h r e ep a r t s ,i n c l u d i n gi d sr e s e a r c h , i n t e ln e t w o r kp r o c e s s o ra n dt h e d e s i g na n dr e a l i z a t i o no fs o l u t i o n i nt h ef i r s t p a r t ,n e t w o r ks e c u r i t yp r o b l e m ,i n t r u s i o nd e t e c t i o nt h e o r y a n dc 1 d fa r e i n t r o d u c e d t h e n w ew o u l dd i s c u s sc u r r e n tp r o b l e m so fi n t r u s i o nd e t e c t i o n i no r d e rt oo v e r c o m e t h e s ep r o b l e m s ,t h es o l u t i o ni nt h i sa r t i c l es h o u l db ep u tf o r w a r d i nt h es e c o n dp a r kw em a i n l yi n t r o d u c ei n t e ln e t w o r kp r o c e s s o ra n di t s p r i n c i p l e t h e h a r d w a r es t r u c t u r eo fi x p 2 4 0 0a n di t s a d v a n t a g ea sp l a t f o r mo fi n t r u s i o nd e t e c t i o na r ea l s o d e s c r i b e di nd e t a i l s t h el a s t p a r t ,t h em o s ti m p o r t a n tp a r to ft h i sa r t i c l e ,c o n c e n t r a t e so nt h ed e s i g na n d r e a l i z a t i o no f s o l u t i o n ,i n c l u d i n gp a c k e t sr e c e i v i n g ,i n t r u s i o nd e t e c t i o n ,a n dt h r e a ds c h e d u l e ra n d p e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o n i nt h i sa r t i c l e ,w ea t t a c hi m p o r t a n c et od e t e c t i o na r i t h m e t i c ,d a t ac o m m u n i c a t i o ni nt h r e a d a n dc o m m u n i c a t i o np r o t o c o lu s e dt ot r a n s f e ra l e r ti n f o r m a t i o ni nd e t e c t i o ne n t i t y a c c o r d i n gt o t h er e q u e s t ,w er e a l i z ean i d sb a s e do ni x p 2 4 0 0t h a th a se s s e n t i a lf u n c t i o n k e y w o r d :i d s ,i x p 2 4 0 0 ,n p ,c i d f ,m i c r oe n g i n e , p a t t e r nm a t c h ,n e t w o r ks e c u r i t y m a s t e r :z h a n g , b i n g i d :0 1s 0 6 0 3 7i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在刘乃琦导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 签名: 韭基 日期:2 0 0 4 年3 月1 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 、i 办 签名:旌t 导师签名:吵i 可 。 日期:i 0 0 4 年 月j 日 u e s t cm a s t e ra r t i c l et h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f n i d sb a s e d0 1 1i x p 2 4 0 0 c h a p t e r l :p r e f a c e 1 1 :t h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e t h i sp r o j e c tc o m e sf r o mu e s t ci n t e ll a b i n t e ll a bp r o v i d e su sh a r d w a r ea n d s o f t w a r ee n v i r o n m e n t t h ef i r s tp h a s eo ft h i sp r o j e c tw a sp r o c e s s e da tu e s t ci n t e ll a b t h es e c o n dp h a s ew a sf i n i s h e da ti n t e lc h i n as o f t w a r ec e n t e r ( i c s c ) b e c a u s e1w o r ka t i c s ca sa ni n t e r n m ya d v i s o r ,p r o f l i u ,p u t st h ep r o j e c tf o r w a r d ,a n dt h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o ni sm a i n l yb ym e t h i sn i d ss y s t e mi sd i f f e r e n tf r o mt h en o r m a ln i d s b e c a u s ei ta d o p t si n t e ln e w e s tn e t w o r k p r o c e s s o r ,i x v 2 4 0 0 t h es y s t e mc a r lb eu s e di n h i g h s p e e de n t e r p r i s e n e t w o r k t h ep a c k e t st h a tc o m ef r o mi n t e r n e ta r er e c e i v e d b y i x p 2 4 0 0 ,a n dt h e na n a l y z e db yd e t e c t i o nm o d u l ee m b e d d e di ns a r m o fi x p 2 4 0 0 i f s o m ei n t e n tt oa t t a c kh a sb e e ni n s p e c t e d t h er e s p o n s em o d u l ew o u l dd e a lw m lt h e s e p a c k e t sa u t o m a t i c a l l yw i t h o u t n e t w o r ka d m i n i s t r a t o r sm a n a g e m e n t w i t h c o m p u t e r n e t w o r k t e c h n o l o g yb e c o m i n g m o r em a t u r e d a y a f t e r d a y , p e o p l e sd a i l y w o r k sa n da c t i v i t i e s d e p e n do nc o m p u t e rn e t w o r km o r ea n dm o l l n e t w o r ks e c u r i t y e n s u r e st h e d e v e l o p m e n t o ft h en e t w o r k t e c h n o l o g y n o w ,t h e t r a d i t i o n a ln e t w o r k p r o t e c t i o nm e c h a n i s mc a n n o tm e e tt h er e q u i r e m e n to fs e c u r i t y - h i g h s e n s i t i v i t yd e p a r t m e n t a t t a c k so i l t h ec o m p u t e ri n f r a s t r u c t u r e sa r eas e r i o u sp r o b l e m o v e rt h ep a s t l0y e a r s ,t h e g r o w i n gn u m b e ro fc o m p u t e rs e c u r i t y i n c i d e n t so nt h e i n t e r n e th a sr e f l e c t e dt h eg r o w t ho ft h ei n t e m e ti t s e l eb e c a u s em o s td e p l o y e dc o m p u t e r s y s t e m sa r e v u l n e r a b l et oa t t a c k ,i n t r u s i o nd e t e c t i o ns y s t e m ( i d s ) i sa r a p i d l yd e v e l o p i n g f i e l d i n t r u s i o nd e t e c t i o ni sa ni m p o r t a n tt e c h n o l o g yb u s i n e s ss e c t o ra sw e l la sa na c t i v e a r e ao fr e s e a r c h t h ec u r r e n ti n t r u s i o nd e t e c t i o ni sf a c e d 、撕t hm a n yp r o b l e m s s u c ha s e f f i c i e n c y ,f a l s ea l e r ta n df a i l u r e a l e r t i n t r u s i o nd e t e c t i o nh a sb e c o m eab o t t l e n e c ko f h i g h - s p e e de n t e r p r i s en e t w o r k s ot h ed e t e c t i o nr a t es e e m st ob ev e r yi m p o r t a n ti nm a n y p r o b l e m s t or e a l i z es o m ef u n c t i o no fi d sb yh a r d w a r ei s ag o o di d e a i n t e ln e t w o r k p r o c e s s o r ,w h i c hc a np r o v i d eah i g h - p e r f o r m a n c ea n do e m p r o g r a m m a b l ep l a t f o r mf o r i m p l e m e n t i n gn e wd a t a - p l a n ea p p l i c a t i o n ,o f f e r s u sag o o ds o l u t i o n i tn o to n l yc a n i n c r e a s ed e t e c t i o ne f f i c i e n c yb u ta l s oc a nd e c r e a s ef a l s ea l e r ta n df a i l u r ea l e r t it h i n kt h i s s y s t e m h a sg r e a tp r a c t i c a b i l i t yi ns o l v i n gt h ec u r r e n tn e t w o r ks e c u r i t yp r o b l e m m a s t e r :z h a n g ,b i n g i d :o l s 0 6 0 3 7 u e s t cm a s t e ra r t i c l et h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f n i d sb a s e do n1 x p 2 4 0 0 1 2 :a u t h o r sm a i nw o r k n i d sb a s e do ni x p 2 4 0 0i sav e r yc o m p l e xs y s t e m i ti si m p o s s i b l et od e v e l o pa m a t u r es y s t e mi ns u c hs h o r tt i m ea n db ys of e wp e o p l e im a i n l yw o r ka tt h es y s t e m d e s i g n ,m o d u l ed e s i g na n dr e s e a r c ho fd e t e c t i o nm e t h o d i n t e ln e t w o r kp r o c e s s o ri st h e n e w e s t p r o c e s s o r a n di tn e e d st i m et ol e a r n ih a v ed e s i g n e dt h es y s t e m m o d u l e ,i n c l u d i n g p a c k e tr e c e i v i n g ,i n t r u s i o nd e t e c t i o n ,a n dq u e u e sm a n a g e m e n t a n dt h r e a ds c h e d u l e r t h e e n t i r es y s t e mi si m p l e m e n t e da ti x as d k3 0b u tn o th a r d w a r eo fi x p 2 4 0 0b e c a u s e t h e r ei sn oh a r d w a r ei nl a b i x as d k 3 0p r o v i d e su sas i m u l a t o r ,w h i c hc a r ls i m u l a t e t h eh a r d w a r ee n v i r o n m e n to fi x p 2 4 0 0 i na d d i t i o n ,ih a v ep r o g r a m m e dt or e a l i z et h e s y s t e mt h a th a se s s e n t i a l f u n c t i o n p a c k e tr e c e i v i n gm o d u l ec a nr e c e i v ep a c k e tf r o m r b u fo fi x p 2 4 0 0a n ds t r i po f rp p ph e a d e ro re t h e m e th e a d e r i n t r u s i o nd e t e c t i o n m o d u l ea n a l y z e st h er e c e i v e di pp a c k e t s a tf i r s ti t p r o c e s s e sp r o t o c o la n a l y s i s ,t h e n m a k e sp a t t e r nm a t c hw i t l lr u l e sa c c o r d i n gt od i f f e r e n tp r o t o c 0 1 q u e u e sm a n a g e m e n t m o d u l em a n a g e sd a t as t r u c t u r es u c ha sq u e u e ,r i n ga n dc h a i ni no r d e rt oa c h i e v eh i g h p e r f o r m a n c e i x p 2 4 0 0 h a se i g h tm i c r o e n g i n e sa n de v e r y m i c r o e n g i n eh a se i g h t t h r e a d s s c h e d u l e ri su s e dt or e a l i z et h es y n c h r o n i z a t i o na n dm u t e xo f t h r e a d s ih a v ed e s i g n e dt h e f o u rm o d u l e sa b o v e t h ec o d i n gw o r kc o n c e n t r a t e so ni n t r u s i o nd e t e c t i o nm o d u l e ,a n d m o d i f i e so t h e rm o d u l e s i naw o r d ,m ym a i nw o r k : t ol e a r l la b o u tt h eh a r d w a r ea r c h i t e c t u r eo f l x p 2 4 0 0 t or e s e a r c hd e t e c t i o ne f f i c i e n c yo fa l lk i n d so fi n t r u s i o nd e t e c t i o na r i t h m e t i c i a n a n df i n dt h em o s te f f e c t i v ea r i t h m e t i c t od e s i g nt h es y s t e mm o d u l e ,i n c l u d i n gp a c k e tr e c e i v e ,i n t r u s i o nd e t e c t i o n , q u e u e sm a n a g e m e n t a n da l e r tc o m m u n i c a t i o n t o p r o g r a m t or e a l i z es o m em o d u l e s 1 3 :s t r u c t u r ea r r a n g e m e n to f a r t i c l e t h ef o l l o w i n g sa r et h es t r u c t u r ea r r a n g e m e n to f t m sa r t i c l e : c h a p t e r o n e ;p r e f a c e m a s t e r :z h a n g ,b i n g i d :0 1 s 0 6 0 3 7 2 u e s t cm a s t e ra r t i c l e t h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f n i d sb a s e do ni x p 2 4 0 0 t h e c h a p t e rd e s c r i b e st h eb a c k g r o u n do fp r o j e c ta n d t h em o t i v ea n d s i g n i f i c a n c eo f r e s e a r c h c h a p t e r t w o :a no u t l i n eo f i d s t h ec h a p t e rd e s c r i b e ss o m eb a s i cc o n c e p t sa n dc u r r e n td e v e l o p m e n t i ti n c l u d e s c i d f ,i n t r u s i o na n a l y s i sm e t h o da n dc u r r e n tf a c e dd i f f i c u l t i e s ,a tl a s t ,i tp r o v i d e sa ni n d e p t hl o o k a tt h ec u r r e n ts t a t eo f l d s t e c h n o l o g y c h a p t e r t h r e e :i n t e ln e t w o r kp r o c e s s o ri x p 2 4 0 0 t h ec h a p t e r f i r s t l y i n t r o d u c e si x at e c h n o l o g ya n dt h eh a r d w a r es t r u c t u r e o f 1 x p 2 4 0 0 t h ei x a p o a a b i l i t yf r a m e w o r ki sd e s c r i b e d , a sa na p p l i c a t i o no ni x p 2 4 0 0 , a n dt h e nw e p u tf o r w a r dt h es o i n t i o nt on i d sb a s e do ni x p 2 4 0 0 a tl a s tw ee x p l m nt h e s u p e r i o r i t yo f t h i ss o l u t i o nb r i e f l y c h a p t e r f o u r :t h ed e s i g no f n i d sb a s e do ni x p 2 4 0 0 t h ec h a p t e ri st h em o s ti m p o r t a n tp a r to ft h i sa r t i c l e a tf i r s t ,w ea n a l y z es y s t e m r e q u i r e m e n t ,i n c l u d i n gf u n c t i o nr e q u i r e m e n ta n di n t e r f a c er e q u i r e m e n t 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