Fast Regular Expression Matching Using FPGA

V práci je vysvětluje několik algoritmů pro vyhledávání výrazů v textu. Algoritmy pracují v software i hardware. Část práce   se zabývá rozšířením konečných automatů. Další část práce vysvětluje, jak funguje hash a představuje koncept perfektního hashování a CRC. Součástí práce je návrh možné struktury  vyhledávací jednotky založené na deterministických konečných automatech v FPGA. V rámci práce byly provedeny exprimenty pro zjištění podoby výsledných konečných automatů.The thesis explains several algorithms for pattern matching. Algorithms work in both software and hardware. A part of the thesis is dedicated to extensions of finite automatons. The second part explains hashing and introduces concept of perfect hashing and CRC. The thesis also includes a suggestion of possible structure of a pattern matching unit based on deterministic finite automatons in FPGA. Experiments for determining the structure and size of resulting automatons were done in this thesis.

OPTIMIZATION OF ALGORITHMS AND DATA STRUCTURES FOR REGULAR EXPRESSION MATCHING USING FPGA TECHNOLOGY

Disertační práce se zabývá rychlým vyhledáváním regulárních výrazů v síťovém provozu s použitím technologie FPGA. Vyhledávání regulárních výrazů v síťovém provozu je výpočetně náročnou operací využívanou převážně v oblasti síťové bezpečnosti a v oblasti monitorování provozu vysokorychlostních počítačových sítí. Současná řešení neumožňují dosáhnout požadovaných multigigabitových propustností při dodržení všech požadavků, které jsou na vyhledávací jednotky kladeny. Nejvyšších propustností dosahují implementace založené na využití inovativních hardwarových architektur implementovaných v FPGA případně v ASIC. Tato disertační práce popisuje nové architektury vyhledávací jednotky, které jsou vhodné pro implementaci jak v FPGA tak v ASIC. Základní myšlenkou navržených architektur je využití perfektní hashovací funkce pro implementaci přechodové tabulky konečného automatu. Dále byla navržena architektura, která umožňuje uživateli zanést malou pravděpodobnost chyby při vyhledávání a tím snížit paměťové nároky vyhledávací jednotky. Disertační práce analyzuje vliv pravděpodobnosti této chyby na celkovou spolehlivost systému a srovnává ji s řešením používaným v současnosti. V rámci disertační práce byla provedena měření vlastností regulárních výrazů používaných při analýze provozu moderních počítačových sítí. Z provedené analýzy vyplývá, že velká část regulárních výrazů je vhodná pro implementaci pomocí navržených architektur. Pro dosažení vysoké propustnosti vyhledávací jednotky práce navrhuje nový algoritmus transformace abecedy, který umožňuje, aby vyhledávací jednotka zpracovala více znaků v jednom kroku. Na rozdíl od současných metod, navržený algoritmus umožňuje konstrukci automatu zpracovávajícího libovolný počet symbolů v jednom taktu. Implementované architektury dosahují v porovnání se současnými metodami úspory paměti zlepšení až 200MB