Algorithmes et architectures pour l'implémentation de la détection d'expressions régulières

The next generation of mobile networks, called 5G, is expected to achieve significantly better performance than present networks : latency 10x smaller, throughput 100x higher with 100x more connected devices over the so-called 4G. Moreover, service providers and network administrators will need more configurable systems able to rapidly support new protocols. Furthermore, the power consumption of the resulting network infrastructure remains a critical consideration. A possible solution to meet all those requirements involves the use of FPGAs. However, the development complexity causes integration difficulties. In addition, computers and data-centers are more and more critical systems. Consequently, security is an important issue. This motivates introducing Intrusion Detection Systems (IDS), which perform Deep Packet Inspection (DPI). IDSs compare the network flow against a set of rules that are expressed with strings and regular expressions. This thesis proposes three contributions in regard to FPGAs utilization for text and regular expression search. Those contributions respect the latency constraint of networks and are implemented into FPGAs.

Résumé

La prochaine génération de réseau mobile, la 5G, devrait supporter des latences 10 fois plus faibles avec des débits et un nombre d'appareils connectés 100 fois plus importants qu'aujourd'hui. Dans le même temps, les opérateurs et les gestionnaires de réseaux veulent des systèmes plus modulaires qui puissent s'adapter rapidement aux nouveaux protocoles, mais qui ne consomment pas plus d'énergie que les solutions actuelles. Les opérateurs et administrateurs sont donc de plus en plus intéressés par des plateformes reconfigurables telles que des FPGA. Cependant, ces plateformes nécessitent encore des experts pour être utilisées et ont des temps de développement qui peuvent être longs ce qui les rend difficiles à intégrer. De plus, les infrastructures informatiques sont des éléments de plus en plus critiques pour le fonctionnement de l'économie. La sécurité des réseaux est donc devenue un point important pour protéger ces infrastructures. Actuellement la protection des réseaux est effectuée en utilisant des Systèmes de Détection d'Intrusions — Intrusion Detection System (IDS) qui effectuent l'inspection en profondeur de paquets — Deep Packet Inspection (DPI). Pour permettre la protection, les IDS comparent le contenu des paquets transitant sur le réseau à des règles prédéterminées. Ces règles sont représentées soit par des chaînes de caractères ou bien des expressions régulières. Dans ce mémoire, nous proposons trois contributions en rapport à l'utilisation de FPGA pour effectuer de la recherche de texte et d'expressions régulières dans les réseaux. Ces trois réalisations sont implémentées sur des FPGA et respectent les contraintes de latence liées aux réseaux.