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面向安全协议的虚拟化可编程数据平面

祝现威 常朝稳 秦晰 左志斌

祝现威, 常朝稳, 秦晰, 左志斌. 面向安全协议的虚拟化可编程数据平面[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(1): 226-233. doi: 10.11999/JEIT190720
引用本文: 祝现威, 常朝稳, 秦晰, 左志斌. 面向安全协议的虚拟化可编程数据平面[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(1): 226-233. doi: 10.11999/JEIT190720
Xianwei ZHU, Chaowen CHANG, Xi QIN, Zhibin ZUO. VCP4: Virtualization of the Programmable Data Plane for Security Protocol[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2021, 43(1): 226-233. doi: 10.11999/JEIT190720
Citation: Xianwei ZHU, Chaowen CHANG, Xi QIN, Zhibin ZUO. VCP4: Virtualization of the Programmable Data Plane for Security Protocol[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2021, 43(1): 226-233. doi: 10.11999/JEIT190720

面向安全协议的虚拟化可编程数据平面

doi: 10.11999/JEIT190720
基金项目: 国家自然科学基金(61572517)
详细信息
    作者简介:

    祝现威:男,1991年生,博士生,研究方向为SDN安全、可编程数据平面

    常朝稳:男,1966年生,教授,研究方向为信息安全、可信计算

    秦晰:女,1978年生,副教授,研究方向为SDN安全、可信计算

    左志斌:男,1988年生,讲师,研究方向为SDN安全、可编程数据平面

    通讯作者:

    祝现威 1056670972@qq.com

  • 中图分类号: TN918; TO391

VCP4: Virtualization of the Programmable Data Plane for Security Protocol

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61572517)
  • 摘要:

    随着网络安全技术的发展,越来越多网络安全协议出现,因此需要网络转发设备对网络安全协议提供支持。可编程数据平面由于其协议的无关性,能够实现安全协议的快速部署。但当前可编程数据平面存在包头多次解析、独占数据平面和密码算法实现难的问题。针对上述问题,该文提出一种面向安全协议的虚拟化可编程数据平面(VCP4),其通过引入描述头降低包头解析次数,提高包头解析效率。使用控制流队列生成器和动态映射表实现可编程数据平面的虚拟化,实现多租户下数据平面的隔离,解决独占数据平面问题。在VCP4的语言编译器中添加密码算法原语,实现密码算法可重用。最后针对VCP4资源利用率,虚拟化性能和安全协议性能进行实验评估,结果显示在实现功能的基础上带来较小的性能损失,且能降低50%的代码量。

  • 图  1  VCP4总体架构

    图  2  Match-action解耦

    图  3  动态映射表

    图  4  VCP4中程序处理过程

    图  5  可编程数据平面资源利用率对比

    图  6  可编程数据平面虚拟化性能对比

    图  7  可编程数据平面安全协议性能对比

    表  1  密码算法原语列表

    功能引用注释描述
    欧几里得算法@VCP4_gcd求最大公约数
    蒙哥马利算法@VCP4_power对索引变量进行模幂运算
    循环@VCP4_for迭代索引变量
    MD5@VCP4_hash对索引变量进行MD5运算
    极大极小值@VCP4_minmax从输入列表中选择最大或最小值决定动作执行
    循环移位@VCP4_ROL对索引变量进行循环移位
    条件测试@VCP4_cmp对索引变量进行条件测试
    比特置换@VCP4_byte对索引变量进行置换,实现扩散
    S-盒运算@VCP4_S对二进制数进行盒运算
    有限域乘法@VCP4_GF对索引变量进行有限域乘法运算
    同步多播@VCP4_sync多个可编程平面共享状态
    同步单播@VCP4_echo与目标可编程平面共享状态
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-17
  • 修回日期:  2020-08-30
  • 网络出版日期:  2020-09-16
  • 刊出日期:  2021-01-15

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