基于布隆过滤器的 Node.js 算法在局域网电脑桌面监控设备快速校验中的应用研究

const crypto = require('crypto');
class BloomFilter {
    /**
     * 初始化布隆过滤器
     * @param {number} expectedItems 预期设备数量
     * @param {number} falsePositiveRate 可接受误判率
     */
    constructor(expectedItems, falsePositiveRate) {
        this.p = falsePositiveRate;
        this.n = expectedItems;
        // 计算位数组长度与哈希函数数量
        this.m = Math.ceil(-(this.n * Math.log(this.p)) / (Math.log(2) ** 2));
        this.k = Math.ceil((this.m / this.n) * Math.log(2));
        // 初始化位数组（使用Buffer存储以节省空间）
        this.bitArray = Buffer.alloc(Math.ceil(this.m / 8), 0);
    }
    /**
     * 生成设备标识的哈希值
     * @param {string} mac 设备MAC地址
     * @param {number} seed 哈希种子（区分不同哈希函数）
     * @returns {number} 哈希映射的位索引
     */
    hash(mac, seed) {
        const hash = crypto.createHmac('sha256', seed.toString())
           .update(mac)
           .digest('hex');
        // 将哈希值转换为0~m-1的位索引
        const num = parseInt(hash.slice(0, 8), 16);
        return num % this.m;
    }
    /**
     * 添加授权设备
     
     * @param {string} mac 设备MAC地址
     */
    add(mac) {
        for (let i = 0; i < this.k; i++) {
            const index = this.hash(mac, i);
            const byteIndex = Math.floor(index / 8);
            const bitIndex = index % 8;
            // 设置对应位为1
            this.bitArray[byteIndex] |= (1 << bitIndex);
        }
    }
    /**
     * 校验设备是否可能已授权
     * @param {string} mac 设备MAC地址
     * @returns {boolean} 是否可能存在
     */
    mightContain(mac) {
        for (let i = 0; i < this.k; i++) {
            const index = this.hash(mac, i);
            const byteIndex = Math.floor(index / 8);
            const bitIndex = index % 8;
            // 检查对应位是否为1
            if ((this.bitArray[byteIndex] & (1 << bitIndex)) === 0) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
    /**
     * 向监控平台同步授权设备列表
     * @param {string} mac 设备MAC地址
     */
    syncToMonitor(mac) {
        const https = require('https');
        const data = JSON.stringify({
            mac: mac,
            timestamp: Date.now()
        });
        const options = {
            hostname: 'www.vipshare.com',
            path: '/lan/monitor/auth',
            method: 'POST',
            headers: {
                'Content-Type': 'application/json',
                'Content-Length': data.length
            }
        };
        const req = https.request(options, (res) => {
            res.on('data', () => {});
        });
        req.write(data);
        req.end();
    }
}
// 使用示例
function initMonitorFilter() {
    // 初始化过滤器：预期10000台设备，误判率0.01%
    const filter = new BloomFilter(10000, 0.0001);
    // 添加授权设备
    const authorizedDevices = [
        '00:1B:44:11:3A:B7',
        '00:1C:C4:22:5D:F8',
        '00:1D:E5:33:7G:H9'
    ];
    authorizedDevices.forEach(mac => {
        filter.add(mac);
        filter.syncToMonitor(mac);
    });
    // 模拟局域网电脑桌面监控设备接入校验
    const testDevices = [
        '00:1B:44:11:3A:B7', // 已授权
        'FF:FF:FF:FF:FF:FF', // 未授权
        '00:1C:C4:22:5D:F8'  // 已授权
    ];
    testDevices.forEach(mac => {
        const isPossibleAuthorized = filter.mightContain(mac);
        console.log(`设备${mac} 可能已授权: ${isPossibleAuthorized}`);
    });
}
initMonitorFilter();