【数据安全】敏感字过滤方案总结

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简介: 【数据安全】敏感字过滤方案总结

【数据安全】敏感字过滤方案总结
1.Trie 树实现方案
2.AC自动机方案
3.DFA算法方案
4.开源方案
1.Trie 树实现方案
Trie 树 也称为字典树、单词查找树,哈希树的一种变种,通常被用于字符串匹配,用来解决在一组字符串集合中快速查找某个字符串的问题

当我们要查找对应的字符串“东京热”的话,我们会把这个字符串切割成单个的字符“东”、“京”、“热”,然后我们从 Trie 树的根节点开始匹配。

Trie 树的核心原理其实很简单,就是通过公共前缀来提高字符串匹配效率

Trie trie = new PatriciaTrie<>();
trie.put("Abigail", "student");
trie.put("Abi", "doctor");
trie.put("Annabel", "teacher");
trie.put("Christina", "student");
trie.put("Chris", "doctor");
Assertions.assertTrue(trie.containsKey("Abigail"));
assertEquals("{Abi=doctor, Abigail=student}", trie.prefixMap("Abi").toString());
assertEquals("{Chris=doctor, Christina=student}", trie.prefixMap("Chr").toString());
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Trie 树是一种利用空间换时间的数据结构,占用的内存会比较大。也正是因为这个原因,实际工程项目中都是使用的改进版 Trie 树例如双数组 Trie 树。相比较于 Trie 树,DAT 的内存占用极低,可以达到 Trie 树内存的 1%左右。DAT 在中文分词、自然语言处理、信息检索等领域有广泛的应用,是一种非常优秀的数据结构

代码如下:

/**

  • DoubleArrayTrie: Java implementation of Darts (Double-ARray Trie System)
  • Copyright(C) 2001-2007 Taku Kudo <taku@chasen.org>

  • Copyright(C) 2009 MURAWAKI Yugo <murawaki@nlp.kuee.kyoto-u.ac.jp>

  • Copyright(C) 2012 KOMIYA Atsushi <komiya.atsushi@gmail.com>
  • The contents of this file may be used under the terms of either of the GNU
  • Lesser General Public License Version 2.1 or later (the "LGPL"), or the BSD
  • License (the "BSD").

  • */
    package darts;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class DoubleArrayTrie {
private final static int BUF_SIZE = 16384;
private final static int UNIT_SIZE = 8; // size of int + int

private static class Node {
    int code;
    int depth;
    int left;
    int right;
};

private int check[];
private int base[];

private boolean used[];
private int size;
private int allocSize;
private List<String> key;
private int keySize;
private int length[];
private int value[];
private int progress;
private int nextCheckPos;
// boolean no_delete_;
int error_;

// int (*progressfunc_) (size_t, size_t);

// inline _resize expanded
private int resize(int newSize) {
    int[] base2 = new int[newSize];
    int[] check2 = new int[newSize];
    boolean used2[] = new boolean[newSize];
    if (allocSize > 0) {
        System.arraycopy(base, 0, base2, 0, allocSize);
        System.arraycopy(check, 0, check2, 0, allocSize);
        System.arraycopy(used2, 0, used2, 0, allocSize);
    }

    base = base2;
    check = check2;
    used = used2;

    return allocSize = newSize;
}

private int fetch(Node parent, List<Node> siblings) {
    if (error_ < 0)
        return 0;

    int prev = 0;

    for (int i = parent.left; i < parent.right; i++) {
        if ((length != null ? length[i] : key.get(i).length()) < parent.depth)
            continue;

        String tmp = key.get(i);

        int cur = 0;
        if ((length != null ? length[i] : tmp.length()) != parent.depth)
            cur = (int) tmp.charAt(parent.depth) + 1;

        if (prev > cur) {
            error_ = -3;
            return 0;
        }

        if (cur != prev || siblings.size() == 0) {
            Node tmp_node = new Node();
            tmp_node.depth = parent.depth + 1;
            tmp_node.code = cur;
            tmp_node.left = i;
            if (siblings.size() != 0)
                siblings.get(siblings.size() - 1).right = i;

            siblings.add(tmp_node);
        }

        prev = cur;
    }

    if (siblings.size() != 0)
        siblings.get(siblings.size() - 1).right = parent.right;

    return siblings.size();
}

private int insert(List<Node> siblings) {
    if (error_ < 0)
        return 0;

    int begin = 0;
    int pos = ((siblings.get(0).code + 1 > nextCheckPos) ? siblings.get(0).code + 1
            : nextCheckPos) - 1;
    int nonzero_num = 0;
    int first = 0;

    if (allocSize <= pos)
        resize(pos + 1);

    outer: while (true) {
        pos++;

        if (allocSize <= pos)
            resize(pos + 1);

        if (check[pos] != 0) {
            nonzero_num++;
            continue;
        } else if (first == 0) {
            nextCheckPos = pos;
            first = 1;
        }

        begin = pos - siblings.get(0).code;
        if (allocSize <= (begin + siblings.get(siblings.size() - 1).code)) {
            // progress can be zero
            double l = (1.05 > 1.0 * keySize / (progress + 1)) ? 1.05 : 1.0
                    * keySize / (progress + 1);
            resize((int) (allocSize * l));
        }

        if (used[begin])
            continue;

        for (int i = 1; i < siblings.size(); i++)
            if (check[begin + siblings.get(i).code] != 0)
                continue outer;

        break;
    }

    // -- Simple heuristics --
    // if the percentage of non-empty contents in check between the
    // index
    // 'next_check_pos' and 'check' is greater than some constant value
    // (e.g. 0.9),
    // new 'next_check_pos' index is written by 'check'.
    if (1.0 * nonzero_num / (pos - nextCheckPos + 1) >= 0.95)
        nextCheckPos = pos;

    used[begin] = true;
    size = (size > begin + siblings.get(siblings.size() - 1).code + 1) ? size
            : begin + siblings.get(siblings.size() - 1).code + 1;

    for (int i = 0; i < siblings.size(); i++)
        check[begin + siblings.get(i).code] = begin;

    for (int i = 0; i < siblings.size(); i++) {
        List<Node> new_siblings = new ArrayList<Node>();

        if (fetch(siblings.get(i), new_siblings) == 0) {
            base[begin + siblings.get(i).code] = (value != null) ? (-value[siblings
                    .get(i).left] - 1) : (-siblings.get(i).left - 1);

            if (value != null && (-value[siblings.get(i).left] - 1) >= 0) {
                error_ = -2;
                return 0;
            }

            progress++;
            // if (progress_func_) (*progress_func_) (progress,
            // keySize);
        } else {
            int h = insert(new_siblings);
            base[begin + siblings.get(i).code] = h;
        }
    }
    return begin;
}

public DoubleArrayTrie() {
    check = null;
    base = null;
    used = null;
    size = 0;
    allocSize = 0;
    // no_delete_ = false;
    error_ = 0;
}

// no deconstructor

// set_result omitted
// the search methods returns (the list of) the value(s) instead
// of (the list of) the pair(s) of value(s) and length(s)

// set_array omitted
// array omitted

void clear() {
    // if (! no_delete_)
    check = null;
    base = null;
    used = null;
    allocSize = 0;
    size = 0;
    // no_delete_ = false;
}

public int getUnitSize() {
    return UNIT_SIZE;
}

public int getSize() {
    return size;
}

public int getTotalSize() {
    return size * UNIT_SIZE;
}

public int getNonzeroSize() {
    int result = 0;
    for (int i = 0; i < size; i++)
        if (check[i] != 0)
            result++;
    return result;
}

public int build(List<String> key) {
    return build(key, null, null, key.size());
}

public int build(List<String> _key, int _length[], int _value[],
        int _keySize) {
    if (_keySize > _key.size() || _key == null)
        return 0;

    // progress_func_ = progress_func;
    key = _key;
    length = _length;
    keySize = _keySize;
    value = _value;
    progress = 0;

    resize(65536 * 32);

    base[0] = 1;
    nextCheckPos = 0;

    Node root_node = new Node();
    root_node.left = 0;
    root_node.right = keySize;
    root_node.depth = 0;

    List<Node> siblings = new ArrayList<Node>();
    fetch(root_node, siblings);
    insert(siblings);

    // size += (1 << 8 * 2) + 1; // ???
    // if (size >= allocSize) resize (size);

    used = null;
    key = null;

    return error_;
}

public void open(String fileName) throws IOException {
    File file = new File(fileName);
    size = (int) file.length() / UNIT_SIZE;
    check = new int[size];
    base = new int[size];

    DataInputStream is = null;
    try {
        is = new DataInputStream(new BufferedInputStream(
                new FileInputStream(file), BUF_SIZE));
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            base[i] = is.readInt();
            check[i] = is.readInt();
        }
    } finally {
        if (is != null)
            is.close();
    }
}

public void save(String fileName) throws IOException {
    DataOutputStream out = null;
    try {
        out = new DataOutputStream(new BufferedOutputStream(
                new FileOutputStream(fileName)));
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            out.writeInt(base[i]);
            out.writeInt(check[i]);
        }
        out.close();
    } finally {
        if (out != null)
            out.close();
    }
}

public int exactMatchSearch(String key) {
    return exactMatchSearch(key, 0, 0, 0);
}

public int exactMatchSearch(String key, int pos, int len, int nodePos) {
    if (len <= 0)
        len = key.length();
    if (nodePos <= 0)
        nodePos = 0;

    int result = -1;

    char[] keyChars = key.toCharArray();

    int b = base[nodePos];
    int p;

    for (int i = pos; i < len; i++) {
        p = b + (int) (keyChars[i]) + 1;
        if (b == check[p])
            b = base[p];
        else
            return result;
    }

    p = b;
    int n = base[p];
    if (b == check[p] && n < 0) {
        result = -n - 1;
    }
    return result;
}

public List<Integer> commonPrefixSearch(String key) {
    return commonPrefixSearch(key, 0, 0, 0);
}

public List<Integer> commonPrefixSearch(String key, int pos, int len,
        int nodePos) {
    if (len <= 0)
        len = key.length();
    if (nodePos <= 0)
        nodePos = 0;

    List<Integer> result = new ArrayList<Integer>();

    char[] keyChars = key.toCharArray();

    int b = base[nodePos];
    int n;
    int p;

    for (int i = pos; i < len; i++) {
        p = b;
        n = base[p];

        if (b == check[p] && n < 0) {
            result.add(-n - 1);
        }

        p = b + (int) (keyChars[i]) + 1;
        if (b == check[p])
            b = base[p];
        else
            return result;
    }

    p = b;
    n = base[p];

    if (b == check[p] && n < 0) {
        result.add(-n - 1);
    }

    return result;
}

// debug
public void dump() {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        System.err.println("i: " + i + " [" + base[i] + ", " + check[i]
                + "]");
    }
}

}

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2.AC自动机方案
Aho-Corasick(AC)自动机是一种建立在 Trie 树上的一种改进算法,是一种多模式匹配算法
AC 自动机算法使用 Trie 树来存放模式串的前缀,通过失败匹配指针(失配指针)来处理匹配失败的跳转

如果使用上面提到的 DAT 来表示 AC 自动机 ,就可以兼顾两者的优点,得到一种高效的多模式匹配算法

https://github.com/hankcs/AhoCorasickDoubleArrayTrie

3.DFA算法方案
DFA即确定有穷自动机,与之对应的是 NFA(不确定有穷自动机)

hutool代码仓中提供了 DFA 算法的实现:

https://github.com/dromara/hutool/tree/v5-master/hutool-dfa/src/main/java/cn/hutool/dfa

使用案例:

WordTree wordTree = new WordTree();
wordTree.addWord("大");
wordTree.addWord("大憨憨");
wordTree.addWord("憨憨");
String text = "那人真是个大憨憨!";
// 获得第一个匹配的关键字
String matchStr = wordTree.match(text);
System.out.println(matchStr);
// 标准匹配,匹配到最短关键词,并跳过已经匹配的关键词
List matchStrList = wordTree.matchAll(text, -1, false, false);
System.out.println(matchStrList);
//匹配到最长关键词,跳过已经匹配的关键词
List matchStrList2 = wordTree.matchAll(text, -1, false, true);
System.out.println(matchStrList2);
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4.开源方案
1、https://github.com/toolgood/ToolGood.Words

一款高性能敏感词(非法词/脏字)检测过滤组件,附带繁体简体互换,支持全角半角互换,汉字转拼音,模糊搜索等功能

2、https://github.com/hooj0/sensitive-words-filter

敏感词过滤项目,提供 TTMP、DFA、DAT、hash bucket、Tire 算法支持过滤。可以支持文本的高亮、过滤、判词、替换的接口支持

3、敏感词数据(涉黄政黑)

https://github.com/LDNOOBW/List-of-Dirty-Naughty-Obscene-and-Otherwise-Bad-Words

文章知识点与官方知识档案匹配,可进一步学习相关知识
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