基于 PHP 布隆过滤器的局域网监控管理工具异常行为检测算法研究

<?php
/**
 * 适配局域网监控管理工具的布隆过滤器类
 * 用于检测设备MAC地址是否在授权白名单中
 */
class BloomFilter {
    private $bitArray;    // 位数组（用字符串模拟，每个字符存储8位二进制）
    private $bitSize;     // 位数组总长度（位）
    private $hashCount;   // 哈希函数个数
    /**
     * 初始化布隆过滤器
     * @param int $expectedN 预期存储的授权设备数量
     * @param float $falseRate 可接受误判率（如0.0001）
     */
    public function __construct(int $expectedN, float $falseRate) {
        // 计算最优位数组长度与哈希函数个数
        $this->bitSize = (int)ceil(-($expectedN * log($falseRate)) / (log(2) ** 2));
        $this->hashCount = (int)ceil(($this->bitSize / $expectedN) * log(2));
        // 初始化位数组（每个字符代表8位，总长度为bitSize/8向上取整）
        $byteLength = (int)ceil($this->bitSize / 8);
        $this->bitArray = str_repeat(chr(0), $byteLength);
    }
    /**
     * 生成k个哈希值（基于MAC地址）
     * @param string $mac 设备MAC地址（如"00:1A:2B:3C:4D:5E"）
     * @return array 哈希值数组（对应位数组下标）
     */
    private function getHashIndices(string $mac): array {
        $indices = [];
        $mac = str_replace(':', '', $mac); // 去除MAC地址中的分隔符
        for ($i = 0; $i < $this->hashCount; $i++) {
            // 结合哈希盐值生成不同哈希值（避免哈希碰撞集中）
            $salt = $i . 'lan_monitor_salt';
            $hash = hash('sha256', $mac . $salt);
            // 将哈希值转为十进制，取模得到位数组下标
            $decimal = hexdec(substr($hash, 0, 8)); // 截取前8位十六进制转十进制
            $indices[] = $decimal % $this->bitSize;
        }
        return $indices;
    }
    /**
     * 将授权设备MAC添加到布隆过滤器（白名单）
     * @param string $mac 授权设备MAC地址
     */
    public function addAuthorizedMac(string $mac): void {
        $indices = $this->getHashIndices($mac);
        foreach ($indices as $index) {
            $bytePos = (int)floor($index / 8); // 计算对应字节位置
            $bitPos = $index % 8;              // 计算字节内的位位置
            // 将对应位设为1（通过位运算实现）
            $this->bitArray[$bytePos] = chr(ord($this->bitArray[$bytePos]) | (1 << $bitPos));
        }
    }
    /**
     * 检测设备MAC是否在授权白名单中（适配局域网监控管理工具实时检测）
     * @param string $mac 待检测设备MAC地址
     * @return bool true：可能在白名单（需二次验证）；false：一定不在白名单
     */
    public function isAuthorized(string $mac): bool {
        $indices = $this->getHashIndices($mac);
        foreach ($indices as $index) {
            $bytePos = (int)floor($index / 8);
            $bitPos = $index % 8;
            // 检查对应位是否为1，若任一为0则判定为未授权
            if ((ord($this->bitArray[$bytePos]) & (1 << $bitPos)) === 0) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
}
// -------------- 模拟局域网监控管理工具的异常检测流程 --------------
// 1. 初始化布隆过滤器（预期1000个授权设备，误判率0.001%）
$bloomFilter = new BloomFilter(1000, 0.00001);
// 2. 加载局域网监控管理工具的授权设备白名单（模拟10个授权MAC）
$authorizedMacs = [
    "00:1A:2B:3C:4D:5E", "00:1A:2B:3C:4D:5F",
    "00:1A:2B:3C:4D:60", "00:1A:2B:3C:4D:61",
    "00:1A:2B:3C:4D:62", "00:1A:2B:3C:4D:63",
    "00:1A:2B:3C:4D:64", "00:1A:2B:3C:4D:65",
    "00:1A:2B:3C:4D:66", "00:1A:2B:3C:4D:67"
];
foreach ($authorizedMacs as $mac) {
    $bloomFilter->addAuthorizedMac($mac);
}
// 3. 局域网监控管理工具检测新接入的5个设备
$newDevices = [
    "00:1A:2B:3C:4D:5E", // 授权设备（应检测为“可能授权”）
    "11:22:33:44:55:66", // 未授权设备（应检测为“未授权”）
    "00:1A:2B:3C:4D:67", // 授权设备（应检测为“可能授权”）
    "22:33:44:55:66:77", // 未授权设备（应检测为“未授权”）
    "00:1A:2B:3C:4D:68"  // 未授权设备（应检测为“未授权”）
];
echo "局域网监控管理工具异常设备检测结果：\n";
foreach ($newDevices as $mac) {
    $isAuth = $bloomFilter->isAuthorized($mac);
    $result = $isAuth ? "可能授权（需二次验证）" : "未授权（立即拦截）";
    echo "设备MAC: {$mac} -> 检测结果: {$result}\n";
}
?>