员工桌面监控软件中的C#布隆过滤器算法实践

using System;
using System.Security.Cryptography;
namespace DesktopMonitoring.BloomFilter
{
    /// <summary>
    /// 员工桌面监控软件敏感文件校验布隆过滤器
    /// </summary>
    public class SensitiveFileBloomFilter
    {
        // 二进制位数组（使用BitArray节省内存）
        private readonly System.Collections.BitArray _bitArray;
        // 哈希函数个数
        private readonly int _hashFunctionCount;
        // 位数组长度
        private readonly int _bitArrayLength;
        /// <summary>
        /// 构造函数
        /// </summary>
        /// <param name="expectedItemCount">预期存储的敏感文件路径数量</param>
        /// <param name="falsePositiveRate">可接受的误判率</param>
        public SensitiveFileBloomFilter(int expectedItemCount, double falsePositiveRate)
        {
            // 计算最优位数组长度和哈希函数个数
            _bitArrayLength = CalculateOptimalBitArrayLength(expectedItemCount, falsePositiveRate);
            _hashFunctionCount = CalculateOptimalHashFunctionCount(expectedItemCount, _bitArrayLength);
            _bitArray = new System.Collections.BitArray(_bitArrayLength);
        }
        /// <summary>
        /// 添加敏感文件路径到布隆过滤器
        /// </summary>
        /// <param name="filePath">敏感文件路径</param>
        public void Add(string filePath)
        {
            if (string.IsNullOrEmpty(filePath))
                throw new ArgumentNullException(nameof(filePath));
            // 通过双重哈希生成多个哈希值（减少哈希函数数量的优化方案）
            var (hash1, hash2) = GetDoubleHash(filePath);
            for (int i = 0; i < _hashFunctionCount; i++)
            {
                int index = (int)((hash1 + i * hash2) % _bitArrayLength);
                _bitArray[index] = true;
            }
        }
        /// <summary>
        /// 判断文件路径是否可能为敏感文件
        /// </summary>
        /// <param name="filePath">待校验文件路径</param>
        /// <returns>true：可能为敏感文件；false：一定不是敏感文件</returns>
        public bool MightContain(string filePath)
        {
            if (string.IsNullOrEmpty(filePath))
                return false;
            var (hash1, hash2) = GetDoubleHash(filePath);
            for (int i = 0; i < _hashFunctionCount; i++)
            {
                int index = (int)((hash1 + i * hash2) % _bitArrayLength);
                if (!_bitArray[index])
                    return false;
            }
            return true;
        }
        /// <summary>
        /// 计算最优位数组长度
        /// </summary>
        private int CalculateOptimalBitArrayLength(int n, double p)
        {
            return (int)Math.Ceiling(n * Math.Log(p, Math.E) / Math.Log(1 / Math.Pow(2, Math.Log(2, Math.E))));
        }
        /// <summary>
        /// 计算最优哈希函数个数
        /// </summary>
        private int CalculateOptimalHashFunctionCount(int n, int m)
        {
            return (int)Math.Round((double)m / n * Math.Log(2, Math.E));
        }
        /// <summary>
        /// 双重哈希获取两个基础哈希值
        /// </summary>
        private (long Hash1, long Hash2) GetDoubleHash(string input)
        {
            using var sha256 = SHA256.Create();
            byte[] hashBytes = sha256.ComputeHash(System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(input));
            // 拆分哈希字节数组为两个64位哈希值
            long hash1 = BitConverter.ToInt64(hashBytes, 0);
            long hash2 = BitConverter.ToInt64(hashBytes, 8);
            return (hash1, hash2);
        }
    }
    // 应用示例
    public class MonitoringDemo
    {
        public static void Main()
        {
            // 初始化布隆过滤器：预期存储10万条敏感路径，误判率0.01%
            var bloomFilter = new SensitiveFileBloomFilter(100000, 0.0001);
            
            // 模拟加载敏感文件路径（实际从配置中心或数据库加载）
            string[] sensitivePaths = { @"D:\Company\Confidential\财务数据.xlsx", @"E:\Projects\核心代码\API密钥.txt" };
            foreach (var path in sensitivePaths)
            {
                bloomFilter.Add(path);
            }
            // 员工桌面监控软件实时校验场景
            string userAccessedPath = @"D:\Company\Confidential\财务数据.xlsx";
            if (bloomFilter.MightContain(userAccessedPath))
            {
                Console.WriteLine("疑似访问敏感文件，触发数据库二次校验...");
                // 此处调用数据库查询接口进行精确校验
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("文件访问安全，放行操作");
            }
        }
    }
}