公司内网监控软件中的布隆过滤器算法及Node.js实现

// 引入Node.js内置模块，用于处理IP地址格式校验
const net = require('net');
/**
 * 布隆过滤器类封装，适配公司内网监控软件IP过滤需求
 * @param {number} bitLength - 二进制位数组长度，默认1000000（可根据内网设备数量调整）
 * @param {number} hashCount - 哈希函数个数，默认3（根据误判率需求调整）
 */
class BloomFilter {
  constructor(bitLength = 1000000, hashCount = 3) {
    // 初始化二进制位数组，使用Buffer存储以节省空间，适配Node.js高效I/O特性
    this.bitArray = Buffer.alloc(Math.ceil(bitLength / 8), 0);
    this.bitLength = bitLength;
    this.hashCount = hashCount;
  }
  /**
   * 辅助哈希函数：将字符串转换为哈希值（适配IP地址字符串）
   * @param {string} str - 待哈希的字符串（此处为IP地址）
   * @param {number} seed - 哈希种子，用于生成不同的哈希函数
   * @returns {number} 哈希值（映射到二进制位数组的索引）
   */
  hash(str, seed) {
    let hash = 0;
    for (let i = 0; i < str.length; i++) {
      hash = hash * seed + str.charCodeAt(i);
      // 取模运算，确保哈希值在二进制位数组长度范围内
      hash = hash & hash; // 保证哈希值为非负数
    }
    return hash % this.bitLength;
  }
  /**
   * 插入数据（此处用于插入公司内网授权IP地址）
   * @param {string} data - 待插入的数据（IP地址字符串）
   */
  insert(data) {
    // 校验IP地址格式合法性，避免无效数据插入
    if (!net.isIP(data)) {
      console.warn(`无效IP地址：${data}，无法插入布隆过滤器`);
      return;
    }
    // 通过多个哈希函数计算索引，设置对应比特位为1
    for (let i = 0; i < this.hashCount; i++) {
      const index = this.hash(data, i + 1); // 种子从1开始，生成不同哈希函数
      const byteIndex = Math.floor(index / 8); // 计算对应的字节索引
      const bitIndex = index % 8; // 计算字节内的比特位索引
      // 将对应比特位设为1（使用或运算，不影响其他比特位）
      this.bitArray[byteIndex] |= 1 << bitIndex;
    }
  }
  /**
   * 查询数据（此处用于查询IP地址是否在授权列表中）
   * @param {string} data - 待查询的数据（IP地址字符串）
   * @returns {boolean} true：可能存在（授权IP），false：一定不存在（非法IP）
   */
  query(data) {
    // 校验IP地址格式合法性
    if (!net.isIP(data)) {
      console.warn(`无效IP地址：${data}，查询失败`);
      return false;
    }
    // 通过多个哈希函数计算索引，判断所有对应比特位是否为1
    for (let i = 0; i < this.hashCount; i++) {
      const index = this.hash(data, i + 1);
      const byteIndex = Math.floor(index / 8);
      const bitIndex = index % 8;
      // 若任意一个比特位为0，说明数据一定不存在
      if ((this.bitArray[byteIndex] & (1 << bitIndex)) === 0) {
        return false;
      }
    }
    return true;
  }
}
/**
 * 示例：集成到公司内网监控软件的IP过滤流程
 */
function intranetIpFilterDemo() {
  // 1. 初始化布隆过滤器，根据公司内网规模配置参数（假设内网授权IP约1000个）
  const bloomFilter = new BloomFilter(1000000, 3);
  // 2. 模拟公司内网授权IP列表（实际场景中可从数据库或配置文件读取）
  const authorizedIps = [
    '192.168.1.1', '192.168.1.2', '192.168.1.3', '192.168.1.4', '192.168.1.5',
    // 此处省略更多授权IP...
    '192.168.2.254'
  ];
  // 3. 将所有授权IP插入布隆过滤器
  authorizedIps.forEach(ip => {
    bloomFilter.insert(ip);
  });
  console.log('公司内网授权IP已全部插入布隆过滤器');
  // 4. 模拟公司内网监控软件实时监测的IP接入请求
  const monitoredIps = [
    '192.168.1.3', // 授权IP（正常接入）
    '192.168.3.1', // 非法IP（外部未授权）
    '192.168.1.100', // 授权IP（正常接入）
    '203.0.113.1', // 非法IP（外部恶意IP）
    '192.168.2.150' // 授权IP（正常接入）
  ];
  // 5. 对监测到的IP进行过滤判断
  console.log('\n公司内网监控软件IP接入监测结果：');
  monitoredIps.forEach(ip => {
    const isAuthorized = bloomFilter.query(ip);
    if (isAuthorized) {
      console.log(`IP地址 ${ip} 为授权IP，允许接入内网`);
    } else {
      console.log(`IP地址 ${ip} 为非法IP，已阻断接入，记录异常日志`);
      // 实际场景中，可在此处调用公司内网监控软件的日志记录接口，留存异常信息
    }
  });
}
// 执行示例代码
intranetIpFilterDemo();