『杂项』高效文本分析：使用 Hyperscan 进行正则匹配

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2024年1月16日09:07:38评论141 views字数 9606阅读32分1秒阅读模式

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日期：2024.01.05
作者：H4y0
介绍：在 Windows 平台下使用 WSL 编译安装 Hyperscan，并使用 Hyperscan 进行敏感数据的提取。

0x00 前言

数据算法题目中常用正则表达式提取数据。Hyperscan在处理大规模数据时对比其他正则表达式引擎有着更卓越的性能，但使用相对麻烦，本文记录在使用Hyperscan环境搭建过程中踩过的坑并展示几个测试demo。

0x01 环境配置

Hyperscan支持在Windows平台下编译安装，在使用过程中遇到一些问题，想在Ubuntu中进行任务，但Hyperscan的使用与CPU息息相关，VMware虚拟化CPU会对使用造成影响，WSL似乎成为了一个相对优秀的选择。

1.1 WSL配置

WSL的安装不多赘述，推荐使用WSL1，可与VMware共存且不影响其性能，具体原因可查找相关资料。安装好WSL后进行如下配置：

  1. 安装Ubuntu：建议前往官网https://learn.microsoft.com/en-au/windows/wsl/install-manual下载Ubuntu 20.04 LTS，可以将系统安装在非系统盘，减少资源占用

    下载后将appx修改为zip并解压，即可运行ubuntu.exe。

    『杂项』高效文本分析：使用 Hyperscan 进行正则匹配

  2. 使用VScode连接WSL：在VScode中安装WSL拓展，并通过左下角打开远程窗口连接，即可连接到WSL，并使用其他拓展进行程序编写。

1.2 Hyperscan编译安装

具体的编译安装过程可参考官方文档或搜索Ubuntu系统安装Hyperscan相关内容，下面是安装过程中遇到的问题及解决办法：

  • PCRE版本不符：

出现这个问题的原因是因为系统存在自带的libpcre,可通过以下命令查看其版本信息。

pkg-config --modversion libpcre

通过手动安装高版本pcre库可解决版本不符问题，安装最新版本Hyperscan可安装pcre-8.4.5，安装完成后再次使用命令查看，系统libpcre版本未发生变化，需手动复制相关文件进行替换。

cp /usr/lib/pkgconfig/libpcre.pc /usr/lib/x86_64-linux-gnu/pkgconfig/libpcre.pc
  • 缺少某库：

如遇到提示checking for module 'xxxx' package 'xxxx' not found，按提示安装指定版本号的库即可，安装完成后仍报错，同理将安装好的文件移动到pkgconifg目录即可。

  • 无法引用库：

成功编译安装Hyperscan后，在编写程序时使用#include <hs.h>调用库报错，提示hs.h: No such file or directory，可通过在编译过程中指定头文件路径来解决，如下：

gcc xxx.c -I/usr/local/include/hs/ -L/usr/local/lib -lhs -o xxx

0x02 应用案例

你已经拥有村里最好的剑了，快去战胜魔王吧。

『杂项』高效文本分析：使用 Hyperscan 进行正则匹配

2.1 helloworld

匹配hello,world中的hello，展示使用hyperscan进行正则匹配的基本流程，具体可见代码注释部分。

#include <hs.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>

// 匹配事件处理函数即回调函数，hyperscan总是通过回调函数来处理匹配到的内容static int eventHandler(unsigned int id, unsigned long long from,                        unsigned long long to, unsigned int flags, void *ctx) {    printf("在位置 %llu 处匹配到模式 "%u"n", to, id);    return 0; // 返回0继续匹配}

/*id ： 编译时指定的正则表达式标识符from ：匹配的起始位置偏移量，仅在（编译阶段）设置了返回起始位置偏移量的情况下有效to ： 匹配的结束位置偏移量flags ：预留标记context ： 用户提供给 hs_scan(), hs_scan_vector() 或 hs_scan_stream() 函数的指针。*/

int main() {    hs_database_t *database;    hs_compile_error_t *compile_err;    hs_scratch_t *scratch = NULL;

    // 编译正则表达式，可修改hs_compile函数实现不同规则    if (hs_compile("hello", HS_FLAG_DOTALL, HS_MODE_BLOCK, NULL, &database, &compile_err) != HS_SUCCESS) {        fprintf(stderr, "错误: 无法编译模式 "%s": %sn", "hello", compile_err->message);        hs_free_compile_error(compile_err);        return 1;    }

    // 分配scratch空间    if (hs_alloc_scratch(database, &scratch) != HS_SUCCESS) {        fprintf(stderr, "错误: 无法分配scratch空间。退出。n");        hs_free_database(database);        return 1;    }



/*函数原型hs_error_t hs_compile(    const char *expression,    unsigned int flags,    hs_compile_mode mode,    const hs_platform_info_t *platform,    hs_database_t **db,    hs_compile_error_t **error);*/

/*说明expression：要编译的正则表达式字符串。flags：控制正则表达式行为的一组标志。常用的标志包括 HS_FLAG_CASELESS（不区分大小写匹配）、HS_FLAG_DOTALL（点号.匹配任何字符，包括换行符）等。mode：编译模式。可以是 HS_MODE_BLOCK（用于块扫描模式）、HS_MODE_STREAM（用于流扫描模式）或 HS_MODE_VECTORED（用于向量扫描模式）。platform：指向 hs_platform_info_t 结构的指针，用于提供特定平台的优化信息。如果为 NULL，则 Hyperscan 将使用默认的平台特定优化。db：指向 hs_database_t 指针的指针。编译成功后，这个指针将指向新创建的 Hyperscan 数据库。error：如果编译失败，hs_compile_error_t 结构将提供错误信息。这个结构包含错误类型和描述字符串。*/



    // 执行匹配    const char *to_scan = "hello world";    if (hs_scan(database, to_scan, strlen(to_scan), 0, scratch, eventHandler, NULL) != HS_SUCCESS) {        fprintf(stderr, "错误: 无法扫描输入缓冲区。退出。n");        hs_free_scratch(scratch);        hs_free_database(database);        return 1;    }/*hs_error_t hs_scan(    const hs_database_t *db,    const char *data,    unsigned int length,    unsigned int flags,    hs_scratch_t *scratch,    match_event_handler onEvent,    void *context);*//*db：一个指向之前使用 hs_compile() 或相关函数编译的 Hyperscan 数据库的指针。data：要扫描的文本数据。length：data 参数指向的文本数据的长度。flags：控制扫描行为的标志。一般情况下，这个值被设置为 0。scratch：指向一个由 hs_alloc_scratch() 或 hs_clone_scratch() 创建的临时“scratch”空间的指针。这个空间用于存储扫描过程中的状态信息。onEvent：一个函数指针，指向的函数将在每次匹配发生时被调用。这个函数应该匹配 match_event_handler 的原型。context：一个指向任意用户定义数据的指针，这个指针将被传递给 onEvent 函数。*/

    // 清理    hs_free_scratch(scratch);    hs_free_database(database);

    return 0;}

执行这个测试程序：

./demo在位置 5 处匹配到模式 "0"


2.2 Block模式单文件


了解了hyperscan进行正则匹配的基本流程，就可以开始根据需求编写程序，以提取身份证号、手机号为例：




    

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#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <hs.h>

// 匹配事件处理函数static int event_handler(unsigned int id, unsigned long long from,                         unsigned long long to, unsigned int flags, void *context) {    char *string = (char *)context;

    // 输出匹配的字符串    printf("匹配到模式 "%u"，位置从 %llu 到 %llu: %.*sn", id, from, to, (int)(to - from), string + from);

    return 0;}

int main() {    hs_database_t *database;    hs_compile_error_t *compile_err;    hs_scratch_t *scratch = NULL;

    // 正则表达式: 手机号和身份证号    const char *expressions[] = {"\b1[3-9]\d{9}\b", "\b\d{18}\b"};    unsigned flags[] = {HS_FLAG_DOTALL , HS_FLAG_DOTALL };    unsigned ids[] = {1, 2};

    // 编译正则表达式    if (hs_compile_multi(expressions, flags, ids, 2, HS_MODE_BLOCK, NULL, &database, &compile_err) != HS_SUCCESS) {        fprintf(stderr, "Hyperscan 编译失败: %sn", compile_err->message);        hs_free_compile_error(compile_err);        return 1;    }

    // 为匹配准备 "scratch" 空间    if (hs_alloc_scratch(database, &scratch) != HS_SUCCESS) {        fprintf(stderr, "无法分配 scratch 空间。退出。n");        hs_free_database(database);        return 1;    }

    // 读取文件    const char *filename = "test.txt"; // 替换为您的文件名    FILE *file = fopen(filename, "r");    if (file == NULL) {        perror("无法打开文件");        hs_free_scratch(scratch);        hs_free_database(database);        return 1;    }

    fseek(file, 0, SEEK_END);    long length = ftell(file);    fseek(file, 0, SEEK_SET);    char *buffer = malloc(length);    if (buffer) {        fread(buffer, 1, length, file);    }    fclose(file);

    // 执行扫描    if (hs_scan(database, buffer, length, 0, scratch, event_handler, buffer) != HS_SUCCESS) {        fprintf(stderr, "Hyperscan 扫描失败。n");    }

    // 清理    free(buffer);    hs_free_scratch(scratch);    hs_free_database(database);

    return 0;}




test.txt内容如下：




    

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手机号测试13111111111，这个长度不对1878565321，这个也不对2222555566，这个突然对了15888888888。还有身份证号371511111111111111。




运行结果：




    

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./demo匹配到模式 "1"，位置从 0 到 26: 手机号测试13111111111匹配到模式 "1"，位置从 0 到 117: 手机号测试13111111111，这个长度不对1878565321，这个也不对2222555566，这个突然对了15888888888匹配到模式 "2"，位置从 0 到 156: 手机号测试13111111111，这个长度不对1878565321，这个也不对2222555566，这个突然对了15888888888。还有身份证号371511111111111111




运行发现问题，回调函数中from的值总是为0，这就导致通过to-from提取数据会从开头开始打印。这时我们再看关于from的说明匹配的起始位置偏移量，仅在（编译阶段）设置了返回起始位置偏移量的情况下有效。所以要在编译阶段(hs_compile())通过flags设置 HS_FLAG_SOM_LEFTMOST标志，即可获取起始位置的偏移量。




    

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 unsigned flags[] = {HS_FLAG_DOTALL | HS_FLAG_SOM_LEFTMOST, HS_FLAG_DOTALL | HS_FLAG_SOM_LEFTMOST};




再次编译并执行，结果如下：




    

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./demo匹配到模式 "1"，位置从 15 到 26: 13111111111匹配到模式 "1"，位置从 106 到 117: 15888888888匹配到模式 "2"，位置从 138 到 156: 371511111111111111




2.3 Stream模式多文件


当文件非常大或数据是以流的形式连续生成时。stream模式允许对数据进行分块处理，无需一次性加载整个文件，一般应用于大型日志文件或连续的数据流。本文程序只为展示用法，实际应用需根据实际情况选择合适的模式及规则。




    

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#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <dirent.h>#include <hs.h>

// 匹配事件处理函数static int event_handler(unsigned int id, unsigned long long from,                         unsigned long long to, unsigned int flags, void *context) {    char *string = (char *)context;    printf("Match for pattern "%u" from %llu to %llu: %.*sn", id, from, to, (int)(to - from), string + from);    return 0;}

// 函数：扫描单个文件void scan_file(const char *filename, hs_database_t *database, hs_scratch_t *scratch) {    printf("Scanning file: %sn", filename);    FILE *file = fopen(filename, "r");    if (!file) {        perror("Unable to open file");        return;    }

    // 获取文件大小    fseek(file, 0, SEEK_END);    long length = ftell(file);    fseek(file, 0, SEEK_SET);

    // 读取文件内容    char *buffer = (char *)malloc(length);    if (!buffer) {        perror("Memory allocation failed");        fclose(file);        return;    }    fread(buffer, 1, length, file);    fclose(file);

    // 为每个文件创建一个新的流    hs_stream_t *stream;    if (hs_open_stream(database, 0, &stream) != HS_SUCCESS) {        fprintf(stderr, "Failed to open streamn");        free(buffer);        return;    }

    // 执行扫描    if (hs_scan_stream(stream, buffer, length, 0, scratch, event_handler, buffer) != HS_SUCCESS) {        fprintf(stderr, "Hyperscan scan failed.n");    }

    // 关闭流    hs_close_stream(stream, scratch, NULL, NULL);

    // 释放内存    free(buffer);}

int main() {    hs_database_t *database;    hs_compile_error_t *compile_err;    hs_scratch_t *scratch = NULL;

    // 正则表达式: 手机号和身份证号    const char *expressions[] = {"\b1[3-9]\d{9}\b", "\b\d{18}\b"};    unsigned flags[] = {HS_FLAG_DOTALL | HS_FLAG_SOM_LEFTMOST, HS_FLAG_DOTALL | HS_FLAG_SOM_LEFTMOST};    unsigned ids[] = {1, 2};

    // 编译正则表达式    if (hs_compile_multi(expressions, flags, ids, 2,                         HS_MODE_STREAM | HS_MODE_SOM_HORIZON_LARGE, NULL,                         &database, &compile_err) != HS_SUCCESS) {        fprintf(stderr, "Hyperscan compilation failed: %sn", compile_err->message);        hs_free_compile_error(compile_err);        return 1;    }



    // 为匹配准备 "scratch" 空间    if (hs_alloc_scratch(database, &scratch) != HS_SUCCESS) {        fprintf(stderr, "Unable to allocate scratch space. Exiting.n");        hs_free_database(database);        return 1;    }

    // 遍历文件夹并扫描每个文件    const char *folder = "./test"; // 替换为您的文件夹路径    DIR *d = opendir(folder);    struct dirent *dir;    if (d) {        while ((dir = readdir(d)) != NULL) {            if (dir->d_type == DT_REG) { // 检查是否为普通文件                char filepath[1024];                snprintf(filepath, sizeof(filepath), "%s/%s", folder, dir->d_name);                scan_file(filepath, database, scratch);            }        }        closedir(d);    }

    // 清理    hs_free_scratch(scratch);    hs_free_database(database);    return 0;}




测试文件为单文件所使用的文件，以及某数据算法题目中的一个测试文件，执行结果：




    

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./demo

Scanning file: ./test/1.txtMatch for pattern "2" from 37 to 55: 341023198923223406Match for pattern "2" from 216 to 234: 652900201918066250Match for pattern "2" from 317 to 335: 350583198620191288Match for pattern "2" from 408 to 426: 370705196216108653Match for pattern "2" from 499 to 517: 330784195316240110Match for pattern "2" from 610 to 628: 320282192816222458Match for pattern "2" from 736 to 754: 152200194024042955Match for pattern "2" from 1048 to 1066: 360726201822048906Match for pattern "2" from 1136 to 1154: 621200194524227149Match for pattern "2" from 1252 to 1270: 513301195713161348Match for pattern "2" from 1360 to 1378: 371622192023032860Match for pattern "2" from 1462 to 1480: 321203192719178358Match for pattern "2" from 1700 to 1718: 610523201519119291Match for pattern "2" from 1908 to 1926: 530681192919028409Match for pattern "2" from 2017 to 2035: 441621202115175226Match for pattern "2" from 2108 to 2126: 640502196519185029Match for pattern "2" from 2226 to 2244: 533122194014197894Match for pattern "2" from 2316 to 2334: 520325198022067460Scanning file: ./test/2.txtMatch for pattern "1" from 15 to 26: 13111111111Match for pattern "1" from 106 to 117: 15888888888Match for pattern "2" from 138 to 156: 371511111111111111




注意flags为HS_MODE_SOM_HORIZON_LARGE。在使用hyperscan 的流模式 (HS_MODE_STREAM)时，如果要使用起始位置偏移量 (SOM) 表达式标志 (HS_FLAG_SOM_LEFTMOST)，必须指定一个SOM精度模式。hyperscan提供了几种不同的SOM精度模式，如HS_MODE_SOM_HORIZON_SMALL、HS_MODE_SOM_HORIZON_MEDIUM和 HS_MODE_SOM_HORIZON_LARGE，这些模式用于控制内存使用和匹配精度的平衡。其中的SMALL、MEDIUM、LARGE表示匹配精度，精度越高占用的资源同样越高。


0x03 总结


hyperscan提供了一个强大而灵活的解决方案，用于快速、高效地处理正则表达式匹配任务，特别是在处理大量小型文件时。无论是在日志分析、数据提取还是安全监测等领域，hyperscan都证明了其作为一种高性能正则表达式匹配工具的价值和能力。


『杂项』高效文本分析：使用 Hyperscan 进行正则匹配











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点此亲




























原文始发于微信公众号（宸极实验室）：『杂项』高效文本分析：使用 Hyperscan 进行正则匹配




							

						
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