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单模式匹配加密算法

更新时间:2022-10-28 15:43:15


本文简介:在很多应用领域中,比如在DNA序列中寻找特殊的模式,都要用到模式匹配,所以模式匹配是一门重要的学科。由于模式匹配问题的求解效率的重要性,对模式匹配加密算法的研究很早就受到重视,模式匹配分为单模式匹配和多模式匹配,那么我们今天就先来介绍几款常用单模式匹配加密算法。常用单模式匹配加密算法1、BF加密算法BF加密算法是最简单的算法,是从左到右进行匹配的。(1)BF加密算法的思想首先将T1与P1,进行比较

单模式匹配加密算法

在很多应用领域中,比如在DNA序列中寻找特殊的模式,都要用到模式匹配,所以模式匹配是一门重要的学科。由于模式匹配问题的求解效率的重要性,对模式匹配加密算法的研究很早就受到重视,模式匹配分为单模式匹配和多模式匹配,那么我们今天就先来介绍几款常用单模式匹配加密算法。

常用单模式匹配加密算法

1、BF加密算法

BF加密算法是最简单的算法,是从左到右进行匹配的。

(1)BF加密算法的思想

首先将T1与P1,进行比较,若不同,就将T2与P1进行比较,……,直到T的某一个字符Ti和P1相同,再将它们之后的字符进行比较,若也相同,则如此继续往下比较,当T的某一个字符Ti与P的字符Pj不同时,则T返回到本趟开始字符的下一个字符,即Ti-j+2,P返回到P1,继续开始下一趟的比较,重复上述过程。若P中的字符全部比较完,则说明本趟匹配成功,本趟的起始位置是i-j=1或i-t[0],否则,匹配失败。

BF加密算法是较简单、直观的加密算法,但它可能产生不必要的回溯,所以减慢了模式匹配的速度,效率很低,时间复杂度为T(n)=O(m*n)。

2、KMP加密算法

由于BF加密算法的缺点。KMP加密算法产生了。KMP加密算法是由BF改进后不产生回溯的一种算法。

(1)KMP加密算法的思想

每当匹配过程中出现字符串比较不等时,不需回溯i指针,而是利用已经得到的”部分匹配”结果将模式向右”滑动”尽可能远的一段距离后,继续进行比较。

KMP加密算法将模式串向右滑动可以提高匹配算法的效率,但相对比较复杂,时间复杂度为T(n)=O(m+n),空间复杂度为S(n)=O(m)。

3、BM加密算法

受KMP加密算法的启发,提出了一种新的字符串快速匹配算法一BM加密算法。BM加密算法在实际的模式匹配中,跳过了很多无用的字符,这种跳跃式的比较方式,使BM加密算法获得了极高的效率,特别是在大字符集上进行字符串的模式匹配时。在实际的应用中,BM加密算法比KMP加密算法更有效率。

BM加密算法从另外一个角度出发,提出一种比较新颖的方法来求解模式匹配问题。

(1)BM加密算法的思想

从右向左的把模式同文本做比较。开始时仍是P的最左边与T的最左边对齐,当某趟比较中出现不匹配时,BM加密算法采用两条启发性规则计算模式串右移的距离,即坏字符启发规则和好后缀启发规则;当与最右的模式符号做比较的文本符号在模式中根本就没有出现,则模式可以在这个文本符号之后移位m个位置。

作如下定义:

串中出现的字符,

字符集:C={C|C在正文中出现}

正文串T:T1T2…一Ti…Tim-j…Tn

模式串P:T1…Tj…T

坏字符规则:

在BM加密算法从右向左扫描的过程中,若发现某个字符x不匹配,则按如下两种情况讨论:

1) 如果字符x在模式P中没有出现,那么从字符x开始的m个文本显然不可能与P匹配成功,直接全部跳过该区域即可。

2)如果x在模式P中出现,则以该字符进行对齐。

用数学公式表示,设Skip(x)为P右移的距离,m为模式串P的长度,max(x)为字符x在P中最右位置。

好后缀规则:

若发现某个字符不匹配的同时,已有部分字符匹配成功,则按如下两种情况讨论:

1)如果在P中位置t处已匹配部分P'在P中的某位置t'也出现,且位置t'的前一个字符与位置t的前一个字符不相同,则将P右移使t'对应t方才的所在的位置。

2)如果在P中任何位置已匹配部分P'都没有再出现,则找到与P'的后缀P''相同的P的最长前缀x,向右移动P,使x对应方才P''后缀所在的位置。

用数学公式表示,设Shift(j)为P右移的距离,m为模式串P的长度,j 为当前所匹配的字符位置,s为t'与t的距离(以上情况1)或者x与P''的距离(以上情况2)。

(2)BM加密算法流程图

在匹配过程中,取dist1和dist2中的最大者,其流程图如图所示。

其预处理阶段时间复杂度为O(m+s),空间复杂度为O(s)。搜索阶段时间复杂度为O(m*n),最坏情况下要比_较进行3n次比较,最好情况下时间复杂度为O(n/m)。

随着网络的发展,模式匹配加密算法的应用越来越广,因而提高模式匹配加密算法的效率也是当前研究的热点。

小知识之模式匹配

模式匹配是指将两个模式作为输入,计算模式元素之间语义上的对应关系的过程。在数据结构中模式匹配是字符串的基本运算之一。
有两个字符串T和S,字符串T称为正文,字符串S称为模式,要求找出模式S在正文T中的首次出现的位置。一旦模式S在正文T中找到,就说发生一次匹配。有些应用可能会要求找出所有的匹配位置。
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被动泄密:邮件误发送或网络误操作,办公设备病毒感染,USB等存储设备保存不当等引起的数据泄密。

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二、终端安全管控

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