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基于Kong和Elasticsearch的私有云api网关及监控系统的设计与实现

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计算机应用与软件 2022年第11期39卷 136-140页

作者：何运田张青清中国银联股份有限公司上海200120

云上系统往往会采用微服务架构,即若干个子系统之间互相配合,对外统一提供服务。由于不同子系统大概率是由不同的编程人员开发,会出现多协议通信、多编程语言共存、非业务功能冗余开发的情况。针对这一问题,针对私有云环境,基于Kong和El... 详细信息

云上系统往往会采用微服务架构,即若干个子系统之间互相配合,对外统一提供服务。由于不同子系统大概率是由不同的编程人员开发,会出现多协议通信、多编程语言共存、非业务功能冗余开发的情况。针对这一问题,针对私有云环境,基于Kong和Elasticsearch设计并实现一套api网关集成及监控系统。该系统作为云平台的门面,能以RestFul接口的形式统一转发服务,并能通过插件化来集成类似日志、鉴权、限流、监控等非业务功能,从而实现云内微服务接入的统一管理和自动化监控运维,减轻服务开发者不必要的工作负担。

关键词：云平台 api网关 Kong Elasticsearch 监控

基于OpenResty平台的api网关的设计与实现

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基于OpenResty平台的API网关的设计与实现

作者：高婷婷东南大学

学位级别：硕士

互联网的发展逐渐影响着传统企业,传统企业为了导入流量或内容需要依赖外部合作伙伴的能力。目前,api服务提供者如何进行api开放,企业管理者如何对开放出去的api进行管控都是api能力开放面临的痛点。通过api网关,可以将企业内部的服务... 详细信息

互联网的发展逐渐影响着传统企业,传统企业为了导入流量或内容需要依赖外部合作伙伴的能力。目前,api服务提供者如何进行api开放,企业管理者如何对开放出去的api进行管控都是api能力开放面临的痛点。通过api网关,可以将企业内部的服务能力以标准规范化的api接口形式开放出去,合作伙伴从而能够共享服务和数据,构建企业共赢生态。针对市场对api网关的需求,瞄准在融合云中服务能力开放的应用场景,本文提出了基于OpenResty平台的api网关的设计与实现,具体工作如下:1)针对api网关的需求分析,对api网关的整体框架结构进行设计。api网关主要提供统一管控api、api生命周期管理以及api网关访问鉴权的安全性功能,将api网关分为api核心管控模块、api生命周期管理模块和鉴权增强三大功能模块。同时,三大模块间分为运行面和管理面运行,通过分布式键值存储工具ETCD配置更新数据。2)针对统一管控api,基于OpenResty优异的性能设计并实现api网关的api核心管控模块——api Core。为第三方平台访问api提供统一入口,提供api转发、流量控制、访问控制、鉴权等公共功能。api Core模块的设计分为四大部分,第一部分为扩展及请求处理机制,对调用api请求的各阶段进行请求管控;第二部分为监听ETCD并配置缓存更新机制,保证api路由信息的及时同步;第三部分为保证api网关高并发请求,针对高性能而设计动态负载均衡策略;第四部分为保证后端服务的稳定,对api请求数进行限制而选择漏桶算法作为流量控制的策略。3)针对api生命周期管理,设计并实现api网关的api生命周期管理模块——api Tool。api服务提供者通过api Tool能够方便地构建、管理api,api服务调用者可以通过无认证方式、APP认证方式和鉴权增强认证方式获取并调用api提供者在api网关开放的api。4)针对安全性问题,设计并实现api网关的鉴权增强模块——Auth Adv。该模块通过对接第三方的认证系统服务实现api访问的统一接入认证。主要实现的功能特性为提供接口服务、配置更新及认证适配器。对api网关进行功能性需求测试,结果表明,api网关提供了简单快捷的api管理功能,可以帮助融合云实现api服务统一管理和开放。对api网关的性能测试结果表明,当并发请求数为1000时,响应时间不超过1.2秒。api网关能够及时响应调用请求,同时吞吐率在400-550(trans/sec)区间之间,系统具有较高的处理事务能力。对比同样基于OpenResty方案的Orange、阿里api网关等,本文设计并实现的api网关特色之处在于:依据后端负载能力变化设计的动态负载均衡算法性能更优;更为严格的访问权限认证——鉴权增强,支持扩展认证适配器对接不同类型或者协议的认证服务。

关键词： OpenResty ETCD api网关负载均衡

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面向零信任api网关的微隔离技术研究

面向零信任API网关的微隔离技术研究

作者：刘坤重庆邮电大学

学位级别：硕士

微服务是云原生环境下典型的应用场景,但是应用程序接口(Application Program Interface,api)网关作为微服务体系架构中的关键组件,其安全防护能力尚不足以应对云原生环境下复杂的外部攻击,亦无法应对微服务集群内部的安全威胁。因此,... 详细信息

微服务是云原生环境下典型的应用场景,但是应用程序接口(Application Program Interface,api)网关作为微服务体系架构中的关键组件,其安全防护能力尚不足以应对云原生环境下复杂的外部攻击,亦无法应对微服务集群内部的安全威胁。因此,本文基于零信任“持续验证、永不信任”的核心思想,提出零信任api网关系统框架,并针对零信任和api网关系统结合过程中所遇到的关键问题进行了研究。本文的主要工作如下:1.针对api网关无法应对复杂的外部攻击和内部威胁的问题,结合零信任核心逻辑架构,提出零信任api网关体系结构,并对零信任和api网关结合过程中所需解决的访问控制策略问题和网络资源消耗问题进行了总结分析。2.针对api网关体系静态、固化的授权策略无法对请求流量进行动态、持续评估的问题,提出基于机器学习的信任评估模型及访问控制机制。首先,面向零信任api网关场景构建信任评估指标体系;其次,针对传统信任评估模型主观性强、准确率低等缺点,提出基于反向传播(Back Propagation,BP)神经网络构建的信任评估模型,并基于Ada Boost思想对信任评估模型进行改进,提高了信任评估模型的准确率;此外,基于信任评估结果提出一种信任约束的访问控制机制,提高了访问控制的动态性和准确性;最后,通过现有的开源技术搭建原型系统,对所提模型和机制进行了验证。3.针对现有微隔离技术僵化的隔离粒度所导致的网络资源消耗过多的问题,提出基于安全域划分的微隔离技术,通过“域间强验证、域内弱验证”的思想,在保证系统安全的同时降低网络资源消耗。首先,提出系统安全和资源消耗两个目标函数,对安全域划分问题进行系统建模,将安全域划分问题转化成多目标优化问题进行求解;其次,提出基于第二代非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)的动态安全域划分算法,并通过标签传播算法(Label Propagation Algorithm,LPA)对初始种群进行优化,提高算法的收敛速度;最后,通过不同网络场景下的仿真对该部分研究内容进行验证。

关键词：零信任 api网关信任评估微隔离

基于SONiC的白盒网络设备运行时api网关研究

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基于SONiC的白盒网络设备运行时API网关研究

作者：张成林东南大学

学位级别：硕士

当前网络空间的发展存在几个趋势,首先移动通信进入5G时代,其次互联网正逐步由消费型转向生产型,然后电信网络基础设施正在经历深入全面的云网融合,这都对网络的管理与控制提出了更高的要求。然而,当前网络依然采用一种专用封闭、难以... 详细信息

当前网络空间的发展存在几个趋势,首先移动通信进入5G时代,其次互联网正逐步由消费型转向生产型,然后电信网络基础设施正在经历深入全面的云网融合,这都对网络的管理与控制提出了更高的要求。然而,当前网络依然采用一种专用封闭、难以管控的传统网络设备,严重无法适应网络空间发展趋势,亟需一种开放解耦、可管可控的白盒网络设备。为接受外部控制器等设备的运行时管控,白盒网络设备会对外暴露自身运行时服务接口,而这又可能产生接口众多难以管理以及接口散乱无法控制的问题,势必需要一个运行时服务的集中管控模型。面对白盒网络设备运行时服务的集中管控问题,基于SONiC白盒网络设备操作系统,提出利用api网关模型原生设计一个运行时api网关对运行时服务的接口请求进行统一管控。SONiC系统具备数据库驱动的特性,使得运行时服务的统一管控成为可能。运行时api网关需要动态发现运行时服务接口的变动,接入并路由接口请求到对应的运行时服务,同时进行流量限制保证系统安全稳定,也即是需要具备服务注册与发现功能、请求接入和路由功能以及系统流量限制功能。具体工作如下:1)对于服务注册与发现功能,提出一种基于OVSDB数据库的轻量级的服务注册与发现机制。利用OVSDB的关系型特性设计服务名、服务端点、资源表三张数据库表,保持服务名包含多个服务端点、服务端点包含多个资源表的关系,完成服务信息的注册功能。同时,利用OVSDB的订阅-通知机制完成服务信息向api网关的动态更新,并将服务信息转换成更适合api网关路由的结构,完成服务发现功能。2)对于请求接入和路由功能,基于g RPC服务器和Protocol Buffers接口描述语言设计一种多层级路由结构的运行时服务融合代理方案。利用Protocol Buffers为各类运行时服务抽象出一个统一暴露接口,将增删改查操作的差异性转移到接口的请求体与响应体之中,并利用g RPC融合代理运行时服务,完成请求接入功能。同时,利用服务发现信息构造g RPC的多层级路由结构,完成接入后请求的路由过程。3)对于系统流量限制功能,分别针对请求频次和请求容量基于令牌桶算法提出一种均匀突发和预消费的流量限制机制。api网关在每级路由结构预置过滤器保留对限流等功能的扩展。针对单次请求要求单个令牌的频次限制,采用较小的令牌桶大小,每次突发“一桶”请求,然后阻塞直至令牌注满再次突发,形成“成股成股”的均匀突发。针对单次请求要求多个令牌的容量限制,采用“预消费”策略,令牌数非负即可通过,使得本请求“独占”系统资源的时间刚好和系统要处理的本请求容量成正比。对上述功能进行实验验证,结果表明:api网关具备服务注册与发现功能,支持运行时服务的注册以及api网关对服务变动的动态感知;api网关具备请求接入和路由功能,支持按照注册中心服务信息正确接入和路由请求;api网关具备流量限制功能,支持对请求频次的均匀突发和请求容量的预消费机制。运行时api网关对白盒网络设备运行时服务接口的请求进行统一管控,简化了外部系统对白盒网络设备的管理和控制,并有效保证了白盒网络设备应对外部攻击的安全稳定。同时,运行时api网关作为一个外部请求的统一管控模型,提升了白盒网络设备操作系统的软件完备性,能够助力于紫金山实验室白盒网络设备的研发,甚至是国家科研战略的发展。

关键词：白盒网络设备 SONiC api网关运行时服务

基于api网关的企业应用集成系统设计与实现

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基于API网关的企业应用集成系统设计与实现

作者：王雷广州大学

学位级别：硕士

随着互联网的持续发展,企业间的竞争压力日益加大。为提升竞争力,各企业不断进行信息化技术和应用框架的更新与迭代。在众多情况下,这些应用往往由不同的开发商采用各种技术进行开发,并部署在不同的平台上。许多企业内部的软件系统,从... 详细信息

随着互联网的持续发展,企业间的竞争压力日益加大。为提升竞争力,各企业不断进行信息化技术和应用框架的更新与迭代。在众多情况下,这些应用往往由不同的开发商采用各种技术进行开发,并部署在不同的平台上。许多企业内部的软件系统,从开发、部署到维护,往往存在相互独立的情况,缺乏统一的管理。随着企业业务的拓展和应用之间交互需求日益增加,软件系统之间开始出现需要互相对接的情况。然而,由于异构系统之间的差异,系统之间的交互往往十分困难,产生“信息孤岛”。为满足企业内部应用相互调用的需求,企业通过开放自有系统接口与外部合作伙伴建立生态圈,同时也要确保满足内部系统和外部系统的隔离要求。本文设计并实现了一种基于api网关的企业应用集成系统。该系统包括三大部分,分别是api管控子系统、工作流编排子系统和传统企业应用集成子系统。在api管控方面,实现了api注册、批量导入、浏览、修改、删除、调用和监控等功能。通过api管控子系统的相关操作可以直接集成微服务应用。针对单个api的运行情况,系统对外部调用请求进行实时监控,包括限流、熔断、降级、路由和负载均衡等,有助于快速定位发生故障的api节点。流程编排子系统通过引入工作流,使用流程引擎进行流程编排,实现了复杂工作流的定义。已定义的工作流对外展现为一个统一的api虚拟节点,对内实现了按工作流调用多个api的需求。api虚拟节点又可以作为一个api节点,在新的工作流程定义中使用,进一步扩大了api接口的集成范围。在传统企业应用集成方面,针对使用SOAP协议开发的企业应用,通过协议适配,将其转化成Restful风格的api节点。针对老旧系统未发布接口这种情况,实现了通过模拟访问的形式访问应用并返回结果,封装成api节点。大量应用集成后,为避免应用之间轮询或者需要提供回调,增加了消息队列机制,实现了消息的绑定和转发功能。针对现有微服务框架支持的负载均衡和限流策略的不足进行了优化,实现了基于负载预测的动态负载均衡算法和动态限流算法。通过实时监控服务器资源的使用率,计算出最终的负载值,使用SARIMA(Seasonal Auto Regressive Integrated Moving Average,季节性差分自回归滑动平均模型)时序模型读取负载值,预测未来一分钟内负载值变化情况,选择最小负载值的节点处理请求。根据负载的实时变化情况,动态提高或者降低固定时间内生成的令牌数量,避免了短时间内有大量请求到来时,节点性能还未到系统瓶颈,但由于令牌桶中的令牌被快速消耗完进而限流的情况。基于api网关的企业应用集成平台实现了api管控、流程编排和各种传统异构系统的集成,实现了低代码开发。它不仅有利于企业应用的快速集成,还有助于快速开发新的应用,具有较高的应用价值。

关键词： api网关工作流微服务流程编排企业应用集成

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基于拟态防御理论的api网关关键技术研究

基于拟态防御理论的API网关关键技术研究

作者：资郴琛河南理工大学

学位级别：硕士

api网关存在运行环境暴露的安全风险,这增加了攻击者获取系统软硬件设备信息的可能性,进而使得的安全可靠性面临着重大挑战。目前的漏洞、病毒及后门检测技术,很难完全获取软硬件设备上所存在的漏洞后门等威胁,并且常规的防御技术往往... 详细信息

api网关存在运行环境暴露的安全风险,这增加了攻击者获取系统软硬件设备信息的可能性,进而使得的安全可靠性面临着重大挑战。目前的漏洞、病毒及后门检测技术,很难完全获取软硬件设备上所存在的漏洞后门等威胁,并且常规的防御技术往往依赖先验知识,无法做到对未知特征病毒、漏洞或后门进行预防和处理。拟态防御理论改变了传统防御技术的被动防御方式,通过基于动态异构冗余架构为系统构建多样性的运行环境,再利用调度策略动态变动系统信息,为系统运行信息引入不确定性,提高系统防御的主动性,再对异构执行体输出向量进行裁决并通过触发负反馈机制改变防御环境的方式,形成了防御闭环,达到不依赖执行体绝对安全的条件下获得系统整体上安全性的效果。拟态防御理论为api网关安全问题提供了一种新的解决思路,因此,探讨利用拟态防御原理构造实现api网关,研究相关技术可行性,具有重要的现实意义。本文基于拟态防御原理,首先在动态异构冗余架构的基础上,提出了拟态防御api网关的系统架构设计,接着在拟态防御api网关系统架构下探讨了异构执行体的动态调度选择问题,并且针对多冗余输出的裁决问题,相应地给出了多模一致性改进算法。本文的主要工作为:1.针对拟态防御原理与api网关应用相结合问题,提出了一种拟态防御api网关的系统架构。该架构通过网关层次结构划分执行体的软硬件组件,根据组件功能和特点划分组件属性,在此基础上,确定执行体的异构化方式,并融入动态异构冗余架构,最终形成拟态防御api网关架构。仿真实验说明了该架构具备更好的安全性。2.综合考量执行体之间异构度和安全度,在动态异构冗余架构下提出一种基于异构度和安全度的功能等价体调度算法。该算法在现有的异构度量化基础上,加入了对系统运行时旁路信息综合考虑,通过定义执行体之间的异构度指标和安全度指标,并且量化异构度以及安全度计算方式,从而确立最终调度方案。仿真结果表明,该算法不仅在动态性上具有良好的表现,在可靠性与稳定性更是大幅领先对标算法,做到了动态性与可靠性之间较好的平衡。3.针对多执行体冗余输出的裁决问题,给出一种基于大数表决的多模一致性改进算法。该算法首先将执行池的冗余输出结果进行第一次裁决,其结果作为首次验证结果,同时依据结果对异常场景进行判断,若出现异常场景,则从执行体集中选择不在执行池中的执行体进行冗余输出,对其输出结果进行二次裁决,其裁决结果作为辅助验证,通过两次验证,确定最终的裁决结果。仿真实验表明,算法具备较好有效性,并且相较于对标算法,该算法在可靠性以及可用性上都有更好的表现。

关键词：拟态防御拟态DHR架构 api网关调度算法裁决算法

万达云服务平台中api网关软件的设计与实现

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万达云服务平台中API网关软件的设计与实现

作者：朱玉豆东南大学

学位级别：硕士

随着互联网技术的迅速发展、各行业服务资源的不断整合,构建云服务平台来实现企业数据和业务功能的互通与开放已经成为一种趋势。在万达云服务平台中,汇聚了政务、医疗、交通、安全等服务,是一个庞大的资源池。然而服务在以api的形式互... 详细信息

随着互联网技术的迅速发展、各行业服务资源的不断整合,构建云服务平台来实现企业数据和业务功能的互通与开放已经成为一种趋势。在万达云服务平台中,汇聚了政务、医疗、交通、安全等服务,是一个庞大的资源池。然而服务在以api的形式互通开放的时候,面临着服务资源入口分散、服务依赖关系混杂等问题,导致在开放的过程中会遇到各种各样的困难,迫切需要对服务的开放和调用进行有效的管理和控制。针对上述问题,本文设计和实现了api网关软件,帮助万达云服务平台统一管理和定向开放api服务。论文的主要工作如下:(1)为了对入驻服务进行统一生命周期管理以及服务调用控制,api网关软件设计服务管理、版本管理、api管理模块,覆盖了api的开发、测试、发布整个生命周期,一个服务下可以有多个服务版本,一个服务版本下有多个api,通过在服务版本下创建多个api来聚合调用接口,服务版本的切换可以通过修改版本访问路径即可。(2)为了保障服务安全接入和可靠运行,api网关软件设计了应用鉴权和策略管理模块。在api被调用之前,首先要通过每个策略的校验,具体项包括缓存时间、白名单、访问频次、熔断阈值、配额等等。在应用申请服务的过程中,通过接口签名验证机制来做应用鉴权,确保请求身份来源的可靠性、访问请求的不可复制性以及请求参数没有被篡改。(3)在api网关软件的实现过程中为了解耦前端和后台,通过NodeJS做前后端分离把部分应用层的业务逻辑交由前端工程处理,使得后端专注于复杂的业务逻辑和数据库操作。在处理数据存取的问题上,api网关软件采取了读写分离。从MySql往Redis同步使用频率比较高的数据,比如鉴权信息、缓存数据、白名单等数据使用Redis数据库进行存储,从而提高数据的读取效率。对api网关软件进行测试,结果表明,api网关软件简化了服务管理、部署和使用的整个过程,使得服务集成更加便捷,可以帮助万达云服务平台实现服务统一管理和定向开放,为入驻服务提供统一的网关出口的同时,也为服务的使用者提供了基础的数据支撑平台。

关键词： api网关开放api NodeJS 前后端分离

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基于api网关的应用安全研究

基于API网关的应用安全研究

作者：卢冠宏广州大学

学位级别：硕士

随着互联网的快速发展,企业应用都在不断更新迭代。与此同时,网络中的攻击也在不断地增多,应用安全的重要性也越来越凸显出来。应用安全主要集中在身份验证、访问控制、消息加密和攻击检测这几个方面。目前提出的大多数网络攻击防范和... 详细信息

随着互联网的快速发展,企业应用都在不断更新迭代。与此同时,网络中的攻击也在不断地增多,应用安全的重要性也越来越凸显出来。应用安全主要集中在身份验证、访问控制、消息加密和攻击检测这几个方面。目前提出的大多数网络攻击防范和检测方法只针对某一类特定的攻击。然而在真实的网络环境中,多种攻击经常会同时发生。本论文的研究目标就是研究在基于api网关的架构中如何实现这几类应用安全防范技术,并着重针对攻击检测做相应优化达到更优的检测效果,有效地保护api网关及企业应用的安全性。本文最后使用实际案例对论文所提出的应用安全技术进行验证。本文的主要工作如下:(1)实现用户身份验证和访问控制。采用JWT令牌与用户名密码结合验证身份,设置令牌存活时间,防止登录绕过和身份伪造,并在系统不同页面跳转和用户发送请求时校验令牌。在访问控制方面,应用RBAC模型,设置角色管理模块,通过角色关联用户。在功能模块设置权限管理,用户对角色分发权限,实现企业内外应用权限分离。(2)引入消息加密机制防止信息泄露。使用开源Java Script加密库Crypto-js实现网关管理中的消息加密,前端界面发送往后端的信息加密传输,并通过接口调用实现功能复用,让后端发往前端的数据也同样加密传输,保护网关信息安全。Crypto-js提供多种加密算法如AES、RSA、SHA等,防止被篡改或窃取。(3)针对URL及外部信息输入进行攻击检测。过去常见的攻击检测方式都是局限于建立简单的字符规则过滤攻击或精确匹配方式识别攻击,无法及时发现新的攻击类型和手段。人工智能技术的出现为安全检测技术提供了新的解决方案,利用人工智能技术改进攻击检测,学习正常或异常网络行为模式,准确识别攻击。采用基于深度学习的三个模型(GRU、LSTM、CNN)设计并改良检测模型,再进一步融合模型,设计CNNGRU和CNN-LSTM实现优化检测效果。将最佳模型应用于api网关外部输入和URL检测,结合消息加密,实现更优安全防范效果。在基于api网关的企业应用架构日益普及的情况下,实现api网关和企业应用的访问控制、消息加密和攻击检测,将企业应用的安全性提升到更高的水平,具有较高的实用价值。

关键词： api网关身份验证访问控制消息加密攻击检测

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工业互联网高性能api网关的设计与实现

工业互联网高性能API网关的设计与实现

作者：李晋宁北京邮电大学

学位级别：硕士

随着“中国制造2025”的到来,中国制造业正式进入数字化、网络化、智能化的新阶段,越来越多的企业开始使用不同的工业软件来提高生产效率和降低成本。然而,工业软件种类繁多,多个系统之间需要交换数据,不同系统对外提供的接口规范不同,... 详细信息

随着“中国制造2025”的到来,中国制造业正式进入数字化、网络化、智能化的新阶段,越来越多的企业开始使用不同的工业软件来提高生产效率和降低成本。然而,工业软件种类繁多,多个系统之间需要交换数据,不同系统对外提供的接口规范不同,存在大量重复开发。此外,业务信息如何在不同的系统之间高效、安全、稳定地传输,成为当前亟需解决的诉求。因此,设计实现工业互联网场景下的api网关对简化系统对接和保障数据安全具有重要意义。首先,针对接口规范不同的问题,本文通过统一调用方式、统一协议、统一风格规范来实现标准化。基于Netty网络编程框架异步处理请求,通过JsonPath表达式实现协议转化,最后对外提供Rest风格的接口。其次,针对数据传输的问题,本文设计的api网关实现了一些通用功能,例如流量控制、鉴权认证、数据缓存、系统监控等,保障了数据高效、安全、稳定地传输。同时实现了后台管理系统,方便了运维和管理。随着请求数越来越多,api网关中的缓存命中率越来越低,缓存成为系统的性能瓶颈。针对该问题,本文设计了一种速率依赖型布隆过滤器,底层使用位数组存储,根据请求到达的速率,动态地扩张数组长度,实验表明改进的布隆过滤器具有较低的误判率。应用到api网关中可以提高缓存的命中率,从而降低api网关的响应延迟。最后,本文对api网关的各个功能模块进行了测试,同时还对多项性能指标进行压测。测试结果表明,本文设计的api网关对于工业软件数据交互具有实用性,且具有良好的性能。

关键词：工业软件 api网关接口规范数据传输布隆过滤器