Question

在.NET中，我们有SecureString类，在你尝试使用它之前一切都很好，因为（例如）散列字符串，你需要明文。我已经开始编写一个函数来散列SecureString，给定一个带有字节数组并输出字节数组的散列函数。

private static byte[] HashSecureString(SecureString ss, Func<byte[], byte[]> hash)
{
    // Convert the SecureString to a BSTR
    IntPtr bstr = Marshal.SecureStringToBSTR(ss);

    // BSTR contains the length of the string in bytes in an
    // Int32 stored in the 4 bytes prior to the BSTR pointer
    int length = Marshal.ReadInt32(bstr, -4);

    // Allocate a byte array to copy the string into
    byte[] bytes = new byte[length];

    // Copy the BSTR to the byte array
    Marshal.Copy(bstr, bytes, 0, length);

    // Immediately destroy the BSTR as we don't need it any more
    Marshal.ZeroFreeBSTR(bstr);

    // Hash the byte array
    byte[] hashed = hash(bytes);

    // Destroy the plaintext copy in the byte array
    for (int i = 0; i < length; i++) { bytes[i] = 0; }

    // Return the hash
    return hashed;
}

我相信这会正确地对字符串进行哈希处理，并且在函数返回时将正确地从内存中擦除明文的任何副本，假设提供的哈希函数表现良好并且不对其进行任何副本输入不会擦洗自己。我在这里错过了什么吗？

Answer 1

我在这里错过了什么吗？

是的，你有一个相当基础的人。当垃圾收集器压缩堆时，您无法清除留下的数组副本。 Marshal.SecureStringToBSTR（ss）没问题，因为BSTR是在非托管内存中分配的，因此会有一个不会改变的可靠指针。换句话说，没有问题擦洗那个。

但是，您的byte[] bytes数组包含字符串的副本，并且在GC堆上分配了。你可能会使用散列[]数组引发垃圾收集。很容易避免但当然你几乎无法控制进程中的其他线程分配内存和引入集合。或者就此而言，代码开始运行时已经在进行的后台GC。

SecureString的目的是永远在垃圾收集的内存中有一个字符串的明文副本。将其复制到托管数组会违反该保证。如果你想使这段代码安全，那么你将不得不编写一个带有IntPtr的hash（）方法，只读取该指针。

请注意，如果您的哈希需要匹配在另一台计算机上计算的哈希，那么您不能忽略该机器用于将字符串转换为字节的编码。

Answer 2

总是有可能使用非托管CryptoApi或CNG功能。请记住SecureString是为非托管消费者设计的，它完全控制了内存管理。

如果你想坚持使用C＃，你应该固定临时数组，以防止GC在你有机会擦除它之前移动它：

private static byte[] HashSecureString(SecureString input, Func<byte[], byte[]> hash)
{
    var bstr = Marshal.SecureStringToBSTR(input);
    var length = Marshal.ReadInt32(bstr, -4);
    var bytes = new byte[length];

    var bytesPin = GCHandle.Alloc(bytes, GCHandleType.Pinned);
    try {
        Marshal.Copy(bstr, bytes, 0, length);
        Marshal.ZeroFreeBSTR(bstr);

        return hash(bytes);
    } finally {
        for (var i = 0; i < bytes.Length; i++) { 
            bytes[i] = 0; 
        }

        bytesPin.Free();
    }
}

Answer 3

作为汉斯答案的补充，这里提出了如何实施哈希的建议。 Hans建议将指向非托管字符串的指针传递给哈希函数，但这意味着客户端代码（=哈希函数）需要处理非托管内存。那不太理想。

另一方面，您可以通过以下接口的实例替换回调：

interface Hasher {
    void Reinitialize();
    void AddByte(byte b);
    byte[] Result { get; }
}

这样，哈希（虽然它变得稍微复杂一些）可以完全在管理的土地上实现，而不会泄漏安全信息。您的HashSecureString将如下所示：

private static byte[] HashSecureString(SecureString ss, Hasher hasher) {
    IntPtr bstr = Marshal.SecureStringToBSTR(ss);
    try {
        int length = Marshal.ReadInt32(bstr, -4);

        hasher.Reinitialize();

        for (int i = 0; i < length; i++)
            hasher.AddByte(Marshal.ReadByte(bstr, i));

        return hasher.Result;
    }
    finally {
        Marshal.ZeroFreeBSTR(bstr);
    }
}

注意finally块，以确保非托管内存为零，无论hasher实例有什么恶意。

这是一个简单的（并不是非常有用的）Hasher实现来说明接口：

sealed class SingleByteXor : Hasher {
    private readonly byte[] data = new byte[1];

    public void Reinitialize() {
        data[0] = 0;
    }

    public void AddByte(byte b) {
        data[0] ^= b;
    }

    public byte[] Result {
        get { return data; }
    }
}

Answer 4

作为进一步补充，您是否可以将提供的逻辑@KonradRudolph和@HansPassant包装到自定义Stream实现中？

这将允许您使用HashAlgorithm.ComputeHash(Stream)方法，这将保持接口的管理（尽管您可以及时处理流）。

当然，你受HashAlgorithm实现的支配，因为一次有多少数据在内存中结束（当然，这就是参考源的用途！）

只是一个想法......

public class SecureStringStream : Stream
{
    public override bool CanRead { get { return true; } }
    public override bool CanWrite { get { return false; } }
    public override bool CanSeek { get { return false; } }

    public override long Position
    {
        get { return _pos; }
        set { throw new NotSupportedException(); }
    }

    public override void Flush() { throw new NotSupportedException(); }
    public override long Seek(long offset, SeekOrigin origin) { throw new NotSupportedException(); }
    public override void SetLength(long value) { throw new NotSupportedException(); }
    public override void Write(byte[] buffer, int offset, int count) { throw new NotSupportedException(); }

    private readonly IntPtr _bstr = IntPtr.Zero;
    private readonly int _length;
    private int _pos;

    public SecureStringStream(SecureString str)
    {
        if (str == null) throw new ArgumentNullException("str");
        _bstr = Marshal.SecureStringToBSTR(str);

        try
        {
            _length = Marshal.ReadInt32(_bstr, -4);
            _pos = 0;
        }
        catch
        {
            if (_bstr != IntPtr.Zero) Marshal.ZeroFreeBSTR(_bstr);
            throw;
        }
    }

    public override long Length { get { return _length; } }

    public override int Read(byte[] buffer, int offset, int count)
    {
        if (buffer == null) throw new ArgumentNullException("buffer");
        if (offset < 0) throw new ArgumentOutOfRangeException("offset");
        if (count < 0) throw new ArgumentOutOfRangeException("count");
        if (offset + count > buffer.Length) throw new ArgumentException("offset + count > buffer");

        if (count > 0 && _pos++ < _length) 
        {
            buffer[offset] = Marshal.ReadByte(_bstr, _pos++);
            return 1;
        }
        else return 0;
    }

    protected override void Dispose(bool disposing)
    {
        try { if (_bstr != IntPtr.Zero) Marshal.ZeroFreeBSTR(_bstr); }
        finally { base.Dispose(disposing); }
    }
}

void RunMe()
{
    using (SecureString s = new SecureString())
    {
        foreach (char c in "jimbobmcgee") s.AppendChar(c);
        s.MakeReadOnly();

        using (SecureStringStream ss = new SecureStringStream(s))
        using (HashAlgorithm h = MD5.Create())
        {
            Console.WriteLine(Convert.ToBase64String(h.ComputeHash(ss)));
        }
    }
}

在.NET中散列SecureString

4 个答案: