Question

我有8个uint代表这样的安全密钥：

uint firstParam = ...;
uint secondParam = ...;
uint thirdParam = ...;
uint etcParam = ...;
uint etcParam = ...;

它们在UNSAFE方法内部分配为局部变量。这些键非常敏感。我想知道方法结束后堆栈上的那些本地对象是否会被删除？ UNSAFE方法是否对此有影响？ MSDN说不安全代码会自动固定在内存中。

如果没有将它们从内存中删除，即使分析人员说这没有效果，在方法结束时是否将它们全部分配给0帮助？

所以我测试了将变量清零的方法。但是，在x64 Release模式下，归零会从最终产品中删除（已使用ILSpy检查）有什么办法可以阻止这种情况？

这是示例代码（在x64版本中）

private static void Main(string[] args)
{
    int num = new Random().Next(10, 100);
    Console.WriteLine(num);
    MethodThatDoesSomething(num);
    num = 0;                         // This line is removed!
    Console.ReadLine();
}

private static void MethodThatDoesSomething(int num)
{
    Console.WriteLine(num);
}

在x64版本中删除了num = 0语句。

我无法使用SecureString，因为我正在P /调用将UInt作为参数的本机方法。

我正在P /调用非托管方法AllocateAndInitializeSid，它使用8个uint作为参数。在这个场景中我该怎么办？

我尝试添加

[MethodImpl(MethodImplOptions.NoInlining | MethodImplOptions.NoOptimization)]

到示例代码（在Main方法之上），但是num = 0仍被删除！

Answer 1

编辑：经过一番推理，我来纠正这个答案。

请勿使用SecureString，就像@Servy和@Alejandro在评论中指出的那样，它不再被认为是真正的安全性，并且会给人一种误导的安全感，可能会导致更多未经考虑的暴露。

我已经~~击中了~~我不再适应的段落了，在它们的位置，建议如下。

要分配firstParam，请使用：

firstParam = value ^ OBFUSCATION_MASK;

要再次阅读firstParam，请使用：

firstParam ^ OBFUSCATION_MASK;

^（按位XOR）运算符是其本身的反函数，因此对其应用两次将返回原始值。通过减少时间，该值就不会混淆（因为CPU时间实际上是机器代码周期数），因此也减少了它的暴露时间。当该值长期存储（例如2-3微秒）时，应始终对其进行混淆。例如：

private static uint firstParam; // use static so that the compiler cannot remove apparently "useless" assignments

public void f()
{
    // somehow acquire the value (network? encrypted file? user input?)
    firstParam = externalSourceFunctionNotInMyCode() ^ OBFUSCATION_MASK; // obfuscate immediately
}

然后，几毫秒后：

public void g()
{
    // use the value
    externalUsageFunctionNotInMyCode(firstParam ^ OBFUSCATION_MASK);
}

两个external[Source|Usage]FunctionNotInMyCode()是该值的入口点和出口点。重要的是，只要将值存储在我的代码中，它就永远不会模糊，它总是被混淆。在我的代码之前和之后发生的事情不受我们的控制，我们必须忍受它。有时必须输入和/或退出值。否则它将是什么程序？

最后一点是关于OBFUSCATION_MASK的。我将在应用程序的每次启动时将其随机化，但要确保熵足够高，这意味着0和1的数量可能不是五十/五十，而是接近五十。我认为RNGCryptoServiceProvider就足够了。如果没有，总是可以对位数进行计数或计算熵：

private static readonly uint OBFUSCATION_MASK = cryptographicallyStrongRandomizer();

到那时，识别二进制汤中的敏感值相对困难，如果将数据分页到磁盘，甚至可能不相关。

和往常一样，安全性必须与成本和效率（在这种情况下，还要兼具可读性和可维护性）之间达到平衡。

原始答案：

即使使用固定的非托管内存，您也无法确定操作系统是否将物理内存分页到磁盘上。

实际上，在互联网酒吧非常普遍的国家/地区，客户可以在可公开访问的计算机上使用您的程序。攻击者可以尝试执行以下操作：

通过运行偶尔分配所有可用RAM的进程来破坏计算机；
等待其他客户端使用该计算机并运行包含敏感数据（例如用户名和密码）的程序；
流氓程序耗尽所有RAM后，操作系统会将虚拟内存页面分页到磁盘；
在其他客户端使用了几个小时后，攻击者又回到了计算机上，将未使用的扇区和空闲空间复制到外部设备上；
他希望pagefile.sys多次更改扇区（这是通过扇区轮换发生的，操作系统可能无法避免，这取决于硬件/固件/驱动程序） ;
他将外部设备带到地牢中，然后缓慢但耐心地分析收集到的数据，这些数据主要是乱码，但可能会有一些ASCII字符。

通过不间断地分析世界上所有时间的数据，他可能会发现pagefile.sys曾经被写入过几次“写入”的那些扇区。在那里，可以检查RAM的内容，从而可以检查程序的堆/堆栈。

如果程序在string中存储了敏感数据，则此过程将公开它。

现在，您使用的是uint，而不是string，但是相同的原理仍然适用。为了确保即使分页到磁盘也不会暴露任何敏感数据，您可以使用类型的安全版本，如<{strike>，例如SecureString 。

使用uint可以保护您免受ASCII扫描的侵扰，但是要确保不要将敏感数据存储在不安全的变量中，~~这意味着您应该以某种方式将uint转换为string表示形式，并将其专门存储在SecureString~~ 中。

希望可以帮助实现安全应用程序的人。

Answer 2

在.NET中，您永远无法确定实际上已从内存中清除了变量。

由于CLR管理内存，因此可以随意移动它们，自由地将旧副本留在后面，包括如果有意用零或其他随机值覆盖它们。如果内存分析器或调试器具有足够的特权，它们仍然可能会获得它们。

那你该怎么办？

仅终止该方法会将数据留在堆栈中，它们最终将被其他内容覆盖，无法确定何时（或是否）会发生这种情况。

如果编译器没有优化“无用”的分配，则手动覆盖它会有所帮助（有关详细信息，请参见this thread）。如果变量是短寿命的（在GC有机会移动它们之前），这将更有可能成功，但是您仍然没有保证在其他地方不会有其他副本。

您要做的第二件事是立即终止整个过程，最好也将它们覆盖。这样，内存将返回到操作系统，并在将其分配给另一个进程之前将其清除。虽然您仍然受内核模式分析器的支配，但是现在您已经大大提高了标准。

清除堆栈变量存储器

2 个答案: