通用常数时间比较函数 C++
Generic constant time compare function c++
我正在编写一个使用 Windows 加密 API 保护内存中对象的 ProtectedPtr class,并且我 运行 遇到了创建通用常量的问题时间比较功能。我当前的代码:
template <class T>
bool operator==(volatile const ProtectedPtr& other)
{
std::size_t thisDataSize = sizeof(*protectedData) / sizeof(T);
std::size_t otherDataSize = sizeof(*other) / sizeof(T);
volatile auto thisData = (byte*)getEncyptedData();
volatile auto otherData = (byte*)other.getEncyptedData();
if (thisDataSize != otherDataSize)
return false;
volatile int result = 0;
for (int i = 0; i < thisDataSize; i++)
result |= thisData[i] ^ otherData[i];
return result == 0;
}
getEncryptedData 函数:
std::unique_ptr<T> protectedData;
const T& getEncyptedData() const
{
ProtectMemory(true);
return *protectedData;
}
问题是转换为 byte*。将此 class 与字符串一起使用时,我的编译器抱怨无法将字符串强制转换为字节指针。我在想也许我的函数基于 Go 的 ConstantTimeByteEq 函数,但它仍然让我回到我最初的问题,即将模板类型转换为 int 或我可以执行二进制操作的东西。
Go 的 ConstantTimeByteEq 函数:
func ConstantTimeByteEq(x, y uint8) int {
z := ^(x ^ y)
z &= z >> 4
z &= z >> 2
z &= z >> 1
return int(z)
}
如何轻松地将模板类型转换为可以轻松执行二进制操作的类型?
更新 根据 lockcmpxchg8b 的建议工作通用常量比较函数:
//only works on primative types, and types that don't have
//internal pointers pointing to dynamically allocated data
byte* serialize()
{
const size_t size = sizeof(*protectedData);
byte* out = new byte[size];
ProtectMemory(false);
memcpy(out, &(*protectedData), size);
ProtectMemory(true);
return out;
}
bool operator==(ProtectedPtr& other)
{
if (sizeof(*protectedData) != sizeof(*other))
return false;
volatile auto thisData = serialize();
volatile auto otherData = other.serialize();
volatile int result = 0;
for (int i = 0; i < sizeof(*protectedData); i++)
result |= thisData[i] ^ otherData[i];
//wipe the unencrypted copies of the data
SecureZeroMemory(thisData, sizeof(thisData));
SecureZeroMemory(otherData, sizeof(otherData));
return result == 0;
}
我很好奇编译器给你什么错误。
也就是说,尝试转换为 const char*
或 const void*
。
另一个问题可能是从 64 位指针转换为 8 位指针 byte
。尝试转换为 int
、long
或 longlong
编辑:根据您的反馈,另一个小改动:
volatile auto thisData = (byte*)&getEncyptedData();
volatile auto otherData = (byte*)&other.getEncyptedData();
(注意&符号)。这将使之前的转换工作
通常,您要在当前代码中完成的工作称为 Format Preserving Encryption。即,加密 std::string
使得生成的密文也是有效的 std::string
。这比让加密过程从原始类型转换为平面字节数组要困难得多。
要转换为平面数组,请为 "Serializer" 对象声明第二个模板参数,它知道如何将 T 类型的对象序列化为无符号字符数组。您可以将其默认为适用于所有原始类型的通用 sizeof
/memcpy
序列化程序。
这是 std::string
的示例。
template <class T>
class Serializer
{
public:
virtual size_t serializedSize(const T& obj) const = 0;
virtual size_t serialize(const T& obj, unsigned char *out, size_t max) const = 0;
virtual void deserialize(const unsigned char *in, size_t len, T& out) const = 0;
};
class StringSerializer : public Serializer<std::string>
{
public:
size_t serializedSize(const std::string& obj) const {
return obj.length();
};
size_t serialize(const std::string& obj, unsigned char *out, size_t max) const {
if(max >= obj.length()){
memcpy(out, obj.c_str(), obj.length());
return obj.length();
}
throw std::runtime_error("overflow");
}
void deserialize(const unsigned char *in, size_t len, std::string& out) const {
out = std::string((const char *)in, (const char *)(in+len));
}
};
一旦您将对象缩减为 unsigned char
的平面数组,那么您给定的恒定时间比较算法就可以正常工作。
这是使用上述序列化程序的示例代码的精简版。
template <class T, class S>
class Test
{
std::unique_ptr<unsigned char[]> protectedData;
size_t serSize;
public:
Test(const T& obj) : protectedData() {
S serializer;
size_t size = serializer.serializedSize(obj);
protectedData.reset(new unsigned char[size]);
serSize = serializer.serialize(obj, protectedData.get(), size);
// "Encrypt"
for(size_t i=0; i< size; i++)
protectedData.get()[i] ^= 0xa5;
}
size_t getEncryptedLen() const {
return serSize;
}
const unsigned char *getEncryptedData() const {
return protectedData.get();
}
const T getPlaintextData() const {
S serializer;
T target;
//"Decrypt"
for(size_t i=0; i< serSize; i++)
protectedData.get()[i] ^= 0xa5;
serializer.deserialize(protectedData.get(), serSize, target);
return target;
}
};
int main(int argc, char *argv[])
{
std::string data = "test";
Test<std::string, StringSerializer> tester(data);
const unsigned char *ptr = tester.getEncryptedData();
std::cout << "\"Encrypted\" bytes: ";
for(size_t i=0; i<tester.getEncryptedLen(); i++)
std::cout << std::setw(2) << std::hex << std::setfill('0') << (unsigned int)ptr[i] << " ";
std::cout << std::endl;
std::string recov = tester.getPlaintextData();
std::cout << "Recovered: " << recov << std::endl;
}
输出:
$ ./a.out
"Encrypted" bytes: d1 c0 d6 d1
Recovered: test
编辑:回答对 primtive/flat 类型的通用序列化程序的请求。将其视为伪代码,因为我在没有测试的情况下将其输入浏览器。我不确定这是否是正确的模板语法。
template<class T>
class PrimitiveSerializer : public Serializer<T>
{
public:
size_t serializedSize(const T& obj) const {
return sizeof obj;
};
size_t serialize(const T& obj, unsigned char *out, size_t max) const {
if(max >= sizeof obj){
memcpy(out, &obj, sizeof obj);
return sizeof obj;
}
throw std::runtime_error("overflow");
}
void deserialize(const unsigned char *in, size_t len, T& out) const {
if(len < sizeof out) {
throw std::runtime_error("underflow");
}
memcpy(&out, in, sizeof out);
}
};
我正在编写一个使用 Windows 加密 API 保护内存中对象的 ProtectedPtr class,并且我 运行 遇到了创建通用常量的问题时间比较功能。我当前的代码:
template <class T>
bool operator==(volatile const ProtectedPtr& other)
{
std::size_t thisDataSize = sizeof(*protectedData) / sizeof(T);
std::size_t otherDataSize = sizeof(*other) / sizeof(T);
volatile auto thisData = (byte*)getEncyptedData();
volatile auto otherData = (byte*)other.getEncyptedData();
if (thisDataSize != otherDataSize)
return false;
volatile int result = 0;
for (int i = 0; i < thisDataSize; i++)
result |= thisData[i] ^ otherData[i];
return result == 0;
}
getEncryptedData 函数:
std::unique_ptr<T> protectedData;
const T& getEncyptedData() const
{
ProtectMemory(true);
return *protectedData;
}
问题是转换为 byte*。将此 class 与字符串一起使用时,我的编译器抱怨无法将字符串强制转换为字节指针。我在想也许我的函数基于 Go 的 ConstantTimeByteEq 函数,但它仍然让我回到我最初的问题,即将模板类型转换为 int 或我可以执行二进制操作的东西。
Go 的 ConstantTimeByteEq 函数:
func ConstantTimeByteEq(x, y uint8) int {
z := ^(x ^ y)
z &= z >> 4
z &= z >> 2
z &= z >> 1
return int(z)
}
如何轻松地将模板类型转换为可以轻松执行二进制操作的类型?
更新 根据 lockcmpxchg8b 的建议工作通用常量比较函数:
//only works on primative types, and types that don't have
//internal pointers pointing to dynamically allocated data
byte* serialize()
{
const size_t size = sizeof(*protectedData);
byte* out = new byte[size];
ProtectMemory(false);
memcpy(out, &(*protectedData), size);
ProtectMemory(true);
return out;
}
bool operator==(ProtectedPtr& other)
{
if (sizeof(*protectedData) != sizeof(*other))
return false;
volatile auto thisData = serialize();
volatile auto otherData = other.serialize();
volatile int result = 0;
for (int i = 0; i < sizeof(*protectedData); i++)
result |= thisData[i] ^ otherData[i];
//wipe the unencrypted copies of the data
SecureZeroMemory(thisData, sizeof(thisData));
SecureZeroMemory(otherData, sizeof(otherData));
return result == 0;
}
我很好奇编译器给你什么错误。
也就是说,尝试转换为 const char*
或 const void*
。
另一个问题可能是从 64 位指针转换为 8 位指针 byte
。尝试转换为 int
、long
或 longlong
编辑:根据您的反馈,另一个小改动:
volatile auto thisData = (byte*)&getEncyptedData();
volatile auto otherData = (byte*)&other.getEncyptedData();
(注意&符号)。这将使之前的转换工作
通常,您要在当前代码中完成的工作称为 Format Preserving Encryption。即,加密 std::string
使得生成的密文也是有效的 std::string
。这比让加密过程从原始类型转换为平面字节数组要困难得多。
要转换为平面数组,请为 "Serializer" 对象声明第二个模板参数,它知道如何将 T 类型的对象序列化为无符号字符数组。您可以将其默认为适用于所有原始类型的通用 sizeof
/memcpy
序列化程序。
这是 std::string
的示例。
template <class T>
class Serializer
{
public:
virtual size_t serializedSize(const T& obj) const = 0;
virtual size_t serialize(const T& obj, unsigned char *out, size_t max) const = 0;
virtual void deserialize(const unsigned char *in, size_t len, T& out) const = 0;
};
class StringSerializer : public Serializer<std::string>
{
public:
size_t serializedSize(const std::string& obj) const {
return obj.length();
};
size_t serialize(const std::string& obj, unsigned char *out, size_t max) const {
if(max >= obj.length()){
memcpy(out, obj.c_str(), obj.length());
return obj.length();
}
throw std::runtime_error("overflow");
}
void deserialize(const unsigned char *in, size_t len, std::string& out) const {
out = std::string((const char *)in, (const char *)(in+len));
}
};
一旦您将对象缩减为 unsigned char
的平面数组,那么您给定的恒定时间比较算法就可以正常工作。
这是使用上述序列化程序的示例代码的精简版。
template <class T, class S>
class Test
{
std::unique_ptr<unsigned char[]> protectedData;
size_t serSize;
public:
Test(const T& obj) : protectedData() {
S serializer;
size_t size = serializer.serializedSize(obj);
protectedData.reset(new unsigned char[size]);
serSize = serializer.serialize(obj, protectedData.get(), size);
// "Encrypt"
for(size_t i=0; i< size; i++)
protectedData.get()[i] ^= 0xa5;
}
size_t getEncryptedLen() const {
return serSize;
}
const unsigned char *getEncryptedData() const {
return protectedData.get();
}
const T getPlaintextData() const {
S serializer;
T target;
//"Decrypt"
for(size_t i=0; i< serSize; i++)
protectedData.get()[i] ^= 0xa5;
serializer.deserialize(protectedData.get(), serSize, target);
return target;
}
};
int main(int argc, char *argv[])
{
std::string data = "test";
Test<std::string, StringSerializer> tester(data);
const unsigned char *ptr = tester.getEncryptedData();
std::cout << "\"Encrypted\" bytes: ";
for(size_t i=0; i<tester.getEncryptedLen(); i++)
std::cout << std::setw(2) << std::hex << std::setfill('0') << (unsigned int)ptr[i] << " ";
std::cout << std::endl;
std::string recov = tester.getPlaintextData();
std::cout << "Recovered: " << recov << std::endl;
}
输出:
$ ./a.out
"Encrypted" bytes: d1 c0 d6 d1
Recovered: test
编辑:回答对 primtive/flat 类型的通用序列化程序的请求。将其视为伪代码,因为我在没有测试的情况下将其输入浏览器。我不确定这是否是正确的模板语法。
template<class T>
class PrimitiveSerializer : public Serializer<T>
{
public:
size_t serializedSize(const T& obj) const {
return sizeof obj;
};
size_t serialize(const T& obj, unsigned char *out, size_t max) const {
if(max >= sizeof obj){
memcpy(out, &obj, sizeof obj);
return sizeof obj;
}
throw std::runtime_error("overflow");
}
void deserialize(const unsigned char *in, size_t len, T& out) const {
if(len < sizeof out) {
throw std::runtime_error("underflow");
}
memcpy(&out, in, sizeof out);
}
};