如何在不安全代码中连接和散列用户名和密码（存储在安全字符串中）

Question

我试图坚持上次执行程序时用户名和密码组合是否有效，但不存储用户名和密码本身。目标不是验证，只是为了防止不必要地尝试使用无效凭据，这可能会使用户被锁定在服务之外（在本例中为 SharePoint，但这与此处无关）。

我的方法是连接用户名和密码并采用 MD5 散列（速度很快，并且会根据提供的 username/password 组合进行验证）。

原来这需要一堆我不知道的东西。请在下面查看我当前（无效）的方法，如果有人可以提供有关我应该做什么的指导，那将非常有用。

unsafe
{
    byte[] usernamePart = Encoding.Unicode.GetBytes(this.Username);
    IntPtr unmanagedPwd = IntPtr.Zero;
    unmanagedPwd = Marshal.SecureStringToGlobalAllocUnicode(this.Password);

    // Question 1: How many bytes do I need to copy?
    int lenPasswordArray = somemethod(this.Password);
    IntPtr unsafeBuffer = Marshal.AllocHGlobal(usernamePart.Length + lenPasswordArray);
    Marshal.Copy(usernamePart, 0, unsafeBuffer, usernamePart.Length);

    // Question 2: Marshal.Copy takes a byte[]; I have an IntPtr. How to copy after the username
    Marshal.Copy(unmanagedPwd, 0, IntPtr.Add(unsafeBuffer, lenPasswordArray), lenPasswordArray);

    var provider = new System.Security.Cryptography.MD5CryptoServiceProvider();
    //Question 3: I now have an IntPtr with username and password together. But 
    // provider takes a byte[]... I don't want to convert to byte[], because it'll end up
    // with the same System.String problem
    var targetHash = provider.ComputeHash(unsafeBuffer);

    // Question 4: How do I clean up safely?
    Marshal.ZeroFreeGlobalAllocUnicode(unmanagedPwd);
    Marshal.Copy(new byte[usernamePart.Length + lenPasswordArray], 0, unsafeBuffer, usernamePart.Length + lenPasswordArray);
    Marshal.FreeHGlobal(unsafeBuffer);
}

如评论中所述，我需要知道 4 件事：

如何计算出SecureStringToGlobalAllocUnicode
当我在 IntPtr 之后需要 n 个字节并且不想分配托管 byte[] 并使用 Marshal.Copy
如何加密这些字节
如何可靠地清零并释放我分配的所有内容（我对不安全代码还很陌生）

编辑：为清楚起见，我想要的是安全版本：

byte[] usernamePart = Encoding.Unicode.GetBytes(this.Username);
byte[] passwordPart = Encoding.Unicode.GetBytes(this.Password.ConvertToUnsecureString());
byte[] all = usernamePart.Concat(passwordPart).ToArray();
var provider = new System.Security.Cryptography.MD5CryptoServiceProvider();
return provider.ComputeHash(all).ToString();

Answer 1

遗憾的是，如果没有更多详细信息，将很难知道最佳答案是什么。这里缺少的一个特定细节是 SecureString 对象的来源。您创建它是为了执行此哈希吗？或者密码是否已由 SecureString 对象表示，您正在将其传递给其他 APIs？

如果是前者，则表明您的进程中已经有一个未加密的、非确定性生命周期字符串，其中包含密码。如果是后者，那么虽然密码的未加密版本的生命周期可能是确定的，但请注意，密码在不同的执行点最终仍会被解密。

也就是说，就您的具体问题而言：

How to work out the number of bytes allocated by SecureStringToGlobalAllocUnicode

在我看来，您应该能够相信将原文的长度加倍是可靠的。 SecureString.Length 属性 returns组成字符串的char个对象的个数，即16位UTF16值的个数，所以字节正好是它的两倍。 Length 属性没有考虑采用两个 16 位值（即低位和高位代理）的 Unicode 代码点，因此字节长度计算应该是准确的。

就是说，如果您不相信……分配的字符串应该以 null 结尾，这样您就可以对字符串进行正常扫描。请注意，如果您对字符串使用 BSTR 方法，则该字符串会以 32 位 byte 计数（不是字符计数）为前缀来表示该字符串，不包括其空终止符；您可以通过从返回的 IntPtr 中减去 4 来检索它，从那里获取四个字节，然后将其转换回 int 值。

The appropriate function to use when I need n bytes after an IntPtr and don't want to allocate a managed byte[] and use Marshal.Copy

有很多方法可以做到这一点。我认为一种更简单的方法是 p/invoke Windows CopyMemory() 函数：

[DllImport("kernel32.dll")]
unsafe extern static void CopyMemory(void* destination, void* source, IntPtr size_t);

只需将适当的 IntPtr 值传递给该方法，使用 IntPtr.ToPointer() 方法或显式转换为可用的 void*。像这样使用：

unsafe
{
    CopyMemory(IntPtr.Add(unsafeBuffer, usernamePart.Length).ToPointer(),
        unmanagedPwd.ToPointer(), new IntPtr(lenPasswordArray));
}

在 .NET 4.6 中（根据 MSDN...我自己还没有使用过...仍然停留在 4.5 上），您可以（将能够）使用 Buffer.MemoryCopy() 方法。例如：

Buffer.MemoryCopy(unmanagedPwd.ToPointer(),
    IntPtr.Add(unsafeBuffer, usernamePart.Length).ToPointer(),
    lenPasswordArray,
    lenPasswordArray);

（请注意，我认为您在原始示例中有一个类型；您将 lenPasswordArray 添加到 unsafeBuffer 指针以确定要将密码数据复制到的位置。我已经更正了上面示例中使用用户名长度的错误，因为您似乎想在已复制的用户名数据之后立即复制密码数据。

How to encrypt those bytes

你这是什么意思？您是在问如何散列字节吗？ IE。运行 MD5散列算法在他们身上？请注意，这不是加密；没有实用的方法来解密该值（尽管存在 MD5 安全漏洞）。

如果您只是想散列字节，则需要一个可以在非托管内存上运行的 MD5 实现。我不确定 Windows 是否具有非托管 MD5 API，但它通常具有密码学。因此，您可以 p/invoke 访问这些功能。有关详细信息，请参阅 Cryptographic Service Providers。

我会注意到，此时，您现在在内存中有未加密的数据，位于两个不同的位置：调用 SecureStringToGlobalAllocUnicode() 时最初解密的内存块，当然还有您创建的新副本复制到 unsafeBuffer。与 System.String 对象相比，您可以更严格地控制这些缓冲区的生命周期，但除此之外，在恶意代码检查您的进程并恢复明文的生命周期中，您面临着相同的风险。

如果您的意思不是散列，请更具体地说明您希望如何以及为什么要 "encrypt those bytes"。

How to reliably zero out and free anything I've allocated (I'm very new to unsafe code)

我不知道 unsafe 和这个问题有什么关系。的确，除了你需要用void*的地方，你的代码示例本身不需要unsafe.

至于将内存缓冲区清零，你的代码对我来说似乎没问题。如果你想要比分配一个全新的 byte[] 缓冲区更有效的东西，只是为了将另一个内存位置设置为全零，你可以 p/invoke SecureZeroMemory() Windows 函数相反（类似于上面的 CopyMemory() 示例）。

现在，所有上面所说的，正如我在评论中提到的，在我看来，有一些方法可以在托管的、安全的代码中做到这一点，只需自己明确地控制中间对象的生命周期。例如：

static string SecureComputeHash(string username, SecureString password)
{
    byte[] textBytes = null;
    IntPtr textChars = IntPtr.Zero;

    try
    {
        byte[] userNameBytes = Encoding.Unicode.GetBytes(username);

        textChars = Marshal.SecureStringToGlobalAllocUnicode(password);
        int passwordByteLength = password.Length * 2;
        textBytes = new byte[userNameBytes.Length + passwordByteLength];

        userNameBytes.CopyTo(textBytes, 0);
        Marshal.Copy(textChars, textBytes, userNameBytes.Length, passwordByteLength);

        using (MD5CryptoServiceProvider provider = new MD5CryptoServiceProvider())
        {
            return Convert.ToBase64String(provider.ComputeHash(textBytes));
        }
    }
    finally
    {
        // Clean up temporary buffers
        if (textChars != IntPtr.Zero)
        {
            Marshal.ZeroFreeGlobalAllocUnicode(textChars);
        }

        if (textBytes != null)
        {
            for (int i = 0; i < textBytes.Length; i++)
            {
                textBytes[i] = 0;
            }
        }
    }
}

(我使用 base64 编码将您的散列 byte[] 结果转换为字符串。您在示例中显示的对 ToString() 的简单调用不会做任何有用的事情，因为它只是 returns byte[] 对象的类型名称。我认为 base64 是存储散列数据最有效、最有用的方法，但您当然可以使用您认为有用的任何表示形式）。

以上假定您的密码已经在 SecureString 对象中。当然，如果你只是简单地从其他一些非加密对象初始化一个 SecureString 对象，你可以以不同的方式执行上述操作，例如直接从非加密对象创建一个 char[] （这可能是例如 string 或 StringBuilder).

我看不出您的非托管方法比上述方法有何显着优势。

我能看到的唯一例外是，如果您担心 MD5CryptoServiceProvider class 可能会在它自己的内部数据结构中留下一些数据副本。这可能是一个有效的担忧，但是你也会对你的非托管方法有这种担忧，因为你没有展示你实际会在那里使用什么 MD5 实现（你必须确保你使用的任何实现都小心不留下您的数据副本）。

就我个人而言，我怀疑（但不确定）给定 MD5CryptoServiceProvider class 名称中的 "crypto" 这个词，class 小心地清除临时内存缓冲区。

除了可能的担忧之外，完全托管的方法完成了同样的事情，恕我直言，没有那么大惊小怪。

如何在不安全代码中连接和散列用户名和密码（存储在安全字符串中）

How to concatenate and hash a username and password (stored in a secure string) in unsafe code

c#

unsafe

marshalling

如何在不安全代码中连接和散列用户名和密码（存​​储在安全字符串中）

How to concatenate and hash a username and password (stored in a secure string) in unsafe code

c#

unsafe

marshalling

如何在不安全代码中连接和散列用户名和密码（存储在安全字符串中）