为什么OPENSSL_cleanse看起来如此复杂且线程不安全？

Question

这是OpenSSL 1.0.1i中OPENSSL_cleanse的实现

unsigned char cleanse_ctr = 0;

void OPENSSL_cleanse(void *ptr, size_t len)
{
    unsigned char *p = ptr;
    size_t loop = len, ctr = cleanse_ctr;
    while(loop--)
    {
        *(p++) = (unsigned char)ctr;
        ctr += (17 + ((size_t)p & 0xF));
    }
    p=memchr(ptr, (unsigned char)ctr, len);
    if(p)
        ctr += (63 + (size_t)p);
    cleanse_ctr = (unsigned char)ctr;
}

它看起来很复杂且线程不安全(通过读写全局变量cleanse_ctr).有人可以解释一下这个实现吗？用户是否需要关注其中可能的数据竞争？

Answer 1

为什么OPENSSL_cleanse看起来如此复杂且线程不安全？

该函数很复杂,试图阻止优化器将其作为死代码删除.

C标准不提供关键字,pin以确保不删除语句.如果删除了归零器,那么编译器人员会告诉你"......但是你要求优化".

memset_s附件K中的C11提供,保证不被删除.但是Drepper和朋友反对"更安全"的功能,所以它们在GNU Linux上不可用.例如,请参阅glibc库缺少memset_s.

OpenSSL也避免了,volatile因为GCC人员将标准解释为硬件支持的内存.也就是说,易失性存储器可以由硬件改变,但不能由另一个线程改变.这与微软对限定符的解释形成对比.

另请注意,在Windows平台(OpenSSL是跨平台)上,OpenSSL可以使用SecureZeroMemory.Microsoft解决了优化器提前删除代码的问题.

编辑(2016年2月):看起来OpenSSL 1.1.0简化了清理功能: RT4116:将清理更改为memset.这是差异mem_clr.c:

diff --git a/crypto/mem_clr.c b/crypto/mem_clr.c
index e6450a1..3389919 100644 (file)
--- a/crypto/mem_clr.c
+++ b/crypto/mem_clr.c
@@ -59,23 +59,16 @@
 #include <string.h>
 #include <openssl/crypto.h>

-extern unsigned char cleanse_ctr;
-unsigned char cleanse_ctr = 0;
+/*
+ * Pointer to memset is volatile so that compiler must de-reference
+ * the pointer and can't assume that it points to any function in
+ * particular (such as memset, which it then might further "optimize")
+ */
+typedef void *(*memset_t)(void *,int,size_t);
+
+static volatile memset_t memset_func = memset;

 void OPENSSL_cleanse(void *ptr, size_t len)
 {
-    unsigned char *p = ptr;
-    size_t loop = len, ctr = cleanse_ctr;
-
-    if (ptr == NULL)
-        return;
-
-    while (loop--) {
-        *(p++) = (unsigned char)ctr;
-        ctr += (17 + ((size_t)p & 0xF));
-    }
-    p = memchr(ptr, (unsigned char)ctr, len);
-    if (p)
-        ctr += (63 + (size_t)p);
-    cleanse_ctr = (unsigned char)ctr;
+    memset_func(ptr, 0, len);
 }

另请参见问题455:在OpenSSL的GitHub上重新实现非asm OPENSSL_cleanse().

Answer 2

代码中存在数据竞争，但这并不重要，因为变量的目的只是提供不同的垃圾数据来填充一块内存。换句话说，任何给定线程从该变量读取什么值并不重要。用户无需关心它。事实上，数据竞争甚至可能使该功能更加有效。