我可以使用 std::array 的自定义分配器来获取安全加密密钥吗？

Question

我知道std::array在堆栈中完全分配，但这个问题是出于安全考虑，需要两件事：

1. 中的数据std::array将在销毁时归零或随机化
2. 输入的数据std::array将被锁定，这样它就不会在崩溃或交换内存时进入磁盘。

通常，std::vector解决方案是创建一个自定义分配器来执行这些操作。然而，对于std::array，我不知道如何做到这一点，因此这个问题。

我能做的最好的是：

template <typename T, std::size_t Size>
struct SecureArray : public std::array<T, Size>
{
    static_assert(std::is_pod<T>::value, "Only POD types allowed")
    static_assert(sizeof(T) == 1, "Only 1-byte types allowed")
    virtual ~SecureArray()
    {
        std::vector<uint8_t> d = RandomBytes(Size); // generates Size random bytes
        std::memcpy(this->data(), d.data(), Size);
    }
}

但是，这显然缺乏记忆锁定和复杂化的表现方式std::array是通过使用来获得std::array在首位。

有没有更好的解决办法？

Answer 1

std::array不能使用分配器；但是，似乎您的 SecureArray 类可以通过自定义构造函数/解构函数实现您想要的。

像这样的东西：

#include <sys/mman.h>

template<class T, std::size_t Size>
struct SecureArray : public std::array<T, Size>
{
    // Your static_asserts...

    SecureArray(void) {
        mlock(std::array<T, Size>::data(), sizeof(T) * Size);
    }

    ~SecureArray(void) {
        char *bytes = reinterpret_cast<char *>(std::array<T, Size>::data());
        for (std::size_t i = 0; i < sizeof(T) * Size; i++)
            bytes[i] = 0;
        munlock(bytes, sizeof(T) * N);
    }
};

Answer 2

我知道std::array完全在堆栈中分配

这并不完全正确。std::array不分配任何内存，所以这取决于你分配它的位置。

auto* arr = new std::array<int, 100>(); // BUM! it is allocated on the heap

但这显然缺乏内存锁定，并使首先std::array通过使用获得的性能方案变得复杂。std::array

首先，在堆栈上锁定内存不是问题。请参阅 POSIX 示例：

#include <iostream>
#include <sys/mman.h>
#include <array>

int main()
{
    std::array<int, 3> a = {1, 2, 3};        // std::array allocated on the stack
    if (mlock(a.data(), sizeof(a)) == 0)
    {
        std::cout << "LOCKED" << std::endl;
    }
}

因此，您可以在构造函数中调用mlock或任何可移植的模拟SecureArray。

其次，您期望获得什么性能提升？内存读/写速度并不取决于您在堆上或堆栈上分配数组的位置。因此，关键在于分配和锁定内存的速度。如果性能至关重要，那么即使内存是在SecureArray堆栈上分配的，内存锁定也可能太慢（或者慢，谁知道呢？）而无法每次在构造函数中调用它。

std::vector因此，与自定义分配器一起使用会更方便。它可以预分配和预锁定大内存块，因此分配速度几乎与堆栈上一样快。