通用常量时间比较函数C ++

Question

我正在编写一个ProtectedPtr类，该类使用Windows Crypto API保护内存中的对象，并且在创建通用常量时间比较函数时遇到了问题。 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;
}

问题是强制转换为字节*。 当将此类与字符串一起使用时，我的编译器会抱怨字符串无法转换为字节指针。 我当时在想也许要基于Go的ConstantTimeByteEq函数建立我的函数，但这仍然使我回到原来的问题，即将模板类型转换为int或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)
}

我怎样才能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的建议使用通用常量比较功能：

//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;
}

Answer 1

通常，您试图在当前代码中完成的工作称为Format Preserving Encryption 。 即，对std::string进行加密，以使所得密文也是有效的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，该参数知道如何将T类型的对象序列化为无符号字符数组。 您可以将其默认设置为适用于所有基本类型的通用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));
  }
};

将对象简化为unsigned char的平面数组后，给定的恒定时间比较算法就可以正常工作。

这是使用上面的序列化器的示例代码的精简版本。

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：答复对原始/平面类型的通用序列化器的请求。 将此视为伪代码，因为我无需测试即可将其输入浏览器。 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);
  }
};

Answer 2

我很好奇编译器给您的错误。

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byte 。 尝试强制转换为int ， long或longlong

编辑：根据您的反馈，另一个较小的更改：

volatile auto thisData = (byte*)&getEncyptedData();
volatile auto otherData = (byte*)&other.getEncyptedData();

（请注意“＆”号）。 这将使以前的演员能够正常工作