建议118：使用SecureString保存密钥等机密字符串

建议118：使用SecureString保存密钥等机密字符串

托管代码中的字符串是一类特殊的对象，它们不可用被改变。每次使用System.String类张的方法之一时，或者使用此类型进行运算时（如赋值、拼接等），都要在内存中创建新的字符串对象，也就是为该新对象分配新的空间。这就带来了两个问题：
原来的字符串是不是还在内存当中？
如果在内存当中，那么机密数据（如密码）该如何保存才足够安全？

针对第一个问题，我们来看一段代码：

static void Method1()
{
string str = "liming";
Console.WriteLine(str);
}

static void Main(string[] args)
{
Method1(); //在此处打上断点
Console.ReadKey();
}

在Method1方法处打上断点。在VS中让程序执行到此处，在即时窗口中相继运行命令：

.load sos.dll

和

!dso

运行结果：

.load sos.dll

已加载扩展 G:\Windows\Microsoft.NET\Framework\v4.0.30319\sos.dll

!dso

PDB symbol for clr.dll not loaded

OS Thread Id: 0x9806c (622700)

ESP/REG  Object   Name

003EE700 027022a8 System.Object[]    (System.String[])

003EE9F4 027022a8 System.Object[]    (System.String[])

003EEDA0 027022a8 System.Object[]    (System.String[])

003EEDB8 027022a8 System.Object[]    (System.String[])

003EEDC4 027022a8 System.Object[]    (System.String[])

003EEE40 027022a8 System.Object[]    (System.String[])

003EEF9C 027022a8 System.Object[]    (System.String[])

003EEFD4 027022a8 System.Object[]    (System.String[])

003EF510 02701238 System.SharedStatics

 

打开“调试”->“窗口”->“内存”->“内存1”窗口，找到对应Object列的内存地址"027022a8"，然后在内存窗口中输入。



由于此时还没有进入到Method1中，所以内存当中不存在字符串“liming”。接着让程序运行到方法内部，可以看到内存中应经存在“liming”了。



这就出现了一个问题，如果有人恶意扫描你的内存，程序中所保存的机密信息将无处可逃。幸好FCL提供了System.Security.SecureString，SecureString表示一个应保密的文本，它在初始化时就已经被加密了。使用SecureString的示例如下：

static System.Security.SecureString secureString = new System.Security.SecureString();

static void Method2()
{
secureString.AppendChar('l');
secureString.AppendChar('i');
secureString.AppendChar('m');
secureString.AppendChar('i');
secureString.AppendChar('n');
secureString.AppendChar('g');
}

static void Main(string[] args)
{
Method2();
Console.ReadKey();
}

使用相同的调试手法可以发现，再次进入Method2后，已经找不到对应的字符串“liming”了。但是，核心数据保存问题已经解决了，可是文本总是要取出来的，只要取出来不是就会被发现吗？这个问题没法避免，但是我们可以做到文本使用完毕就释放掉，代码如下：

static void Method3()
{
secureString.AppendChar('l');
secureString.AppendChar('i');
secureString.AppendChar('m');
secureString.AppendChar('i');
secureString.AppendChar('n');
secureString.AppendChar('g');
IntPtr addr = Marshal.SecureStringToBSTR(secureString);
string temp = Marshal.PtrToStringBSTR(addr);
//使用该机密文本做一些事情
///=======开始清理内存
//清理掉非托管代码中对应的内存的值
Marshal.ZeroFreeBSTR(addr);
//清理托管代码对应的内存的值（采用重写的方法）
int id = GetProcessID();
byte[] writeBytes = Encoding.Unicode.GetBytes("xxxxxx");
IntPtr intPtr = Open(id);
unsafe
{
fixed (char* c = temp)
{
WriteMemory((IntPtr)c, writeBytes, writeBytes.Length);
}
}
///=======清理完毕
}

static PROCESS_INFORMATION processInfo = new PROCESS_INFORMATION();

public static int GetProcessID()
{
Process p = Process.GetCurrentProcess();
return p.Id;
}

public static IntPtr Open(int processId)
{
IntPtr hProcess = IntPtr.Zero;
hProcess = ProcessAPIHelper.OpenProcess(ProcessAccessFlags.All, false, processId);
if (hProcess == IntPtr.Zero)
throw new Exception("OpenProcess失败");
processInfo.hProcess = hProcess;
processInfo.dwProcessId = processId;
return hProcess;
}

static int WriteMemory(IntPtr addressBase, byte[] writeBytes, int writeLength)
{
int reallyWriteLength = 0;
if (!ProcessAPIHelper.WriteProcessMemory(processInfo.hProcess, addressBase, writeBytes, writeLength, out reallyWriteLength))
{
throw new Exception();
}
return reallyWriteLength;
}

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
internal struct PROCESS_INFORMATION
{
public IntPtr hProcess;
public IntPtr hThread;
public int dwProcessId;
public int dwThreadId;
}

[Flags]
enum ProcessAccessFlags : uint
{
All = 0x001F0FFF,
Terminate = 0x00000001,
CreateThread = 0x00000002,
VMOperation = 0x00000008,
VMRead = 0x00000010,
VMWrite = 0x00000020,
DupHandle = 0x00000040,
SetInformation = 0x00000200,
QueryInformation = 0x00000400,
Synchronize = 0x00100000
}

static class ProcessAPIHelper
{
[DllImport("kernel32.dll")]
public static extern IntPtr OpenProcess(ProcessAccessFlags dwDesiredAccess, [MarshalAs(UnmanagedType.Bool)] bool bInheritHandle, int dwProcessId);

[DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)]
public static extern bool WriteProcessMemory(IntPtr hProcess, IntPtr lpBaseAddress, byte[] lpBuffer, int nSize, out int lpNumberOfBytesWritten);

[DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)]
public static extern bool ReadProcessMemory(IntPtr hProcess, IntPtr lpBaseAddress, [Out] byte[] lpBuffer, int dwSize, out uint lpNumberOfBytesRead);

[DllImport("kernel32.dll", SetLastError = true)]
[return: MarshalAs(UnmanagedType.Bool)]
public static extern bool CloseHandle(IntPtr hObject);
}

 

注意查看上文中的代码：

IntPtr addr = Marshal.SecureStringToBSTR(secureString);
string temp = Marshal.PtrToStringBSTR(addr);

这两行代码表示的就是把机密文本从SecureString取出来，临时赋值给字符串temp。这里存在两个问题：第一行实际调用的是非托管代码，它在内存中也会存储一个“liming”；第二行代码会在托管内存中存储一个“liming”。这两段文本的释放方式是不一样的。前者可以通过使用下面代码释放：

Marshal.ZeroFreeBSTR(addr);

而托管内存中的文本，只能通过重写来完成（如上文中，就是重写成无意义的“xxxxxx”了）。当然，没有绝对的安全，因为即便如此，让关键字符串在内存中像流星一样一闪而过，它也存在被捕获的可能性。但是我们通过这种方法降低了数据被破解的概率。

 

 

转自：《编写高质量代码改善C#程序的157个建议》陆敏技