第十三號艦隊
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How to clear a buffer in C/C++

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雖然這題目很簡單，不過看到How to zero a buffer我嚇到了，原來我之前的觀念不一定正確。
假設我們在程式中有些敏感資料(金鑰/密碼等)，希望能夠在使用之後清除掉。通常我們會這麼作。

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void dosomethingsensitive(void)
{
        uint8_t key[32];

        ...

        /* Zero sensitive information. */
        memset(key, 0, sizeof(key));
}

不過這段程式碼經過最佳化之後，最後的memset被省略不做。

以下是gcc用-O0和-O2編譯出來的assembly code，看看差異

  • 關閉最佳化版
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func:
.LFB0:
	.cfi_startproc
	pushq	%rbp
	.cfi_def_cfa_offset 16
	.cfi_offset 6, -16
	movq	%rsp, %rbp
	.cfi_def_cfa_register 6
	subq	$32, %rsp
	leaq	-32(%rbp), %rax
	movl	$32, %edx
	movl	$0, %esi
	movq	%rax, %rdi
	call	memset
	leave
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc

  • 最佳化版
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func:
.LFB24:
	.cfi_startproc
	rep ret
	.cfi_endproc

可以很明顯看得出來memset消失了，那是因為buffer在stack上，當函數結束的時候，整個stack就沒用了，Compiler認為至此呼叫這個函數是無意義的，因此省略了這個動作。一般情形可以接受，不過如果是敏感資料，問題就大了。
因此尋找如何在最佳化的情形之下，還能正常清理資料的方式，才是正確解答。

幾個方向

  • 在memset處轉形成volatile，會彈出warning，不過還是沒用。
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memset((volatile uint16_t*)key, 0, sizeof(key));
  • 自行寫一個SecureZeroMemory函數。
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static void secure_memzero(void *p, size_t len)
{
        uint8_t *ptr = p;
        while (len--) *ptr++ = 0;
}

一樣被Compiler最佳化掉

  • 修改上面的版本，不過對ptr加上volatile
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static void secure_memzero(void *p, size_t len)
{
	volatile uint8_t *ptr = p;
	while (len--) *ptr++ = 0;
}

在目前三大編譯器下，這段Code都會正常執行，不過Spec裡面有這一條

Accessing an object designated by a volatile lvalue (3.10), modifying an object, calling a library I/O function, or calling a function that does any of those operations are all side effects, which are changes in the state of the execution environment.

也就是說有可能這段Code也可能被Compiler最佳化掉。
不過我找到的幾個範例都這麼寫，這點要在確認。

文中還提到幾種可能的方案，例如把檔案放在另外一個Source file，會被Link time Optimization化掉。
利用function pointer的方式，會被Devirtualization化掉。
要正確的作對一件事還真是不簡單。