C#中的多线程加密答案

【问题标题】：Multithreading encryption in C#C#中的多线程加密
【发布时间】：2017-06-03 17:01:57
【问题描述】：

我是加密新手，正在使用以下方法加密文件：

private static void encryptFile(string filePath, byte[] password, byte[] salt)
{
    Rfc2898DeriveBytes rdb = new Rfc2898DeriveBytes(password, salt, 1000);
    AesManaged algorithm = new AesManaged();

    byte[] rgbKey = rdb.GetBytes(algorithm.KeySize / 8);
    byte[] rgbIV = rdb.GetBytes(algorithm.BlockSize / 8);
    GCHandle keyHandle = GCHandle.Alloc(rgbKey, GCHandleType.Pinned);
    GCHandle IVHandle = GCHandle.Alloc(rgbIV, GCHandleType.Pinned);

    ICryptoTransform cryptoAlgorithm = algorithm.CreateEncryptor(rgbKey, rgbIV);

    using (FileStream readStream = File.Open(filePath, FileMode.Open))
    {
        using (FileStream writeStream = new FileStream(filePath + ".enc", FileMode.Create, FileAccess.Write))
        {
            using (CryptoStream cryptoStream = new CryptoStream(writeStream, cryptoAlgorithm, CryptoStreamMode.Write))
            {
                while (readStream.Position < readStream.Length)
                {
                    byte[] buffer = new byte[4096];
                    int amountRead = readStream.Read(buffer, 0, buffer.Length);
                    cryptoStream.Write(buffer, 0, amountRead);
                }
                cryptoStream.Flush();
            }
        }
    }

    UtilityMethods.destroyBytes(rgbKey);
    UtilityMethods.destroyBytes(rgbIV);
    keyHandle.Free();
    IVHandle.Free();
}

我想做的是多线程处理以加快加密速度。使用单线程，加密一个约 3GB 的文件需要 5 分钟。如果可能的话，我希望能够在 1 分钟内完成加密（在 30 秒内会很棒，但我想我可能会延长）。

我相信答案是创建多个流（虽然我不确定），为每个流分配一个文件块进行加密，但我不确定如何“将文件分开”以分配一个块到每个流，或在每个部分通过分配给它的流之后“将文件重新组合在一起”。有人能指出我正确的方向吗？

非常感谢！

附：我看过这个（Rijndael algorithm and CryptoStream: is it possible to encrypt / decrypt multithreaded?），但我不明白答案（ECB，CBC？）。如果我的问题的答案就在那里，您能否提供一些示例代码让我朝着正确的方向前进？

再次感谢！

【问题讨论】：

并行/多线程加密只能通过 ECB 实现，否则单个块相互依赖。关于 ECB、CBC：请参阅 Encryption operating modes: ECB vs CBC 和 CipherMode Enumeration。另请注意有关 ECB 的评论：“重要提示：不建议使用此模式，因为它为多种安全漏洞打开了大门。”
这可能是 I/O 问题而不是 CPU 问题。在不同的物理磁盘或 SSD 上尝试输入和输出相同的代码，您会看到更好的性能。

标签： c# multithreading encryption

【解决方案1】：

CBC（密码块链接）是 AesManaged 的默认块模式。

如果您使用 CBC，则无法使用 AES 并行加密不同的块，因为加密块 1 的副作用是为块 2 设置新的 IV。这称为“IV 反馈”。如果您并行运行，这将不起作用。你需要选择一个不同的cipher block mode。

您可以使用 ECB 模式（没有 IV 反馈），但如果这样做，以明文形式重复的块也会以密文形式重复，这使您面临某些类型的攻击。

最好使用 CTR，其中 IV 基于计数器，但可惜 .NET 似乎不支持它。

我建议您将单个文件分成几个“虚拟”文件，每个文件都有自己的密码流。使用 CBC 并用来自RNGCryptoServiceProvider 的字节填充 IV。使用从物理文件中的虚拟文件索引派生的值来播种 RNGCryptoServiceProvider。这样一来，您的 IV 会因块而异，并且重复的明文不会出现在密文中。解密时重复该过程。

另见this question。

我建议您在准备好后将您的解决方案发布到security.stackexchange.com 以供审核。

【讨论】：

我同意你的回答，但我不确定我是否同意你的解决方案。您不认为自己实施 CTR 模式（相对简单）会比您建议的方法更好吗？对您的意见感兴趣。
如果性能是我们要解决的问题，在 c# 中实现数学密集型加密可能没有帮助。我建议的解决方案应该没问题，或者至少不会比一遍又一遍地使用 CBC 更糟。但是你是对的，滚动自己的安全是一件危险的事情。可能最好的答案是购买第三方 CTR 实施并使用它。
CTR 数学密集程度如何？ Is 不使用比 CBC 模式更多的异或操作。还是你说的是编译 C# 本身的速度？
c# 本身的速度。 .NET 加密库调用非托管计算函数，其执行速度比 IL 快得多。此外，如果通过 WIn32 Crypto API 安装，他们可以利用专用的加密硬件。如果你自己动手，你什么都做不了，除非你真的很投入并且不介意编写 C++。
有趣的是，可能存在显着差异。我可能会写一个我认为的例子。

【解决方案2】：

您需要将 Stream.Seek 用于您的读取流。看看这个问题： StreamReader and seeking 帮助您避免常见的陷阱。

请记住，您必须准确记住每个流的开始和停止位置（尤其是加密流的长度），否则您将无法解密文件切片。

祝你好运！

【讨论】：