具有大型随机密钥文件的 One Time Pad 聊天应用程序答案

【问题标题】：One Time Pad chat application with large random keyfiles具有大型随机密钥文件的 One Time Pad 聊天应用程序
【发布时间】：2012-06-07 20:45:39
【问题描述】：

我正要使用 One Time Pad 构建一个简单的聊天应用程序。我已经制定了算法，并且为了加密消息，我需要某种双方相同的密钥材料。密钥材料的分发应该通过物理接触（例如 USB 加密狗）进行。所以我想做一些非常大的随机密钥文件，两个客户端可以用来通信。所以我的问题是：

我需要一个非常安全的随机数/字符串生成器，你知道我可以在 C# 中使用什么好的吗？
当我使用这么大的文件时，我该如何避免将整个文件加载到内存中，因为我打算读取一大块密钥材料（例如 1 MB），然后在读取时将其从文件中删除，所以同一个密钥不会被使用两次。

【问题讨论】：

标签： c# encryption random cryptography

【解决方案1】：

我可能应该从这个开始：我认为这是一个娱乐或锻炼项目 - 而不是试图创建真正安全的东西。

正如owlstead 所说：使用RNGCryptoServiceProvider。
如果反向使用，从文件中删除使用过的密钥材料会容易得多。如果需要加密 1024 个字节，请从文件中读取最后 1024 个字节并截断它。简化：

byte[] Encrypt(byte[] plain){
  using (FileStream keyFile = new FileStream(FileName, FileMode.Open))
  {
    keyFile.Seek(-plain.Length, SeekOrigin.End);
    byte[] key = new byte[plain.Length];
    keyFile.Read(key, 0, plain.Length);    
    byte[] encrypted = new byte[plain.Length];
    for(int i=0;i<plain.Length;i++){
      encrypted[i] = (byte) (plain[i] ^ key[plain.Length - 1 - i]);
    } 
    keyFile.SetLength(keyFile.Length - plain.Length);   
    return encrypted;
  }      
}

【讨论】：

非常感谢！我现在已经制作了随机生成器。现在是时候测试您的代码了！
你的代码就像一个魅力！我必须添加一个（字节）演员表，但除此之外，它工作得很好！非常感谢！

【解决方案2】：

您正在尝试解决一个已经解决的问题：使用 AES 几乎可以肯定与使用 One Time Pad 一样安全。在这种情况下，您的密钥将变为 16 个字节（尽管您需要一个 NONCE 或 IV，具体取决于模式）。

您需要使用安全的随机数生成器RNGCryptoServiceProvider。
使用MemoryMappedFile将文件读入内存。

只是（原子地）将偏移量存储在文件中。例如。使用同一个文件中的前 8 个字节来存储一个 ulong 类型，以便在需要时进行同步。如果您真的需要，除了使用的字节之外，您还可以在文件中写入零。请注意，例如使用 SSD，您实际上可能不会覆盖物理数据。

【讨论】：

请注意，您可能需要考虑一个智能方案来更新和同步偏移量，并确保覆盖关键数据，尤其是在失败的情况下。
我似乎无法找出 MemoryMappedFile 的工作原理。你能告诉我如何将它与字符串一起使用，例如读取 1 MB 块然后删除它？（归零）
你不应该使用字符串。尝试CreateViewAccessor 指定偏移量和大小，然后简单地将 00h 字节写入创建的视图。如前所述，这并不完全安全，但它可能是您在文件访问级别上能做到的最好的。

【解决方案3】：

您设计的几乎可以肯定不是一次性便笺簿。大量真正随机字节的生成绝非易事。如果你真的必须走这条路，你真的应该在硬件卡上花费几千美元。即使是加密质量的 C# RNG 也无法生成那种量的真正随机数据。它可以足够安全地生成短密钥，但没有足够的熵输入来生成大量真正的随机数据。一旦熵用完，它的输出就会恢复为伪随机，并且您不再拥有 One Time Pad。

正如@owlstead 所说，在 CBC 或 CTR 模式下使用 AES。这是安全的、容易获得的，而且不是由业余爱好者设计的。

【讨论】：