快速对象的安全内存

Question

我正在编写一个需要处理内存中的私钥的快速应用程序。由于此类对象的敏感性，在解除分配对象时需要清除键（也称为写入所有零），并且内存无法分页到磁盘（通常使用 mlock（） 完成）。

在 Objective-C 中，你可以提供一个自定义的 CFAllocator 对象，它允许你使用自己的函数来分配/解除分配/重新分配对象使用的内存。

因此，一种解决方案是在objective-c中实现一个"SecureData"对象，该对象使用自定义CFAllocator（也在objective-c中）在内部创建一个NSMutableData对象。

但是，我有什么方法可以为纯 swift 对象（例如，结构体或 [UInt8]）提供自己的自定义内存分配函数？或者有没有更好的、"适当"的方式来在 swift 中实现这样的安全内存？

Answer 1

如果你想完全控制你自己分配的内存区域，你可以使用 UnsafePointer 和 co：

// allocate enough memory for ten Ints
var ump = UnsafeMutablePointer<Int>.alloc(10)
// memory is in an uninitialized raw state
// initialize that memory with Int objects
// (here, from a collection)
ump.initializeFrom(reverse(0..<10))
// memory property gives you access to the underlying value
ump.memory // 9
// UnsafeMutablePointer acts like an IndexType
ump.successor().memory // 8
// and it has a subscript, but it's not a CollectionType
ump[3] // = 6
// wrap it in an UnsafeMutableBufferPointer to treat it
// like a collection (or UnsafeBufferPointer if you don't
// need to be able to alter the values)
let col = UnsafeMutableBufferPointer(start: ump, count: 10)
col[3] = 99
println(",".join(map(col,toString)))
// prints 9,8,7,99,5,4,3,2,1,0
ump.destroy(10)
// now the allocated memory is back in a raw state
// you could re-allocate it...
ump.initializeFrom(0..<10)
ump.destroy(10)
// when you're done, deallocate the memory
ump.dealloc(10)

您还可以UnsafePointer指向其他内存，例如由某些 C API 提供的内存。

UnsafePointer可以传递到 C 函数中，这些函数采用指向连续内存块的指针。 因此，出于您的目的，您可以将此指针传递到类似 mlock 的函数中：

let count = 10
let ump = UnsafeMutablePointer.allocate<Int>(count)
mlock(ump, UInt(sizeof(Int) * count))
// initialize, use, and destroy the memory
munlock(ump, UInt(sizeof(Int) * count))
ump.dealloc(count)

您甚至可以保存自己的自定义类型：

struct MyStruct {
    let a: Int
    let b: Int
}
var pointerToStruct = UnsafeMutablePointer<MyStruct>.alloc(1)
pointerToStruct.initialize(MyStruct(a: 1, b: 2))
pointerToStruct.memory.b  // 2
pointerToStruct.destroy()
pointerToStruct.dealloc(1)

但是，请注意，如果使用类，甚至是数组或字符串（或包含它们的结构）执行此操作，则内存中将保留的只是指向这些对象分配和拥有的其他内存的指针。 如果这对您很重要（即您正在对此内存执行一些特殊操作，例如在您的示例中保护它），这可能不是您想要的。

因此，要么需要使用固定大小的对象，要么进一步使用 UnsafePointer 来保存指向更多内存区域的指针。 如果它们不需要动态调整大小，那么只需分配一个不安全的指针（可能包装在集合接口的UnsafeBufferPointer中）就可以做到这一点。

如果您需要更多动态行为，下面是一个集合的非常简单的实现，可以根据需要调整大小，可以对其进行增强以涵盖专用内存处理逻辑：

// Note this is a class not a struct, so it does NOT have value semantics,
// changing a copy changes all copies.
public class UnsafeCollection<T> {
    private var _len: Int = 0
    private var _buflen: Int = 0
    private var _buf: UnsafeMutablePointer<T> = nil
    public func removeAll(keepCapacity: Bool = false) {
        _buf.destroy(_len)
        _len = 0
        if !keepCapacity {
            _buf.dealloc(_buflen)
            _buflen = 0
            _buf = nil
        }
    }
    public required init() { }
    deinit { self.removeAll(keepCapacity: false) }
    public var count: Int { return _len }
    public var isEmpty: Bool { return _len == 0 }
}

满足MutableCollectionType的要求（即 CollectionType加上可分配的下标）：

extension UnsafeCollection: MutableCollectionType {
    typealias Index = Int
    public var startIndex: Int { return 0 }
    public var endIndex: Int { return _len }
    public subscript(idx: Int) -> T {
        get {
            precondition(idx < _len)
            return _buf[idx]
        }
        set(newElement) {
            precondition(idx < _len)
            let ptr = _buf.advancedBy(idx)
            ptr.destroy()
            ptr.initialize(newElement)
        }
    }
    typealias Generator = IndexingGenerator<UnsafeCollection>
    public func generate() -> Generator {
        return Generator(self)
    }
}

ExtensibleCollectionType，允许动态增长：

extension UnsafeCollection: ExtensibleCollectionType {
    public func reserveCapacity(n: Index.Distance) {
        if n > _buflen {
            let newBuf = UnsafeMutablePointer<T>.alloc(n)
            newBuf.moveInitializeBackwardFrom(_buf, count: _len)
            _buf.dealloc(_buflen)
            _buf = newBuf
            _buflen = n
        }
    }
    public func append(x: T) {
        if _len == _buflen {
            reserveCapacity(Int(Double(_len) * 1.6) + 1)
        }
        _buf.advancedBy(_len++).initialize(x)
    }
    public func extend<S: SequenceType where S.Generator.Element == T>
      (newElements: S) {
        var g = newElements.generate()
        while let x: T = g.next() {
            self.append(x)
        }
    }
}

Answer 2

我知道

这个问题很老，但对于那些登陆这里的人来说：从iOS 10开始，您可以使用安全隔区安全地存储私钥。它的工作方式是所有需要解密的操作都在安全隔区内执行，因此您不必担心类的运行时挂钩或内存泄漏。

看看这里： https://developer.apple.com/documentation/security/certificate_key_and_trust_services/keys/storing_keys_in_the_secure_enclave