c# - 使用 .NET AES-Encrypt-then-MAC 大文件

Question

我想在 .NET 中以最有效的方式加密一个大文件(比如说 64 GB)。

我将如何实现这个:

1. 创建 AesManaged 实例来加密文件流(读取 64 GB)
2. 将此流保存到磁盘(因为它太大，无法保存在内存中)(写入 64 GB)
3. 创建 HMACSHA512 实例来计算已保存文件的哈希值(读取 64 GB)
4. 使用 iv 将加密数据保存到磁盘(读写 64 GB)

简化的 C# 代码:

using (var aesManaged = new AesManaged())
{
    using (var msEncrypt = File.OpenWrite(@"C:\Temp\bigfile.bin.tmp"))
    {
        using (var csEncrypt = new CryptoStream(msEncrypt, encryptor, CryptoStreamMode.Write))
        {
            File.OpenRead(@"C:\Temp\bigfile.bin").CopyTo(csEncrypt);
            new MemoryStream(iv).CopyTo(csEncrypt);
        }
    }
}

using (var hmac = new HMACSHA512(hmacKey))
{
    hmacHash = hmac.ComputeHash(File.OpenRead(@"C:\Temp\bigfile.bin.tmp"));
}

byte[] headerBytes;
using (var memoryStream = new MemoryStream())
{
    var header = new Header
    {
        IV = iv,
        HmacHash = hmacHash
    };
    Serializer.Serialize(memoryStream, header);
    headerBytes = memoryStream.ToArray();
}

using (var newfile = File.OpenWrite(@"C:\Temp\bigfile.bin.enc"))
{
    new MemoryStream(MagicBytes).CopyTo(newfile);
    new MemoryStream(BitConverter.GetBytes(headerBytes.Length)).CopyTo(newfile);
    new MemoryStream(headerBytes).CopyTo(newfile);
    File.OpenRead(@"C:\Temp\bigfile.bin.tmp").CopyTo(newfile);
}

此实现的缺点是我创建了第二个文件并且我从磁盘读取了多次 64 GB。

有必要吗？如何最小化磁盘 IO 和内存分配？

Answer 1

我总是弄错CryptoStream，所以请原谅我的伪代码。基本思想是“链接”流，以便将明文复制到进行加密的加密流，加密流又将数据写入进行 MACing 的加密流，然后写入普通的旧文件流:

using(var encryptedFileStream = File.OpenWrite("..."))        
using(var macCryptoStream = new CryptoStream(encryptedFileStream, mac, CryptoStreamMode.Write))
using(var encryptCryptoStream = new CryptoStream(macCryptoStream, encryptor, CryptoStreamMode.Write))
using(var inputFileStream = File.OpenRead("..."))
    inputFileStream.CopyTo(encryptCryptoStream);

这样，您只需一次通过 64 Gb。

现在，您必须以某种方式将 IV 和 MAC 存储在加密文件的开头，因此首先“调整大小”:

using(var encryptedFileStream = File.OpenWrite("..."))   
{
    var offset = YourMagicHeaderLength + IvLength + MacLength;
    encryptedFileStream.SetLength(offset);
    encryptedFileStream.Position = offset;

    // The rest of the code goes here
}

然后，在加密和计算MAC之后，倒回到最开始并把它们写出来。