非线程安全地捕获 ICryptoTransform 对象¶

ID: cs/thread-unsafe-icryptotransform-captured-in-lambda
Kind: problem
Security severity: 7.0
Severity: warning
Precision: medium
Tags:
   - concurrency
   - security
   - external/cwe/cwe-362
Query suites:
   - csharp-security-extended.qls
   - csharp-security-and-quality.qls

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实现 System.Security.Cryptography.ICryptoTransform 的类不是线程安全的。

此问题是由这些类使用 Microsoft CAPI/CNG 模式实现的方式导致的。

例如，当哈希类实现此接口时，通常会创建一个特定于实例的哈希对象（例如，使用 BCryptCreateHash 函数）。可以多次调用此对象以将数据添加到哈希中（例如，BCryptHashData）。最后，调用一个函数来完成哈希并返回数据（例如，BCryptFinishHash）。

允许在调用完成函数之前，使用来自多个线程的数据调用同一个哈希对象，可能会导致结果不正确。

例如，如果您有多个线程在静态哈希对象上对 "abc" 进行哈希运算，则有时可能会获得对 "abcabc" 进行哈希运算的结果（不正确），或者遇到其他意外行为。

Microsoft 以外的人不太可能编写实现 ICryptoTransform 的类，即使他们这样做，他们也可能会遵循与实现此接口的现有类相同的常见模式。

任何实现 System.Security.Cryptography.ICryptoTransform 的对象都不应在并发线程中使用，因为此类对象的实例成员也不是线程安全的。

潜在问题一开始可能并不明显，但范围可能从显式错误（如异常）到在多个线程中共享此类对象的实例时的结果不正确。

建议¶

创建实现 System.Security.Cryptography.ICryptoTransform 或具有该类型字段的对象的新实例，以避免在多个线程之间共享它。

示例¶

此示例演示了以生成错误结果或可能引发异常的方式使用共享的 System.Security.Cryptography.ICryptoTransform 的危险。

public static void RunThreadUnSafeICryptoTransformLambdaBad()
{
    const int threadCount = 4;
    // This local variable for a hash object is going to be shared across multiple threads
    var sha1 = SHA1.Create();
    var b = new Barrier(threadCount);
    Action start = () => {
        b.SignalAndWait();
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            var pwd = Guid.NewGuid().ToString();
            var bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(pwd);
            // This call may fail, or return incorrect results
            sha1.ComputeHash(bytes);
        }
    };
    var threads = Enumerable.Range(0, threadCount)
                            .Select(_ => new ThreadStart(start))
                            .Select(x => new Thread(x))
                            .ToList();
    foreach (var t in threads) t.Start();
    foreach (var t in threads) t.Join();
}

一个简单的解决方法是将 lambda 捕获的局部变量 sha1 更改为 lambda 内部的局部变量。

public static void RunThreadUnSafeICryptoTransformLambdaFixed()
{
    const int threadCount = 4;
    var b = new Barrier(threadCount);
    Action start = () => {
        b.SignalAndWait();
        // The hash object is no longer shared
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            var sha1 = SHA1.Create();
            var pwd = Guid.NewGuid().ToString();
            var bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(pwd);
            sha1.ComputeHash(bytes);
        }
    };
    var threads = Enumerable.Range(0, threadCount)
                            .Select(_ => new ThreadStart(start))
                            .Select(x => new Thread(x))
                            .ToList();
    foreach (var t in threads) t.Start();
    foreach (var t in threads) t.Join();
}

参考¶

Microsoft 文档，ThreadStaticAttribute 类。
Stack Overflow，为什么 SHA1.ComputeHash 在高负载和多线程情况下会失败？。
常见弱点枚举：CWE-362。

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