HMACSHA1.ComputeHash() 线程安全问题

Question

我问自己，在 ASP.NET 页面的代码隐藏中使用包含 HMACSHA1 实例的静态（共享）变量是否会很危险。 问题是，在同一 ASP.NET 页面上处理多个同时请求时，所有 ASP.NET 工作进程线程将使用相同的 HMACSHA1 实例。 由 ComputeHash() 使用/修改的所有 (HMACSHA1) 实例和 ComputeHash() 方法变量将由所有线程共享（= 可以修改）？！ 这个假设正确吗？ 结果ComputeHash的返回值就不能保证正确了？！？！ 因此，我不允许在所有 asp.net 线程上使用静态/共享 HMACSHA1 实例。

我只是想知道您对这个问题的看法。

唯一的解决方案是在 ComputeHash() 方法中添加关键路径等。 但这是“我们力所能及的”..

问候， 克里斯

Answer 1

当我在四核 HT cpu 上运行 8 或 16 个并行任务（其中包括执行哈希计算）时，我刚刚收到来自 SHA256Cng.ComputeHash 的未知加密异常。

在 ComputeHash 周围添加锁定语义解决了这个问题 - 所以看起来至少 SHA256Cng 版本不是线程安全的。

Answer 2

哈希算法是确定性的，它们每次都必须为给定的输入返回相同的哈希值。

只要您每次使用相同的密钥，就无需将它们设为静态。 但是，如果您使用无参数构造函数构造 HMACSHA1 实例，那么它会生成一个随机密钥。 您应该从 KeyValue 属性中获取随机值并将其与哈希值一起存储。

使用静态实例肯定是危险的。 如果Thread1设置了要计算的值，然后Thread2在Thread1调用ComputerHash()之前设置了该值，那么Thread1将获得Thread2值的哈希值。 如果任一线程设置密钥，也会发生同样的情况。

Answer 3

值得注意的是，KeyedHashAlgorithm.ComputeHash() 不是线程安全的，因为它对于相同的 KeyedHashAlgorithm.Key 给出了不确定的结果。

就我而言，我想缓存 KeyedHashAlgorithm，因为我的 KeyedHashAlgorithm.Key 始终相同，以从客户端验证真实性。 我意识到 ComputeHash() 不一致，可能它将内部变量缓存到 KeyedHashAlgorithm 实例中。 我应该缓存每个线程 ThreadStatic 或 ThreadLocal 的实例。 这是测试：

静态 KeyedHashAlgorithm 给出不一致的结果：

var kha = KeyedHashAlgorithm.Create("HMACSHA256");
kha.Key = Encoding.UTF8.GetBytes("key");
Action comp = () =>
{
    var computed = kha.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes("message"));
    Console.WriteLine(Convert.ToBase64String(computed));
};
Parallel.Invoke(comp, comp, comp, comp, comp, comp, comp, comp);

与每个线程的 KeyedHashAlgorithm 相比：

ThreadLocal<KeyedHashAlgorithm> tl= new ThreadLocal<KeyedHashAlgorithm>(() =>
{
    var kha = KeyedHashAlgorithm.Create("HMACSHA256");
    kha.Key = Encoding.UTF8.GetBytes("key");
    return kha;
});
Action comp = () =>
{
    var computed = tl.Value.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes("message"));
    Console.WriteLine(Convert.ToBase64String(computed));
};
Parallel.Invoke(comp, comp, comp, comp, comp, comp, comp, comp);

此代码可用于测试其他函数的“线程安全”结果。 希望这会帮助其他人。

Answer 4

如果您希望在不锁定的情况下实现线程安全，则可以使用 ThreadStatic 属性在每个线程上创建一个唯一的实例，如下所示：

[ThreadStatic]
private static HMACSHA1 _hmacSha1;

public static HMACSHA1 HmacSha1
{
    get 
    {
        if (_hmacSha1 == null)
        {
            // this will happen once on each thread
            _hmacSha1 = new HMACSHA1(GetKeyBytes());
        }               

        return _hmacSha1;
    }
}

现在，有两个旁注：

1. 访问线程静态字段比访问普通静态字段所需的时间要长得多。 因此，线程静态版本可能会也可能不会更适合您。

2. 如果您对每个页面请求执行一次此操作，那么差异将非常微小，以至于您选择哪种方法都无关紧要。 如果您在一个非常紧密的循环中执行此操作，或者锁定部分中的代码花费了很长时间，那么选择可能很重要。