安全な暗号化キーのstd :: arrayにカスタムアロケーターを使用できますか？

私std::arrayは完全にスタックに割り当てられていることを知っていますが、この質問は2つのことを必要とするセキュリティの懸念によって動機付けられています：

1. のデータはstd::array破棄時にゼロ化またはランダム化されます
2. のデータはロックstd::arrayされるため、クラッシュやスワップメモリ​​のいずれでもディスクに移動することはありません

通常、でstd::vectorの解決策は、これらのことを行うカスタムアロケータを作成することです。ただし、の場合std::array、これを行う方法がわからないため、この質問についてもわかりません。

私ができる最善のことはこれです：

template <typename T, std::size_t Size>
struct SecureArray : public std::array<T, Size>
{
    static_assert(std::is_pod<T>::value, "Only POD types allowed")
    static_assert(sizeof(T) == 1, "Only 1-byte types allowed")
    virtual ~SecureArray()
    {
        std::vector<uint8_t> d = RandomBytes(Size); // generates Size random bytes
        std::memcpy(this->data(), d.data(), Size);
    }
}

ただし、これには明らかにメモリロックが欠けstd::arrayてstd::arrayおり、そもそも使用することで得られるパフォーマンススキームが複雑になります。

より良い解決策はありますか？

std::arrayアロケータは使用できません。ただし、SecureArrayクラスは、カスタムコンストラクター/デコンストラクターを使用して必要なことを実現できるようです。

このようなもの：

#include <sys/mman.h>

template<class T, std::size_t Size>
struct SecureArray : public std::array<T, Size>
{
    // Your static_asserts...

    SecureArray(void) {
        mlock(std::array<T, Size>::data(), sizeof(T) * Size);
    }

    ~SecureArray(void) {
        char *bytes = reinterpret_cast<char *>(std::array<T, Size>::data());
        for (std::size_t i = 0; i < sizeof(T) * Size; i++)
            bytes[i] = 0;
        munlock(bytes, sizeof(T) * N);
    }
};

私std::arrayは完全にスタックに割り当てられていることを知っています

これはまったく真実ではありません。std::arrayはメモリを割り当てないため、メモリを割り当てる場所によって異なります。

auto* arr = new std::array<int, 100>(); // BUM! it is allocated on the heap

ただし、これには明らかにメモリロックが欠けstd::arrayてstd::arrayおり、そもそも使用することで得られるパフォーマンススキームが複雑になります。

まず、スタック上のメモリをロックすることは問題ではありません。POSIXの例を参照してください。

#include <iostream>
#include <sys/mman.h>
#include <array>

int main()
{
    std::array<int, 3> a = {1, 2, 3};        // std::array allocated on the stack
    if (mlock(a.data(), sizeof(a)) == 0)
    {
        std::cout << "LOCKED" << std::endl;
    }
}

したがって、コンストラクターmlockで、または任意のポータブルアナログを呼び出すことができますSecureArray。

次に、どのようなパフォーマンスの向上が期待できますか？メモリの読み取り/書き込み速度は、配列を割り当てる場所、ヒープまたはスタックに依存しません。つまり、メモリの割り当てとロックをどれだけ速く行えるかがすべてです。パフォーマンスが重要なSecureArray場合、メモリがスタックに割り当てられている場合でも、コンストラクターで毎回それを呼び出すにはメモリロックが遅すぎる（またはそうでない場合もあるでしょう）可能性があります。

そのためstd::vector、カスタムアロケーターを使用する方が便利です。大きなメモリチャンクを事前に割り当ててプリロックする可能性があるため、割り当て速度はスタックの場合とほぼ同じです。