[C#/.NET] Verschiedene Authentifizierungsmöglichkeiten #1 – Plain

Im ersten Teil der Serie beschriebe ich, wie man eine einfach Authentifizierung mit hart-codierten oder im Klartext (Plain) gespeicherten Passwörtern erstellt. Nun möchte man das Passwort natürlich eher selten so offen und unsicher speichern. Im Folgenden geht es um das Verschlüsseln und Entschlüsseln, sowie das Sichern von Texten (Strings)

Verschlüsseln:

Als Paradebeispielt für eine unsichere Verschlüsselung gilt die Caesar-Verschlüsselung (hier ROT13), dabei wird ein Buchstabe einfach durch den 13 Stellen vor- oder hinter liegenden Buchstaben ersetzt.

    static class Rot13
    {
        ///
/// Verschiebe Buchstaben um 13 Stellen
        ///
        public static string Enrypt(string pString)
        {
            string rot13String = "";
            foreach (char c in pOrgString)
            {
                if (c >= 'a' && c <= 'm' || c >= 'A' && c <= 'M')//falls der Buchstabe zwischen a/A und m/M liegt (m/M da es sich um den 13. Buchstaben handelt)
                {
                    rot13String += ((char)((int)c + 13)); //dann füge dem verschlüsselten String den Buchstaben, welcher 13 Stellen hinter dem   originalen Buchstaben steht hinzu
                }
                else if (c >= 'n' && c <= 'z' || c >= 'N' && c <= 'Z') //falls der Buchstabe zwischen n/N und z/Z liegt (n/N da es sich um den 14. Buchstaben also den ersten rotierten handelt)
                {
                    rot13String += ((char)((int)c - 13)); // dann ziehe 13 Stellen ab und füge den neune Char hinzu
                }
                else //Sollte es sich um keinen Buchstaben im lateinischen Alphabet handeln,
                {
                    rot13String += c; //So füge ihn unverändert hinzu
                }
            }
            return rot13String;
        }
    }

Entschlüsselt wird es indem man selben Code nochmals mit dem ROT13-verschlüsselten String als Parameter ausführt

Für die Verschlüsselung eines Strings mit AES (Rijndael-Algorithmus) verweise ich auf: [C#] AES-Ver und Entschlüsselung mit Rijndael

SecureString

Die Idee hinter dem SecureString ist es, die Zeit in der sich das Passwort (bzw. der zu sichernde Text) als Typ String im System befindet auf ein Minimum zu reduzieren. Dazu wird der String in ein Binärobjekt gewandelt und im unmanaged Memory (nicht verwalteter Speicher) gespeichert. Das führt dazu, dass das Objekt nicht durch den Garbage Collector berührt wird. Der SecureString wird fest im RAM verankert, sodass er nicht Teil der virtuellen Speichers ist und so „geswappt“ wird (Swap kann Daten auf der Festplatte hinterlassen, welche auch nach Beenden der Applikation noch vorhanden sind).
Früher oder später wird es nötig sein die Daten als String zwischenzuspeichern (beispielsweise, wenn der User das Passwort eingeben muss oder es wieder angezeigt werden soll).

Nun aber zum Code:
1. Erstellen eines SecureStrings:
Das Erstellen eines SecureString geschieht in der Regel mit der Methode AppendChar(char c). Zusätzlich gibt es noch die Methoden InsertAt(int index, char c), RemoveAt(int index) und SetAt(int index, char c).

        public void ConvertCharArrayToSecureString(char[] CharArray)
        {
            foreach (char c in CharArray) //IEnumerable
            {
                secureStr.AppendChar(c); //Für jeden Buchstaben (char) in dem String(Text in der Textbox), fügen wir den aktuellen Buchstaben dem SecureString an
            }
        }

Sobald das Passwort in den SecureString gewandelt wurde, solltet ihr den String/die TextBox leeren und den SecureString mittels der Methode MakeReadOnly() als schreibgeschützt festlegen.

Rufen wir nun die ToString() des SecureStrings auf und geben den Rückgabewert per MessageBox aus, so wird uns lediglich der Typ des Objekts angezeigt
2013-09-16 13_39_42-

2. Wandeln eines SecureStrings in einen String

Nun möchte man möglicherweise den SecureString doch auslesen. Dies lässt sich mit folgender Methode bewerkstelligen:

        public string ConvertSecureStringToString()
        {
            IntPtr unmanagedString = IntPtr.Zero; //Erstellt einen Zeiger (zeigt bisher auf nichts)
            try
            {
                unmanagedString = Marshal.SecureStringToGlobalAllocUnicode(secureStr); //kopiert den SecureString in den nicht verwalteten Speicher (dient als Puffer)
                return Marshal.PtrToStringUni(unmanagedString); //Reserviert einen verwalteten String (unseren Rückgabetyp) und kopiert eine nicht verwaltete Zeichenfolge (unser SecureString) hinein.
            }
            finally //Der im Finally-Block befindliche Code wirk auf jeden Fall ausgeführt (auch bei einer Exception)!
            {
                Marshal.ZeroFreeGlobalAllocUnicode(unmanagedString); //Gibt den Zeiger, welcher mit SecureStringToGlobalAllocUnicode reserviert wurde, frei (Puffer wird befreit)
            }
        }

Bitte vergesst den Code im finally-Block nicht, denn ohne diesen entsteht eine Möglichkeit das Passwort auszulesen.

In unserem oberen Beispiel muss ich einen kompletten String bzw. ein komplettes CharArray übergeben, sodass es hier noch die Möglichkeit gibt, das komplette Passwort an einen Stück zu auszulesen, um dies noch weiter zu erschweren, kann man wie folgt vorgehen.

Man erstelle eine normale TextBox (in meinem Beispiel SecureString_SecurerTextBox_textBox genannt) und registriere einen Eventhandler für das KeyPress-Event. In der Methode des Events verwendet man dann folgenden Code:

private void SecureString_SecurerTextBox_textBox_KeyPress(object sender, KeyPressEventArgs e)
        {
            if (e.KeyChar == '\b') //Falls die Rücktaste gedrückt wurde,
            {
                DeleteLastCharFromSecureString(); //soll der letzte Buchstabe des SecureStrings gelöscht werden
                if(SecureString_SecurerTextBox_textBox.Text.Length > 0) //Sowie der letzte Buchstabe des Textes in der TextBox, wenn dort noch mindestens ein Buchstabe vorhanden ist
                    SecureString_SecurerTextBox_textBox.Text = SecureString_SecurerTextBox_textBox.Text.Remove(SecureString_SecurerTextBox_textBox.Text.Length - 1, 1);
            }
            else //Sollte die Taste eines anderen Buchstaben gedrückt worden sein,
            {
                AddCharToSecureString(e.KeyChar); //rufe die Methode zum Anfügen des Buchstabens auf
                SecureString_SecurerTextBox_textBox.Text += "*"; //und füge dem Text der TextBox ein Sternchen an
            }
            e.Handled = true; //Bricht das KeyPress-Ereignis ab (es wird kein Buchstabe hinzugefügt)
        }

Folgende Methoden sind zusätzlich erforderlich:

        private void AddCharToSecureString(char c)
        {
            secureStr.AppendChar(c); //Fügt einen Buchstaben an letzter Stelle des SecureStrings an
        }

        private void DeleteCharFromSecureString()
        {
            if(secureStr.Length > 0)
                secureStr.RemoveAt(secureStr.Length - 1); //Löscht den letzten Buchstaben im SecureString
        }

Durch die Vorgehensweise wird der Buchstabe nur als Parameter übergeben und in der TextBox lediglich ein Sternchen (*) hinterlegt. Die Zeit in der sich das Passwort offen/komplett im Speicher liegt, ist stark reduziert. Leider leidet die Benutzerfreundlichkeit und die Übersichtlichkeit des Codes darunter.

Zu guter Letzt das Demo Projekt:

20130811_Verweis-Manager - OleDBTest_000034

ROT13 und SecureString