如何安全地将 std::array 归零？

Question

我正在尝试安全地在类析构函数中将std::array 归零。 安全地，我的意思是我想确保编译器永远不会优化这个归零。这是我带来的：

template<size_t SZ>
struct Buf {
    ~Buf() {
        auto ptr = static_cast<volatile uint8_t*>(buf_.data());
        std::fill(ptr, ptr + buf_.size(), 0);
    }

    std::array<uint8_t, SZ> buf_{};
};

此代码是否按预期工作？无论如何，volatile 关键字会阻止编译器优化吗？

Answer 1

C++ 标准本身并没有做出明确的保证。它说：

[dcl.type.cv]

通过 volatile 左值访问的语义是实现定义的。 ...

[注 5：volatile 是对实现的提示，以避免涉及对象的激进优化，因为对象的值可能会通过实现无法检测到的方式进行更改。 此外，对于某些实现，易失性可能表示需要特殊的硬件指令才能访问该对象。 有关详细语义，请参见 [intro.execution]。 通常，volatile 的语义在 C++ 中与在 C 中的语义相同。 ——尾注]

尽管 C++ 标准缺乏保证，但通过指向 volatile 的指针覆盖内存是一些加密库清除内存的一种方式 - 至少作为系统特定功能不可用时的后备。

附：我建议改用const_cast，以避免意外转换为不同类型而不是不同限定的相同类型：

auto ptr = const_cast<volatile std::uint8_t*>(buf_.data());

隐式转换也可以：

volatile std::uint8_t* ptr = buf_.data();

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用于此目的的系统特定函数是 Windows 中的 SecureZeroMemory 和某些 BSD 和 glibc 中的 explicit_bzero。

C11 标准为此提供了一个可选函数 memset_s，它也可能在 C++ 中可供您使用，但当然不能保证可用。

有一个提议P1315 引入与 C++ 标准类似的功能。

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请注意，安全擦除并不是将敏感数据泄露的可能性降至最低的唯一考虑因素。例如，除非指示不这样做，否则操作系统可能会将内存交换到永久存储上。在 C++ 中没有标准的方法来制作这样的指令。 POSIX 中有mlock，Windows 中有VirtualLock。