如何从C++返回一个字节数组给C#

Question

我最近一直在为这个问题苦恼。我想要制作自己的AES 128库，以便用于我的某个程序中。该库已在C++中经过测试并且可以正常工作（至少加密功能可以..其他功能尚未实现）。加密函数如下：

新代码

void Aes128Class::EncryptBlock(BYTE* outBlock, const BYTE* inBlock, const BYTE* cipherBlock)
{
    BYTE temp[16] = {0x00};
    Galois::XorBlock(temp, inBlock);
    Galois::XorBlock(temp, cipherBlock);

    BYTE expandedKey[176] = {0x00};
    memcpy(expandedKey, Key, 16);
    Galois::expand_key(expandedKey);

    Galois::XorBlock(temp, expandedKey);
    for(int i=16; i<160; i+=16)
    {
        Galois::DoRound(temp, &expandedKey[i]);
    }
    Galois::SubBytes(temp);
    Galois::ShiftRows(temp);
    Galois::XorBlock(temp, &expandedKey[160]);

    memcpy(outBlock, temp, 16);
}
void Aes128Class::EncryptData(BYTE* outBlock, size_t& outlen, const BYTE* inBlock, size_t length)
{
    float blockSize = (float)(length/16);
    blockSize = ceilf(blockSize);
    int newLength = (int)(blockSize*16);
    BYTE* temp = (BYTE*)malloc(newLength);
    BYTE* padd = (BYTE*)malloc(newLength);
    memset(temp, 0, newLength);
    memcpy(padd, inBlock, length);
    EncryptBlock(temp, padd, IV);
    for (int i=1; i<blockSize; i++)
    {
        EncryptBlock(&temp[i*16], &padd[i*16], &temp[(i-1)*16]);
    }
    outlen = newLength;
    memcpy(outBlock, temp, newLength);
}

这个想法是，如果plainText不在16字节块的增量中，则强制它成为。因此，这会生成一个可变大小的字节数组。 它在我的C++测试中运行良好，但是当我在C#中调用它时，会出现一些不同的错误... 这需要花费一点时间来描述。

    [DllImport("CppAes128.dll", CallingConvention = CallingConvention.ThisCall,
        EntryPoint = "?EncryptData@Aes128Class@@QAEXPAEAAIPBEI@Z")]
    static extern void EncryptData(IntPtr pClass, ref IntPtr outblock, [Out]int OutLength, byte[] inBlock, int length);

当我调用这个函数时，我可以得到array和outlength的有效指针。目前的方式会导致访问冲突，但如果我将[Out]int OutLength更改为ref IntPtr，就可以使该结构正常工作。有趣的是，如果我使用ref int或ref uint，它仍然“工作”。所以，如果我这样做，我尝试读取intptr，然后就会出现访问冲突。我在.NET 4.0中编译了这个x86项目（因为我在某个地方读到3.5有一些访问问题的错误）。以下是我在C#中尝试过的内容，可能会有点混乱，因为我已经玩了几个小时（抱歉）：

    public byte[] EncryptData(byte[] plainText, int length)
    {
        byte[] enc = null;
        int len = 0;
        IntPtr pArray = IntPtr.Zero;
        EncryptData(theClass, ref pArray, len, plainText, length);

        Console.WriteLine(len);
        //enc = new byte[len];
        //Marshal.Copy(pArray, enc, 0, len);
        //Marshal.Release(pArray);
        //try
        //{
        //    int elementSize = Marshal.SizeOf(typeof(IntPtr));
        //    //IntPtr unmanagedArray = Marshal.AllocHGlobal(10 * elementSize);
        //    Console.WriteLine("Reading unmanaged memory:");
        //    // Print the 10 elements of the C-style unmanagedArray 
        //    for (int i = 0; i < 10; i++)
        //    {
        //        Console.WriteLine("{0:X2}:", Marshal.ReadByte(pArray, i));
        //    }

        //    Marshal.FreeHGlobal(pArray);

        //}
        //catch (Exception ex)
        //{
        //    Console.WriteLine("{0}\n{1}", ex.Source, ex.Message);
        //    Console.WriteLine("Win32({0})", Marshal.GetLastWin32Error());
        //}
        //Marshal.Release(pArray);
        return enc;
    }

这种情况只在我创建了一个静态大小的数组并且没有使用ref或marshal复制或其他任何东西时才有效。我认为我的签名看起来像这样。

static extern void EncryptData(IntPtr pClass, byte[] outBlock, byte[] inBlock, int length);

那几乎行得通，但问题是当我在那个数组上做 foreach 循环时，它总是我设置的大小.. 至少让人感到沮丧。那我做错了什么？怎样才能让它工作？我对此感到非常沮丧。谢谢。哦，顺便说一下，这是为了不再依赖于 cryptlib。我正在尝试重新编译一个使用 cryptlib 的不同项目，作为静态库而不是共享库，这会导致我的编译选项出现一些问题，而且改回去太麻烦了。编辑以显示更多代码。这是我使用的测试。我找到了一个网页，展示了很多测试，所以这是我在实现这个。

void VerifyEncrypt16(const BYTE* expected, const BYTE* key, const BYTE* iv, const BYTE* plainText)
{
    BYTE actual[16] = {0x00};
    Aes128Class aes;
    aes.SetKey(key, 16);
    aes.SetIV(iv, 16);
    size_t len = 0;
    aes.EncryptData(actual, len, plainText, 16);
    _ASSERT(CompareTwoArrays(expected, actual));
}
void VerifyEncrypt16String(const char* expected, const char* key, const char* iv, const char* plainText)
{
    BYTE e[16];
    BYTE k[16];
    BYTE i[16];
    BYTE p[16];

    ByteUtil::StringToHex(expected, e);
    ByteUtil::StringToHex(key, k);
    ByteUtil::StringToHex(iv, i);
    ByteUtil::StringToHex(plainText, p);

    VerifyEncrypt16(e, k, i, p);
}
void CheckEncrypt16(void)
{
    _RPT0(_CRT_WARN, "Checking Encryption of a 16 byte number IV set to 0\n");
    //AESVS GFSbox test data for CBC
    VerifyEncrypt16String("0336763e966d92595a567cc9ce537f5e","00000000000000000000000000000000","00000000000000000000000000000000","f34481ec3cc627bacd5dc3fb08f273e6");
    VerifyEncrypt16String("a9a1631bf4996954ebc093957b234589","00000000000000000000000000000000","00000000000000000000000000000000","9798c4640bad75c7c3227db910174e72");
    VerifyEncrypt16String("ff4f8391a6a40ca5b25d23bedd44a597","00000000000000000000000000000000","00000000000000000000000000000000","96ab5c2ff612d9dfaae8c31f30c42168");
    VerifyEncrypt16String("dc43be40be0e53712f7e2bf5ca707209","00000000000000000000000000000000","00000000000000000000000000000000","6a118a874519e64e9963798a503f1d35");
    VerifyEncrypt16String("92beedab1895a94faa69b632e5cc47ce","00000000000000000000000000000000","00000000000000000000000000000000","cb9fceec81286ca3e989bd979b0cb284");
    VerifyEncrypt16String("459264f4798f6a78bacb89c15ed3d601","00000000000000000000000000000000","00000000000000000000000000000000","b26aeb1874e47ca8358ff22378f09144");
    VerifyEncrypt16String("08a4e2efec8a8e3312ca7460b9040bbf","00000000000000000000000000000000","00000000000000000000000000000000","58c8e00b2631686d54eab84b91f0aca1");

    //AESVS KeySbox test data for CBC
    VerifyEncrypt16String("6d251e6944b051e04eaa6fb4dbf78465","10a58869d74be5a374cf867cfb473859","00000000000000000000000000000000","00000000000000000000000000000000");
    //A TON OF MORE TESTS! etc etc etc        VerifyEncrypt16String("5c005e72c1418c44f569f2ea33ba54f3","00000000000000000000000000000000","00000000000000000000000000000000","fffffffffffffffffffffffffffffffe");
    VerifyEncrypt16String("3f5b8cc9ea855a0afa7347d23e8d664e","00000000000000000000000000000000","00000000000000000000000000000000","ffffffffffffffffffffffffffffffff");
}

- Robert Snyder

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查看此答案。简而言之，C#无法知道您在C++代码中分配了多少内存。 - Alex

我不确定你的最终目标是什么，但我想指出的是，C#在System.Security.Cryptography Namespace中包含一些非常好的加密类，它们工作得很好。 - Leon Newswanger

与C++代码进行互操作的必要起点是，您需要从可以安全地从其他C++代码调用的C++代码开始。您还没有达到这个起点，您的内存泄漏非常严重，而且C++调用者也无法猜测所需的缓冲区大小。当您从C#进行调用时，这些问题并不会得到改善。 - Hans Passant

@LeonNewswanger 我已经使用过该命名空间并且很喜欢它。我认为我只是有点胆怯需要使用C#进行测试，但如果我想在另一个程序中使用这个驱动程序，我希望能够在C#中使用它。 - Robert Snyder

@Alex，我还没有尝试那篇帖子中建议的方法，但我会试一试。我刚从维基上找到了一个文件，里面有大约300个针对此问题的测试，它们在C++中都通过了... 我已禁用C#中对此驱动程序的调用，除了调用RunAllTests方法。 - Robert Snyder

Answer 1

坦率地说，我发现最简单的方法是用托管 C++ 调用包装非托管 C++ 调用。在托管 C++ 中，您可以通过固定数据结构并以直接的 C++ 方式复制数据，然后将其传回 C#。

- David Hope

Answer 2

如果您仍在寻找答案，这个例子可以给您一个起点。基本上，从本地函数调用中分配内存块开始，然后调用回调到托管代码，在那里您通过引用传递数组和其大小，保存自原始输入参数列表。这样，您就可以在托管代码中为托管代码分配内存块，并使用来自本地的内容进行编辑。

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ektebyzx.aspx

希望能找到另一种方法，如果能进行性能比较就更好了 :)

- Miron