One-time pad .NET segítségével

A one-time pad algoritmust viszonylag könnyű implementálni. Csupán arra kell ügyelni, hogy a kulcs generálásakor kapott számok tényleg véletlenszámok legyenek.

Az algoritmus implementálására készítettem egy extension metódust:

public static async Task OneTimePad(this Stream input,
                                    Stream output,
                                    Stream keyOutput,
                                    IProgress<float>? progress = null,
                                    CancellationToken cancellationToken = default)
{
    long position = 0;
    long size = input.Length;
    int read = 0;

    byte[] buffer = new byte[BufferSize];
    byte[] randomKey = new byte[BufferSize];

    do
    {
        cancellationToken.ThrowIfCancellationRequested();

        RandomNumberGenerator.Fill(randomKey);
        read = await input.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length, cancellationToken);
        
        BufferPad(buffer, randomKey);

        await output.WriteAsync(buffer, 0, read, cancellationToken);
        await keyOutput.WriteAsync(randomKey, 0, read, cancellationToken);

        position += read;
        progress?.Report((float)position / size);
    }
    while (read > 0);
}

A BufferSize egy konstans az algoritmusban, 4096 byte mérettel. A BufferPad metódus végzi a buffer és a randomKey XOR kombinálását, vagyis lényegében ez valósítja meg a one-time pad funkciót:

private static void BufferPad(byte[] buffer, byte[] randomKey)
{
    for (int i=0; i<buffer.Length; i++)
    {
        buffer[i] = (byte)(buffer[i] ^ randomKey[i]);
    }
}

A visszafejtés hasonlóan egyszerű. A beolvasott kulcs és a titkosított bemenet XOR eredménye ismételten titkosítatlan adatot eredményez:

public static async Task OneTimeDePad(this Stream input,
                                      Stream keyInput,
                                      Stream output,
                                      IProgress<float>? progress = null,
                                      CancellationToken cancellationToken = default)
{
    long position = 0;
    long size = input.Length;
    int read = 0;
    int keyRead = 0;

    byte[] buffer = new byte[BufferSize];
    byte[] randomKey = new byte[BufferSize];

    do
    {
        cancellationToken.ThrowIfCancellationRequested();

        read = await input.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length, cancellationToken);
        keyRead = await keyInput.ReadAsync(randomKey, 0, read, cancellationToken);

        if (read != keyRead)
            throw new InvalidDataException();

        BufferPad(buffer, randomKey);

        await output.WriteAsync(buffer, 0, read, cancellationToken);

        position += read;
        progress?.Report((float)position / size);
    }
    while (read > 0);
}