3.5.2 一次性值
02-一次性值 — Comprehensive Rust
译文 · 基于 Comprehensive Rust
原文链接: https://google.github.io/comprehensive-rust/idiomatic/leveraging-the-type-system/borrow-checker-invariants/single-use-values.html
3.5.2 一次性值
有时我们想要只能使用一次的值。密码学中的一个关键例子是「Nonce」。
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pub struct Key(/* specifics omitted */);
/// 适合密码学用途的一次性数字。
pub struct Nonce(u32);
/// 密码学上可靠的随机生成函数。
pub fn new_nonce() -> Nonce {
Nonce(4) // chosen by a fair dice roll, https://xkcd.com/221/
}
/// 消费 nonce，但不消费 key 或 data。
pub fn encrypt(nonce: Nonce, key: &Key, data: &[u8]) {}
fn main() {
let nonce = new_nonce();
let data_1: [u8; 4] = [1, 2, 3, 4];
let data_2: [u8; 4] = [4, 3, 2, 1];
let key = Key(/* specifics omitted */);
// key 和 data 可以复用、复制等，但 nonce 不行。
encrypt(nonce, &key, &data_1);
// encrypt(nonce, &key, &data_2); // 🛠️❌
}
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问题：我们如何保证一个值只被使用一次？
动机：Nonce 是密码学协议中用于防止重放攻击的一段随机、唯一数据。
背景：实践中人们曾意外复用 nonce。最常见的情况是，这会导致密码学协议完全失效，不再履行其功能。
取决于 nonce 复用与手头密码学的具体细节，攻击者也可能计算出私钥。
Rust 有一个实现「一旦用过就不能再用」这一不变量的明显工具：将值作为拥有的参数传递。
强调：encrypt 按值接受 nonce（拥有的参数），但按引用接受 key 和 data。
一次性值的技巧如下：
保持构造函数私有，这样用户就不能用相同的内部值构造两次。
不实现 Clone/Copy trait 或等效方法，这样用户就不能复制我们想保持唯一的数据。
让内部类型不透明（如用 newtype 模式），这样用户就不能自行修改已有值。
提问：幻灯片代码中的 newtype 模式还缺什么？
期望：模块边界。
演示：没有模块边界时，用户可以自行构造 nonce。
修复：将 Key、Nonce 和 new_nonce 放在模块后面。
深入探索
- 密码学细节：若 nonce 通过没有真正随机性的伪随机过程创建，仍可能被使用两次。该方法无法防止这一点。此 API 设计防止一种 nonce 重复，但并非所有逻辑 bug。