Паспортный контроль, или Как сжать полтора гигабайта до 42 мегабайт

Да, я не спорю, что redis вполне способен отдать ответ за 1-2мс.
Но вы же предложили еще над redis апишку сделать.
Так вот на на сетевой проброс запроса из вашей апишки в redis вы потеряете еще ~1-2мс и в итоге не уложитесь в условия задачи.

Паспортный контроль, или Как сжать полтора гигабайта до 42 мегабайт

Такая апишка не вернёт ответ за 1мс. Можете проверить.

Паспортный контроль, или Как сжать полтора гигабайта до 42 мегабайт

Для решения задачи отлично подойдёт префиксное дерево https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Префиксное_дерево

Немного о нетрадиционном маппинге

Совет Джефри Рихтера: используйте ToUpperInvariant()