Quelle  arc4random.c

/* Portable arc4random.c based on arc4random.c from OpenBSD.
 * Portable version by Chris Davis, adapted for Libevent by Nick Mathewson
 * Copyright (c) 2010 Chris Davis, Niels Provos, and Nick Mathewson
 * Copyright (c) 2010-2012 Niels Provos and Nick Mathewson
 *
 * Note that in Libevent, this file isn't compiled directly.  Instead,
 * it's included from evutil_rand.c
 */

/*
 * Copyright (c) 1996, David Mazieres <dm@uun.org>
 * Copyright (c) 2008, Damien Miller <djm@openbsd.org>
 *
 * Permission to use, copy, modify, and distribute this software for any
 * purpose with or without fee is hereby granted, provided that the above
 * copyright notice and this permission notice appear in all copies.
 *
 * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS" AND THE AUTHOR DISCLAIMS ALL WARRANTIES
 * WITH REGARD TO THIS SOFTWARE INCLUDING ALL IMPLIED WARRANTIES OF
 * MERCHANTABILITY AND FITNESS. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR
 * ANY SPECIAL, DIRECT, INDIRECT, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES OR ANY DAMAGES
 * WHATSOEVER RESULTING FROM LOSS OF USE, DATA OR PROFITS, WHETHER IN AN
 * ACTION OF CONTRACT, NEGLIGENCE OR OTHER TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF
 * OR IN CONNECTION WITH THE USE OR PERFORMANCE OF THIS SOFTWARE.
 */

/*
 * Arc4 random number generator for OpenBSD.
 *
 * This code is derived from section 17.1 of Applied Cryptography,
 * second edition, which describes a stream cipher allegedly
 * compatible with RSA Labs "RC4" cipher (the actual description of
 * which is a trade secret).  The same algorithm is used as a stream
 * cipher called "arcfour" in Tatu Ylonen's ssh package.
 *
 * Here the stream cipher has been modified always to include the time
 * when initializing the state.  That makes it impossible to
 * regenerate the same random sequence twice, so this can't be used
 * for encryption, but will generate good random numbers.
 *
 * RC4 is a registered trademark of RSA Laboratories.
 */

#ifndef ARC4RANDOM_EXPORT
#define ARC4RANDOM_EXPORT
#endif

#ifndef ARC4RANDOM_UINT32
#define ARC4RANDOM_UINT32 uint32_t
#endif

#ifndef ARC4RANDOM_NO_INCLUDES
#include "evconfig-private.h"
#ifdef _WIN32
#include <wincrypt.h>
#include <process.h>
#include <winerror.h>
#else
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/param.h>
#include <sys/time.h>
#ifdef EVENT__HAVE_SYS_SYSCTL_H
#include <sys/sysctl.h>
#endif
#ifdef EVENT__HAVE_SYS_RANDOM_H
#include <sys/random.h>
#endif
#endif
#include <limits.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#endif

/* Add platform entropy 32 bytes (256 bits) at a time. */
#define ADD_ENTROPY 32

/* Re-seed from the platform RNG after generating this many bytes. */
#define BYTES_BEFORE_RESEED 1600000

struct arc4_stream {
 unsigned char i;
 unsigned char j;
 unsigned char s[256];
};

#ifdef _WIN32
#define getpid _getpid
#define pid_t int
#endif

static int rs_initialized;
static struct arc4_stream rs;
static pid_t arc4_stir_pid;
static int arc4_count;

static inline unsigned char arc4_getbyte(void);

static inline void
arc4_init(void)
{
 int     n;

 for (n = 0; n < 256; n++)
  rs.s[n] = n;
 rs.i = 0;
 rs.j = 0;
}

static inline void
arc4_addrandom(const unsigned char *dat, int datlen)
{
 int     n;
 unsigned char si;

 rs.i--;
 for (n = 0; n < 256; n++) {
  rs.i = (rs.i + 1);
  si = rs.s[rs.i];
  rs.j = (rs.j + si + dat[n % datlen]);
  rs.s[rs.i] = rs.s[rs.j];
  rs.s[rs.j] = si;
 }
 rs.j = rs.i;
}

#ifndef _WIN32
static ssize_t
read_all(int fd, unsigned char *buf, size_t count)
{
 size_t numread = 0;
 ssize_t result;

 while (numread < count) {
  result = read(fd, buf+numread, count-numread);
  if (result<0)
   return -1;
  else if (result == 0)
   break;
  numread += result;
 }

 return (ssize_t)numread;
}
#endif

#ifdef _WIN32
#define TRY_SEED_WIN32
static int
arc4_seed_win32(void)
{
 /* This is adapted from Tor's crypto_seed_rng() */
 static int provider_set = 0;
 static HCRYPTPROV provider;
 unsigned char buf[ADD_ENTROPY];

 if (!provider_set) {
  if (!CryptAcquireContext(&provider, NULL, NULL, PROV_RSA_FULL,
      CRYPT_VERIFYCONTEXT)) {
   if (GetLastError() != (DWORD)NTE_BAD_KEYSET)
    return -1;
  }
  provider_set = 1;
 }
 if (!CryptGenRandom(provider, sizeof(buf), buf))
  return -1;
 arc4_addrandom(buf, sizeof(buf));
 evutil_memclear_(buf, sizeof(buf));
 return 0;
}
#endif

#if defined(EVENT__HAVE_GETRANDOM)
#define TRY_SEED_GETRANDOM
static int
arc4_seed_getrandom(void)
{
 unsigned char buf[ADD_ENTROPY];
 size_t len, n;
 unsigned i;
 int any_set;

 memset(buf, 0, sizeof(buf));

 for (len = 0; len < sizeof(buf); len += n) {
  n = sizeof(buf) - len;

  if (0 == getrandom(&buf[len], n, 0))
   return -1;
 }
 /* make sure that the buffer actually got set. */
 for (i=0,any_set=0; i<sizeof(buf); ++i) {
  any_set |= buf[i];
 }
 if (!any_set)
  return -1;

 arc4_addrandom(buf, sizeof(buf));
 evutil_memclear_(buf, sizeof(buf));
 return 0;
}
#endif /* EVENT__HAVE_GETRANDOM */

#if defined(EVENT__HAVE_SYS_SYSCTL_H) && defined(EVENT__HAVE_SYSCTL)
#if EVENT__HAVE_DECL_CTL_KERN && EVENT__HAVE_DECL_KERN_ARND
#define TRY_SEED_SYSCTL_BSD
static int
arc4_seed_sysctl_bsd(void)
{
 /* Based on code from William Ahern and from OpenBSD, this function
  * tries to use the KERN_ARND syscall to get entropy from the kernel.
  * This can work even if /dev/urandom is inaccessible for some reason
 * (e.g., we're running in a chroot). */
 int mib[] = { CTL_KERN, KERN_ARND };
 unsigned char buf[ADD_ENTROPY];
 size_t len, n;
 int i, any_set;

 memset(buf, 0, sizeof(buf));

 len = sizeof(buf);
 if (sysctl(mib, 2, buf, &len, NULL, 0) == -1) {
  for (len = 0; len < sizeof(buf); len += sizeof(unsigned)) {
   n = sizeof(unsigned);
   if (n + len > sizeof(buf))
       n = len - sizeof(buf);
   if (sysctl(mib, 2, &buf[len], &n, NULL, 0) == -1)
    return -1;
  }
 }
 /* make sure that the buffer actually got set. */
 for (i=any_set=0; i<sizeof(buf); ++i) {
  any_set |= buf[i];
 }
 if (!any_set)
  return -1;

 arc4_addrandom(buf, sizeof(buf));
 evutil_memclear_(buf, sizeof(buf));
 return 0;
}
#endif
#endif /* defined(EVENT__HAVE_SYS_SYSCTL_H) */

#ifdef __linux__
#define TRY_SEED_PROC_SYS_KERNEL_RANDOM_UUID
static int
arc4_seed_proc_sys_kernel_random_uuid(void)
{
 /* Occasionally, somebody will make /proc/sys accessible in a chroot,
  * but not /dev/urandom.  Let's try /proc/sys/kernel/random/uuid.
  * Its format is stupid, so we need to decode it from hex.
 */
 int fd;
 char buf[128];
 unsigned char entropy[64];
 int bytes, n, i, nybbles;
 for (bytes = 0; bytes<ADD_ENTROPY; ) {
  fd = evutil_open_closeonexec_("/proc/sys/kernel/random/uuid", O_RDONLY, 0);
  if (fd < 0)
   return -1;
  n = read(fd, buf, sizeof(buf));
  close(fd);
  if (n<=0)
   return -1;
  memset(entropy, 0, sizeof(entropy));
  for (i=nybbles=0; i<n; ++i) {
   if (EVUTIL_ISXDIGIT_(buf[i])) {
    int nyb = evutil_hex_char_to_int_(buf[i]);
    if (nybbles & 1) {
     entropy[nybbles/2] |= nyb;
    } else {
     entropy[nybbles/2] |= nyb<<4;
    }
    ++nybbles;
   }
  }
  if (nybbles < 2)
   return -1;
  arc4_addrandom(entropy, nybbles/2);
  bytes += nybbles/2;
 }
 evutil_memclear_(entropy, sizeof(entropy));
 evutil_memclear_(buf, sizeof(buf));
 return 0;
}
#endif

#ifndef _WIN32
#define TRY_SEED_URANDOM
static char *arc4random_urandom_filename = NULL;

static int arc4_seed_urandom_helper_(const char *fname)
{
 unsigned char buf[ADD_ENTROPY];
 int fd;
 size_t n;

 fd = evutil_open_closeonexec_(fname, O_RDONLY, 0);
 if (fd<0)
  return -1;
 n = read_all(fd, buf, sizeof(buf));
 close(fd);
 if (n != sizeof(buf))
  return -1;
 arc4_addrandom(buf, sizeof(buf));
 evutil_memclear_(buf, sizeof(buf));
 return 0;
}

static int
arc4_seed_urandom(void)
{
 /* This is adapted from Tor's crypto_seed_rng() */
 static const char *filenames[] = {
  "/dev/srandom", "/dev/urandom", "/dev/random", NULL
 };
 int i;
 if (arc4random_urandom_filename)
  return arc4_seed_urandom_helper_(arc4random_urandom_filename);

 for (i = 0; filenames[i]; ++i) {
  if (arc4_seed_urandom_helper_(filenames[i]) == 0) {
   return 0;
  }
 }

 return -1;
}
#endif

static int
arc4_seed(void)
{
 int ok = 0;
 /* We try every method that might work, and don't give up even if one
  * does seem to work.  There's no real harm in over-seeding, and if
 * one of these sources turns out to be broken, that would be bad. */
#ifdef TRY_SEED_WIN32
 if (0 == arc4_seed_win32())
  ok = 1;
#endif
#ifdef TRY_SEED_GETRANDOM
 if (0 == arc4_seed_getrandom())
  ok = 1;
#endif
#ifdef TRY_SEED_URANDOM
 if (0 == arc4_seed_urandom())
  ok = 1;
#endif
#ifdef TRY_SEED_PROC_SYS_KERNEL_RANDOM_UUID
 if (arc4random_urandom_filename == NULL &&
     0 == arc4_seed_proc_sys_kernel_random_uuid())
  ok = 1;
#endif
#ifdef TRY_SEED_SYSCTL_BSD
 if (0 == arc4_seed_sysctl_bsd())
  ok = 1;
#endif
 return ok ? 0 : -1;
}

static int
arc4_stir(void)
{
 int     i;

 if (!rs_initialized) {
  arc4_init();
  rs_initialized = 1;
 }

 if (0 != arc4_seed())
  return -1;

 /*
  * Discard early keystream, as per recommendations in
  * "Weaknesses in the Key Scheduling Algorithm of RC4" by
  * Scott Fluhrer, Itsik Mantin, and Adi Shamir.
  * http://www.wisdom.weizmann.ac.il/~itsik/RC4/Papers/Rc4_ksa.ps
  *
  * Ilya Mironov's "(Not So) Random Shuffles of RC4" suggests that
  * we drop at least 2*256 bytes, with 12*256 as a conservative
  * value.
  *
  * RFC4345 says to drop 6*256.
  *
  * At least some versions of this code drop 4*256, in a mistaken
  * belief that "words" in the Fluhrer/Mantin/Shamir paper refers
  * to processor words.
  *
  * We add another sect to the cargo cult, and choose 12*256.
 */
 for (i = 0; i < 12*256; i++)
  (void)arc4_getbyte();

 arc4_count = BYTES_BEFORE_RESEED;

 return 0;
}


static void
arc4_stir_if_needed(void)
{
 pid_t pid = getpid();

 if (arc4_count <= 0 || !rs_initialized || arc4_stir_pid != pid)
 {
  arc4_stir_pid = pid;
  arc4_stir();
 }
}

static inline unsigned char
arc4_getbyte(void)
{
 unsigned char si, sj;

 rs.i = (rs.i + 1);
 si = rs.s[rs.i];
 rs.j = (rs.j + si);
 sj = rs.s[rs.j];
 rs.s[rs.i] = sj;
 rs.s[rs.j] = si;
 return (rs.s[(si + sj) & 0xff]);
}

static inline unsigned int
arc4_getword(void)
{
 unsigned int val;

 val = arc4_getbyte() << 24;
 val |= arc4_getbyte() << 16;
 val |= arc4_getbyte() << 8;
 val |= arc4_getbyte();

 return val;
}

#ifndef ARC4RANDOM_NOSTIR
ARC4RANDOM_EXPORT int
arc4random_stir(void)
{
 int val;
 ARC4_LOCK_();
 val = arc4_stir();
 ARC4_UNLOCK_();
 return val;
}
#endif

#ifndef ARC4RANDOM_NOADDRANDOM
ARC4RANDOM_EXPORT void
arc4random_addrandom(const unsigned char *dat, int datlen)
{
 int j;
 ARC4_LOCK_();
 if (!rs_initialized)
  arc4_stir();
 for (j = 0; j < datlen; j += 256) {
  /* arc4_addrandom() ignores all but the first 256 bytes of
   * its input.  We want to make sure to look at ALL the
   * data in 'dat', just in case the user is doing something
 * crazy like passing us all the files in /var/log. */
  arc4_addrandom(dat + j, datlen - j);
 }
 ARC4_UNLOCK_();
}
#endif

#ifndef ARC4RANDOM_NORANDOM
ARC4RANDOM_EXPORT ARC4RANDOM_UINT32
arc4random(void)
{
 ARC4RANDOM_UINT32 val;
 ARC4_LOCK_();
 arc4_count -= 4;
 arc4_stir_if_needed();
 val = arc4_getword();
 ARC4_UNLOCK_();
 return val;
}
#endif

ARC4RANDOM_EXPORT void
arc4random_buf(void *buf_, size_t n)
{
 unsigned char *buf = buf_;
 ARC4_LOCK_();
 arc4_stir_if_needed();
 while (n--) {
  if (--arc4_count <= 0)
   arc4_stir();
  buf[n] = arc4_getbyte();
 }
 ARC4_UNLOCK_();
}

#ifndef ARC4RANDOM_NOUNIFORM
/*
 * Calculate a uniformly distributed random number less than upper_bound
 * avoiding "modulo bias".
 *
 * Uniformity is achieved by generating new random numbers until the one
 * returned is outside the range [0, 2**32 % upper_bound).  This
 * guarantees the selected random number will be inside
 * [2**32 % upper_bound, 2**32) which maps back to [0, upper_bound)
 * after reduction modulo upper_bound.
 */
ARC4RANDOM_EXPORT unsigned int
arc4random_uniform(unsigned int upper_bound)
{
 ARC4RANDOM_UINT32 r, min;

 if (upper_bound < 2)
  return 0;

#if (UINT_MAX > 0xffffffffUL)
 min = 0x100000000UL % upper_bound;
#else
 /* Calculate (2**32 % upper_bound) avoiding 64-bit math */
 if (upper_bound > 0x80000000)
  min = 1 + ~upper_bound;  /* 2**32 - upper_bound */
 else {
  /* (2**32 - (x * 2)) % x == 2**32 % x when x <= 2**31 */
  min = ((0xffffffff - (upper_bound * 2)) + 1) % upper_bound;
 }
#endif

 /*
  * This could theoretically loop forever but each retry has
  * p > 0.5 (worst case, usually far better) of selecting a
  * number inside the range we need, so it should rarely need
  * to re-roll.
 */
 for (;;) {
  r = arc4random();
  if (r >= min)
   break;
 }

 return r % upper_bound;
}
#endif