arc4random.c revision 1.2 1 1.2 itojun /* $NetBSD: arc4random.c,v 1.2 2002/05/24 04:53:07 itojun Exp $ */
2 1.1 itojun /* $OpenBSD: arc4random.c,v 1.6 2001/06/05 05:05:38 pvalchev Exp $ */
3 1.1 itojun
4 1.1 itojun /*
5 1.1 itojun * Arc4 random number generator for OpenBSD.
6 1.1 itojun * Copyright 1996 David Mazieres <dm (at) lcs.mit.edu>.
7 1.1 itojun *
8 1.1 itojun * Modification and redistribution in source and binary forms is
9 1.1 itojun * permitted provided that due credit is given to the author and the
10 1.1 itojun * OpenBSD project by leaving this copyright notice intact.
11 1.1 itojun */
12 1.1 itojun
13 1.1 itojun /*
14 1.1 itojun * This code is derived from section 17.1 of Applied Cryptography,
15 1.1 itojun * second edition, which describes a stream cipher allegedly
16 1.1 itojun * compatible with RSA Labs "RC4" cipher (the actual description of
17 1.1 itojun * which is a trade secret). The same algorithm is used as a stream
18 1.1 itojun * cipher called "arcfour" in Tatu Ylonen's ssh package.
19 1.1 itojun *
20 1.1 itojun * Here the stream cipher has been modified always to include the time
21 1.1 itojun * when initializing the state. That makes it impossible to
22 1.1 itojun * regenerate the same random sequence twice, so this can't be used
23 1.1 itojun * for encryption, but will generate good random numbers.
24 1.1 itojun *
25 1.1 itojun * RC4 is a registered trademark of RSA Laboratories.
26 1.1 itojun */
27 1.1 itojun
28 1.1 itojun #include <fcntl.h>
29 1.1 itojun #include <stdlib.h>
30 1.1 itojun #include <unistd.h>
31 1.1 itojun #include <sys/types.h>
32 1.1 itojun #include <sys/param.h>
33 1.1 itojun #include <sys/time.h>
34 1.1 itojun #include <sys/sysctl.h>
35 1.1 itojun
36 1.1 itojun #ifdef __GNUC__
37 1.1 itojun #define inline __inline
38 1.1 itojun #else /* !__GNUC__ */
39 1.1 itojun #define inline
40 1.1 itojun #endif /* !__GNUC__ */
41 1.1 itojun
42 1.1 itojun struct arc4_stream {
43 1.1 itojun u_int8_t i;
44 1.1 itojun u_int8_t j;
45 1.1 itojun u_int8_t s[256];
46 1.1 itojun };
47 1.1 itojun
48 1.1 itojun int rs_initialized;
49 1.1 itojun static struct arc4_stream rs;
50 1.1 itojun
51 1.1 itojun static inline void arc4_init(struct arc4_stream *);
52 1.1 itojun static inline void arc4_addrandom(struct arc4_stream *, u_char *, int);
53 1.1 itojun static void arc4_stir(struct arc4_stream *);
54 1.1 itojun static inline u_int8_t arc4_getbyte(struct arc4_stream *);
55 1.1 itojun static inline u_int32_t arc4_getword(struct arc4_stream *);
56 1.1 itojun
57 1.1 itojun static inline void
58 1.1 itojun arc4_init(as)
59 1.1 itojun struct arc4_stream *as;
60 1.1 itojun {
61 1.1 itojun int n;
62 1.1 itojun
63 1.1 itojun for (n = 0; n < 256; n++)
64 1.1 itojun as->s[n] = n;
65 1.1 itojun as->i = 0;
66 1.1 itojun as->j = 0;
67 1.1 itojun }
68 1.1 itojun
69 1.1 itojun static inline void
70 1.1 itojun arc4_addrandom(as, dat, datlen)
71 1.1 itojun struct arc4_stream *as;
72 1.1 itojun u_char *dat;
73 1.1 itojun int datlen;
74 1.1 itojun {
75 1.1 itojun int n;
76 1.1 itojun u_int8_t si;
77 1.1 itojun
78 1.1 itojun as->i--;
79 1.1 itojun for (n = 0; n < 256; n++) {
80 1.1 itojun as->i = (as->i + 1);
81 1.1 itojun si = as->s[as->i];
82 1.1 itojun as->j = (as->j + si + dat[n % datlen]);
83 1.1 itojun as->s[as->i] = as->s[as->j];
84 1.1 itojun as->s[as->j] = si;
85 1.1 itojun }
86 1.1 itojun as->j = as->i;
87 1.1 itojun }
88 1.1 itojun
89 1.1 itojun static void
90 1.1 itojun arc4_stir(as)
91 1.1 itojun struct arc4_stream *as;
92 1.1 itojun {
93 1.1 itojun int fd;
94 1.1 itojun struct {
95 1.1 itojun struct timeval tv;
96 1.1 itojun u_int rnd[(128 - sizeof(struct timeval)) / sizeof(u_int)];
97 1.1 itojun } rdat;
98 1.1 itojun
99 1.1 itojun gettimeofday(&rdat.tv, NULL);
100 1.2 itojun fd = open("/dev/urandom", O_RDONLY);
101 1.1 itojun if (fd != -1) {
102 1.1 itojun read(fd, rdat.rnd, sizeof(rdat.rnd));
103 1.1 itojun close(fd);
104 1.1 itojun }
105 1.1 itojun #ifdef KERN_ARND
106 1.1 itojun else {
107 1.1 itojun int i, mib[2];
108 1.1 itojun size_t len;
109 1.1 itojun
110 1.1 itojun /* Device could not be opened, we might be chrooted, take
111 1.1 itojun * randomness from sysctl. */
112 1.1 itojun
113 1.1 itojun mib[0] = CTL_KERN;
114 1.1 itojun mib[1] = KERN_ARND;
115 1.1 itojun
116 1.1 itojun for (i = 0; i < sizeof(rdat.rnd) / sizeof(u_int); i ++) {
117 1.1 itojun len = sizeof(u_int);
118 1.1 itojun if (sysctl(mib, 2, &rdat.rnd[i], &len, NULL, 0) == -1)
119 1.1 itojun break;
120 1.1 itojun }
121 1.1 itojun }
122 1.1 itojun #endif
123 1.1 itojun /* fd < 0 or failed sysctl ? Ah, what the heck. We'll just take
124 1.1 itojun * whatever was on the stack... */
125 1.1 itojun
126 1.1 itojun arc4_addrandom(as, (void *) &rdat, sizeof(rdat));
127 1.1 itojun }
128 1.1 itojun
129 1.1 itojun static inline u_int8_t
130 1.1 itojun arc4_getbyte(as)
131 1.1 itojun struct arc4_stream *as;
132 1.1 itojun {
133 1.1 itojun u_int8_t si, sj;
134 1.1 itojun
135 1.1 itojun as->i = (as->i + 1);
136 1.1 itojun si = as->s[as->i];
137 1.1 itojun as->j = (as->j + si);
138 1.1 itojun sj = as->s[as->j];
139 1.1 itojun as->s[as->i] = sj;
140 1.1 itojun as->s[as->j] = si;
141 1.1 itojun return (as->s[(si + sj) & 0xff]);
142 1.1 itojun }
143 1.1 itojun
144 1.1 itojun static inline u_int32_t
145 1.1 itojun arc4_getword(as)
146 1.1 itojun struct arc4_stream *as;
147 1.1 itojun {
148 1.1 itojun u_int32_t val;
149 1.1 itojun val = arc4_getbyte(as) << 24;
150 1.1 itojun val |= arc4_getbyte(as) << 16;
151 1.1 itojun val |= arc4_getbyte(as) << 8;
152 1.1 itojun val |= arc4_getbyte(as);
153 1.1 itojun return val;
154 1.1 itojun }
155 1.1 itojun
156 1.1 itojun void
157 1.1 itojun arc4random_stir()
158 1.1 itojun {
159 1.1 itojun if (!rs_initialized) {
160 1.1 itojun arc4_init(&rs);
161 1.1 itojun rs_initialized = 1;
162 1.1 itojun }
163 1.1 itojun arc4_stir(&rs);
164 1.1 itojun }
165 1.1 itojun
166 1.1 itojun void
167 1.1 itojun arc4random_addrandom(dat, datlen)
168 1.1 itojun u_char *dat;
169 1.1 itojun int datlen;
170 1.1 itojun {
171 1.1 itojun if (!rs_initialized)
172 1.1 itojun arc4random_stir();
173 1.1 itojun arc4_addrandom(&rs, dat, datlen);
174 1.1 itojun }
175 1.1 itojun
176 1.1 itojun u_int32_t
177 1.1 itojun arc4random()
178 1.1 itojun {
179 1.1 itojun if (!rs_initialized)
180 1.1 itojun arc4random_stir();
181 1.1 itojun return arc4_getword(&rs);
182 1.1 itojun }
183 1.1 itojun
184 1.1 itojun #if 0
185 1.1 itojun /*-------- Test code for i386 --------*/
186 1.1 itojun #include <stdio.h>
187 1.1 itojun #include <machine/pctr.h>
188 1.1 itojun int
189 1.1 itojun main(int argc, char **argv)
190 1.1 itojun {
191 1.1 itojun const int iter = 1000000;
192 1.1 itojun int i;
193 1.1 itojun pctrval v;
194 1.1 itojun
195 1.1 itojun v = rdtsc();
196 1.1 itojun for (i = 0; i < iter; i++)
197 1.1 itojun arc4random();
198 1.1 itojun v = rdtsc() - v;
199 1.1 itojun v /= iter;
200 1.1 itojun
201 1.1 itojun printf("%qd cycles\n", v);
202 1.1 itojun }
203 1.1 itojun #endif
204