Home | History | Annotate | Line # | Download | only in gen
arc4random.c revision 1.7
      1  1.7   kleink /*	$NetBSD: arc4random.c,v 1.7 2005/02/09 21:35:46 kleink 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  1.7   kleink #include "namespace.h"
     29  1.1   itojun #include <fcntl.h>
     30  1.1   itojun #include <stdlib.h>
     31  1.1   itojun #include <unistd.h>
     32  1.1   itojun #include <sys/types.h>
     33  1.1   itojun #include <sys/param.h>
     34  1.1   itojun #include <sys/time.h>
     35  1.1   itojun #include <sys/sysctl.h>
     36  1.1   itojun 
     37  1.7   kleink #ifdef __weak_alias
     38  1.7   kleink __weak_alias(arc4random,_arc4random)
     39  1.7   kleink #endif
     40  1.7   kleink 
     41  1.1   itojun #ifdef __GNUC__
     42  1.1   itojun #define inline __inline
     43  1.1   itojun #else				/* !__GNUC__ */
     44  1.1   itojun #define inline
     45  1.1   itojun #endif				/* !__GNUC__ */
     46  1.1   itojun 
     47  1.1   itojun struct arc4_stream {
     48  1.1   itojun 	u_int8_t i;
     49  1.1   itojun 	u_int8_t j;
     50  1.1   itojun 	u_int8_t s[256];
     51  1.1   itojun };
     52  1.1   itojun 
     53  1.6   kleink static int rs_initialized;
     54  1.1   itojun static struct arc4_stream rs;
     55  1.1   itojun 
     56  1.1   itojun static inline void arc4_init(struct arc4_stream *);
     57  1.1   itojun static inline void arc4_addrandom(struct arc4_stream *, u_char *, int);
     58  1.1   itojun static void arc4_stir(struct arc4_stream *);
     59  1.1   itojun static inline u_int8_t arc4_getbyte(struct arc4_stream *);
     60  1.1   itojun static inline u_int32_t arc4_getword(struct arc4_stream *);
     61  1.1   itojun 
     62  1.1   itojun static inline void
     63  1.1   itojun arc4_init(as)
     64  1.1   itojun 	struct arc4_stream *as;
     65  1.1   itojun {
     66  1.1   itojun 	int     n;
     67  1.1   itojun 
     68  1.1   itojun 	for (n = 0; n < 256; n++)
     69  1.1   itojun 		as->s[n] = n;
     70  1.1   itojun 	as->i = 0;
     71  1.1   itojun 	as->j = 0;
     72  1.1   itojun }
     73  1.1   itojun 
     74  1.1   itojun static inline void
     75  1.1   itojun arc4_addrandom(as, dat, datlen)
     76  1.1   itojun 	struct arc4_stream *as;
     77  1.1   itojun 	u_char *dat;
     78  1.1   itojun 	int     datlen;
     79  1.1   itojun {
     80  1.1   itojun 	int     n;
     81  1.1   itojun 	u_int8_t si;
     82  1.1   itojun 
     83  1.1   itojun 	as->i--;
     84  1.1   itojun 	for (n = 0; n < 256; n++) {
     85  1.1   itojun 		as->i = (as->i + 1);
     86  1.1   itojun 		si = as->s[as->i];
     87  1.1   itojun 		as->j = (as->j + si + dat[n % datlen]);
     88  1.1   itojun 		as->s[as->i] = as->s[as->j];
     89  1.1   itojun 		as->s[as->j] = si;
     90  1.1   itojun 	}
     91  1.1   itojun 	as->j = as->i;
     92  1.1   itojun }
     93  1.1   itojun 
     94  1.1   itojun static void
     95  1.1   itojun arc4_stir(as)
     96  1.1   itojun 	struct arc4_stream *as;
     97  1.1   itojun {
     98  1.1   itojun 	int     fd;
     99  1.1   itojun 	struct {
    100  1.1   itojun 		struct timeval tv;
    101  1.1   itojun 		u_int rnd[(128 - sizeof(struct timeval)) / sizeof(u_int)];
    102  1.1   itojun 	}       rdat;
    103  1.3   itojun 	int	n;
    104  1.1   itojun 
    105  1.1   itojun 	gettimeofday(&rdat.tv, NULL);
    106  1.2   itojun 	fd = open("/dev/urandom", O_RDONLY);
    107  1.1   itojun 	if (fd != -1) {
    108  1.1   itojun 		read(fd, rdat.rnd, sizeof(rdat.rnd));
    109  1.1   itojun 		close(fd);
    110  1.1   itojun 	}
    111  1.4   itojun #ifdef KERN_URND
    112  1.1   itojun 	else {
    113  1.5  thorpej 		int mib[2];
    114  1.5  thorpej 		u_int i;
    115  1.1   itojun 		size_t len;
    116  1.1   itojun 
    117  1.1   itojun 		/* Device could not be opened, we might be chrooted, take
    118  1.1   itojun 		 * randomness from sysctl. */
    119  1.1   itojun 
    120  1.1   itojun 		mib[0] = CTL_KERN;
    121  1.4   itojun 		mib[1] = KERN_URND;
    122  1.1   itojun 
    123  1.5  thorpej 		for (i = 0; i < sizeof(rdat.rnd) / sizeof(u_int); i++) {
    124  1.1   itojun 			len = sizeof(u_int);
    125  1.1   itojun 			if (sysctl(mib, 2, &rdat.rnd[i], &len, NULL, 0) == -1)
    126  1.1   itojun 				break;
    127  1.1   itojun 		}
    128  1.1   itojun 	}
    129  1.1   itojun #endif
    130  1.1   itojun 	/* fd < 0 or failed sysctl ?  Ah, what the heck. We'll just take
    131  1.1   itojun 	 * whatever was on the stack... */
    132  1.1   itojun 
    133  1.1   itojun 	arc4_addrandom(as, (void *) &rdat, sizeof(rdat));
    134  1.3   itojun 
    135  1.3   itojun 	/*
    136  1.3   itojun 	 * Throw away the first N words of output, as suggested in the
    137  1.3   itojun 	 * paper "Weaknesses in the Key Scheduling Algorithm of RC4"
    138  1.3   itojun 	 * by Fluher, Mantin, and Shamir.  (N = 256 in our case.)
    139  1.3   itojun 	 */
    140  1.3   itojun 	for (n = 0; n < 256 * 4; n++)
    141  1.3   itojun 		arc4_getbyte(as);
    142  1.1   itojun }
    143  1.1   itojun 
    144  1.1   itojun static inline u_int8_t
    145  1.1   itojun arc4_getbyte(as)
    146  1.1   itojun 	struct arc4_stream *as;
    147  1.1   itojun {
    148  1.1   itojun 	u_int8_t si, sj;
    149  1.1   itojun 
    150  1.1   itojun 	as->i = (as->i + 1);
    151  1.1   itojun 	si = as->s[as->i];
    152  1.1   itojun 	as->j = (as->j + si);
    153  1.1   itojun 	sj = as->s[as->j];
    154  1.1   itojun 	as->s[as->i] = sj;
    155  1.1   itojun 	as->s[as->j] = si;
    156  1.1   itojun 	return (as->s[(si + sj) & 0xff]);
    157  1.1   itojun }
    158  1.1   itojun 
    159  1.1   itojun static inline u_int32_t
    160  1.1   itojun arc4_getword(as)
    161  1.1   itojun 	struct arc4_stream *as;
    162  1.1   itojun {
    163  1.1   itojun 	u_int32_t val;
    164  1.1   itojun 	val = arc4_getbyte(as) << 24;
    165  1.1   itojun 	val |= arc4_getbyte(as) << 16;
    166  1.1   itojun 	val |= arc4_getbyte(as) << 8;
    167  1.1   itojun 	val |= arc4_getbyte(as);
    168  1.1   itojun 	return val;
    169  1.1   itojun }
    170  1.1   itojun 
    171  1.1   itojun void
    172  1.1   itojun arc4random_stir()
    173  1.1   itojun {
    174  1.1   itojun 	if (!rs_initialized) {
    175  1.1   itojun 		arc4_init(&rs);
    176  1.1   itojun 		rs_initialized = 1;
    177  1.1   itojun 	}
    178  1.1   itojun 	arc4_stir(&rs);
    179  1.1   itojun }
    180  1.1   itojun 
    181  1.1   itojun void
    182  1.1   itojun arc4random_addrandom(dat, datlen)
    183  1.1   itojun 	u_char *dat;
    184  1.1   itojun 	int     datlen;
    185  1.1   itojun {
    186  1.1   itojun 	if (!rs_initialized)
    187  1.1   itojun 		arc4random_stir();
    188  1.1   itojun 	arc4_addrandom(&rs, dat, datlen);
    189  1.1   itojun }
    190  1.1   itojun 
    191  1.1   itojun u_int32_t
    192  1.1   itojun arc4random()
    193  1.1   itojun {
    194  1.1   itojun 	if (!rs_initialized)
    195  1.1   itojun 		arc4random_stir();
    196  1.1   itojun 	return arc4_getword(&rs);
    197  1.1   itojun }
    198  1.1   itojun 
    199  1.1   itojun #if 0
    200  1.1   itojun /*-------- Test code for i386 --------*/
    201  1.1   itojun #include <stdio.h>
    202  1.1   itojun #include <machine/pctr.h>
    203  1.1   itojun int
    204  1.1   itojun main(int argc, char **argv)
    205  1.1   itojun {
    206  1.1   itojun 	const int iter = 1000000;
    207  1.1   itojun 	int     i;
    208  1.1   itojun 	pctrval v;
    209  1.1   itojun 
    210  1.1   itojun 	v = rdtsc();
    211  1.1   itojun 	for (i = 0; i < iter; i++)
    212  1.1   itojun 		arc4random();
    213  1.1   itojun 	v = rdtsc() - v;
    214  1.1   itojun 	v /= iter;
    215  1.1   itojun 
    216  1.1   itojun 	printf("%qd cycles\n", v);
    217  1.1   itojun }
    218  1.1   itojun #endif
    219