*** empty log message ***
[gnupg.git] / cipher / random.c
index b4abbdd..75754cd 100644 (file)
@@ -1,14 +1,14 @@
 /* random.c  - random number generator
- *     Copyright (c) 1997 by Werner Koch (dd9jn)
+ *     Copyright (C) 1998 Free Software Foundation, Inc.
  *
- * This file is part of G10.
+ * This file is part of GNUPG.
  *
- * G10 is free software; you can redistribute it and/or modify
+ * GNUPG is free software; you can redistribute it and/or modify
  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  * (at your option) any later version.
  *
- * G10 is distributed in the hope that it will be useful,
+ * GNUPG is distributed in the hope that it will be useful,
  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  * GNU General Public License for more details.
  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA
  */
 
+
+/****************
+ * This random number generator is modelled after the one described
+ * in Peter Gutmann's Paper: "Software Generation of Practically
+ * Strong Random Numbers".
+ */
+
+
 #include <config.h>
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
+#include <assert.h>
 #include <errno.h>
+#include <string.h>
 #include "util.h"
-#include "cipher.h"
+#include "rmd.h"
+#include "ttyio.h"
+#include "i18n.h"
+#include "rand-internal.h"
 
-static struct {
-    int level;
+
+#if SIZEOF_UNSIGNED_LONG == 8
+  #define ADD_VALUE 0xa5a5a5a5a5a5a5a5
+#elif SIZEOF_UNSIGNED_LONG == 4
+  #define ADD_VALUE 0xa5a5a5a5
+#else
+  #error weird size for an unsigned long
+#endif
+
+struct cache {
     int len;
-    byte buffer[100]; /* fixme: should this be allocated in secure space? */
-} cache;
+    int size;
+    byte *buffer;
+};
+
+
+static int is_initialized;
+static struct cache cache[3];
+#define MASK_LEVEL(a) do {if( a > 2 ) a = 2; else if( a < 0 ) a = 0; } while(0)
+static char *rndpool;  /* allocated size is POOLSIZE+BLOCKLEN */
+static char *keypool;  /* allocated size is POOLSIZE+BLOCKLEN */
+static size_t pool_readpos;
+static size_t pool_writepos;
+static int pool_filled;
+static int pool_balance;
+static int just_mixed;
+
+static int secure_alloc;
+static int quick_test;
+
+
+static void read_pool( byte *buffer, size_t length, int level );
+
+
+static void
+initialize()
+{
+    /* The data buffer is allocated somewhat larger, so that
+     * we can use this extra space (which is allocated in secure memory)
+     * as a temporary hash buffer */
+    rndpool = secure_alloc ? m_alloc_secure_clear(POOLSIZE+BLOCKLEN)
+                          : m_alloc_clear(POOLSIZE+BLOCKLEN);
+    keypool = secure_alloc ? m_alloc_secure_clear(POOLSIZE+BLOCKLEN)
+                          : m_alloc_clear(POOLSIZE+BLOCKLEN);
+    is_initialized = 1;
+}
+
+void
+secure_random_alloc()
+{
+    secure_alloc = 1;
+}
+
+
+int
+quick_random_gen( int onoff )
+{
+    int last = quick_test;
+    if( onoff != -1 )
+       quick_test = onoff;
+  #ifdef USE_RAND_DUMMY
+    last = 1; /* insecure RNG */
+  #endif
+    return last;
+}
+
 
 /****************
- * Fill the buffer with LENGTH bytes of cryptologic strong
+ * Fill the buffer with LENGTH bytes of cryptographically strong
  * random bytes. level 0 is not very strong, 1 is strong enough
  * for most usage, 2 is good for key generation stuff but may be very slow.
  */
 void
 randomize_buffer( byte *buffer, size_t length, int level )
 {
-    FILE *fp;
-
-    if( level == 2 )
-       level = 1; /* 2 is much too slow */
-    /* FIXME: do a stat and check that we have the correct device numbers*/
-    fp = fopen(level < 2? "/dev/urandom":"/dev/random", "r");
-    if( !fp )
-       log_fatal("can't open random device: %s\n", strerror(errno) );
     for( ; length; length-- )
-       *buffer++ = getc(fp);
-    fclose(fp);
+       *buffer++ = get_random_byte(level);
 }
 
 
 byte
 get_random_byte( int level )
 {
-    if( !cache.len || cache.level < level ) {
-       randomize_buffer(cache.buffer, DIM(cache.buffer), level );
-       cache.level = level;
-       cache.len = DIM(cache.buffer);
+    MASK_LEVEL(level);
+    if( !cache[level].len ) {
+       if( !is_initialized )
+           initialize();
+       if( !cache[level].buffer ) {
+           cache[level].size = 100;
+           cache[level].buffer = level && secure_alloc?
+                                        m_alloc_secure( cache[level].size )
+                                      : m_alloc( cache[level].size );
+       }
+       read_pool(cache[level].buffer, cache[level].size, level );
+       cache[level].len = cache[level].size;
+    }
+
+    return cache[level].buffer[--cache[level].len];
+}
+
+
+
+/****************
+ * Return a pointer to a randomized buffer of level 0 and LENGTH bits
+ * caller must free the buffer. This function does not use the
+ * cache (will be removed in future). Note: The returned value is
+ * rounded up to bytes.
+ */
+byte *
+get_random_bits( size_t nbits, int level, int secure )
+{
+    byte *buf;
+    size_t nbytes = (nbits+7)/8;
+
+    MASK_LEVEL(level);
+    buf = secure && secure_alloc ? m_alloc_secure( nbytes ) : m_alloc( nbytes );
+    read_pool( buf, nbytes, level );
+    return buf;
+}
+
+
+/****************
+ * Mix the pool
+ */
+static void
+mix_pool(byte *pool)
+{
+    char *hashbuf = pool + POOLSIZE;
+    char *p, *pend;
+    int i, n;
+    RMD160_CONTEXT md;
+
+    rmd160_init( &md );
+ #if DIGESTLEN != 20
+    #error must have a digest length of 20 for ripe-md-160
+ #endif
+    /* loop over the pool */
+    pend = pool + POOLSIZE;
+    memcpy(hashbuf, pend - DIGESTLEN, DIGESTLEN );
+    memcpy(hashbuf+DIGESTLEN, pool, BLOCKLEN-DIGESTLEN);
+    rmd160_mixblock( &md, hashbuf);
+    memcpy(pool, hashbuf, 20 );
+
+    p = pool;
+    for( n=1; n < POOLBLOCKS; n++ ) {
+       memcpy(hashbuf, p, DIGESTLEN );
+
+       p += DIGESTLEN;
+       if( p+DIGESTLEN+BLOCKLEN < pend )
+           memcpy(hashbuf+DIGESTLEN, p+DIGESTLEN, BLOCKLEN-DIGESTLEN);
+       else {
+           char *pp = p+DIGESTLEN;
+           for(i=DIGESTLEN; i < BLOCKLEN; i++ ) {
+               if( pp >= pend )
+                   pp = pool;
+               hashbuf[i] = *pp++;
+           }
+       }
+
+       rmd160_mixblock( &md, hashbuf);
+       memcpy(p, hashbuf, 20 );
     }
+}
+
+
+static void
+read_pool( byte *buffer, size_t length, int level )
+{
+    int i;
+    ulong *sp, *dp;
+
+    if( length >= POOLSIZE )
+       BUG(); /* not allowed */
 
-    return cache.buffer[--cache.len];
+    /* for level 2 make sure that there is enough random in the pool */
+    if( level == 2 && pool_balance < length ) {
+       size_t needed;
+       byte *p;
+
+       if( pool_balance < 0 )
+           pool_balance = 0;
+       needed = length - pool_balance;
+       if( needed > POOLSIZE )
+           BUG();
+       p = secure_alloc ? m_alloc_secure( needed ) : m_alloc(needed);
+       read_random_source( p, needed, 2 ); /* read /dev/random */
+       add_randomness( p, needed, 3);
+       m_free(p);
+       pool_balance += needed;
+    }
+
+    /* make sure the pool is filled */
+    while( !pool_filled )
+       random_poll();
+
+    /* do always a fast random poll */
+    fast_random_poll();
+
+    if( !level ) { /* no need for cryptographic strong random */
+       /* create a new pool */
+       for(i=0,dp=(ulong*)keypool, sp=(ulong*)rndpool;
+                                   i < POOLWORDS; i++, dp++, sp++ )
+           *dp = *sp + ADD_VALUE;
+       /* must mix both pools */
+       mix_pool(rndpool);
+       mix_pool(keypool);
+       memcpy( buffer, keypool, length );
+    }
+    else {
+       /* mix the pool (if add_randomness() didn't it) */
+       if( !just_mixed )
+           mix_pool(rndpool);
+       /* create a new pool */
+       for(i=0,dp=(ulong*)keypool, sp=(ulong*)rndpool;
+                                   i < POOLWORDS; i++, dp++, sp++ )
+           *dp = *sp + ADD_VALUE;
+       /* and mix both pools */
+       mix_pool(rndpool);
+       mix_pool(keypool);
+       /* read the required data
+        * we use a readpoiter to read from a different postion each
+        * time */
+       while( length-- ) {
+           *buffer++ = keypool[pool_readpos++];
+           if( pool_readpos >= POOLSIZE )
+               pool_readpos = 0;
+           pool_balance--;
+       }
+       if( pool_balance < 0 )
+           pool_balance = 0;
+       /* and clear the keypool */
+       memset( keypool, 0, POOLSIZE );
+    }
+}
+
+
+/****************
+ * Add LENGTH bytes of randomness from buffer to the pool.
+ * source may be used to specify the randomeness source.
+ */
+void
+add_randomness( const void *buffer, size_t length, int source )
+{
+    if( !is_initialized )
+       initialize();
+    while( length-- ) {
+       rndpool[pool_writepos++] = *((byte*)buffer)++;
+       if( pool_writepos >= POOLSIZE ) {
+           if( source > 1 )
+               pool_filled = 1;
+           pool_writepos = 0;
+           mix_pool(rndpool);
+           just_mixed = !length;
+       }
+    }
 }
 
 
+