crypto/rand/md_rand.c

   1 /* crypto/rand/md_rand.c */
   2 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * This package is an SSL implementation written
   6  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
   7  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
   8  *
   9  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
  10  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
  11  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
  12  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
  13  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
  14  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  15  *
  16  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
  17  * the code are not to be removed.
  18  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
  19  * as the author of the parts of the library used.
  20  * This can be in the form of a textual message at program startup or
  21  * in documentation (online or textual) provided with the package.
  22  *
  23  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  24  * modification, are permitted provided that the following conditions
  25  * are met:
  26  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
  27  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  28  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  30  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  31  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  32  *    must display the following acknowledgement:
  33  *    "This product includes cryptographic software written by
  34  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
  35  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
  36  *    being used are not cryptographic related :-).
  37  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from
  38  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
  39  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
  40  *
  41  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
  42  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  45  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  46  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  47  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  48  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  49  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  50  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  51  * SUCH DAMAGE.
  52  *
  53  * The licence and distribution terms for any publically available version or
  54  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
  55  * copied and put under another distribution licence
  56  * [including the GNU Public Licence.]
  57  */
  58
  59 #ifndef MD_RAND_DEBUG
  60 # ifndef NDEBUG
  61 #   define NDEBUG
  62 # endif
  63 #endif
  64
  65 #include <assert.h>
  66 #include <stdio.h>
  67 #include <time.h>
  68 #include <string.h>
  69
  70 #include "openssl/e_os.h"
  71
  72 #include <openssl/crypto.h>
  73
  74 #if !defined(USE_MD5_RAND) && !defined(USE_SHA1_RAND) && !defined(USE_MDC2_RAND) && !defined(USE_MD2_RAND)
  75 #if !defined(NO_SHA) && !defined(NO_SHA1)
  76 #define USE_SHA1_RAND
  77 #elif !defined(NO_MD5)
  78 #define USE_MD5_RAND
  79 #elif !defined(NO_MDC2) && !defined(NO_DES)
  80 #define USE_MDC2_RAND
  81 #elif !defined(NO_MD2)
  82 #define USE_MD2_RAND
  83 #else
  84 #error No message digest algorithm available
  85 #endif
  86 #endif
  87
  88 /* Changed how the state buffer used.  I now attempt to 'wrap' such
  89  * that I don't run over the same locations the next time  go through
  90  * the 1023 bytes - many thanks to
  91  * Robert J. LeBlanc <rjl@renaissoft.com> for his comments
  92  */
  93
  94 #if defined(USE_MD5_RAND)
  95 #include <openssl/md5.h>
  96 #define MD_DIGEST_LENGTH        MD5_DIGEST_LENGTH
  97 #define MD_CTX                  MD5_CTX
  98 #define MD_Init(a)              MD5_Init(a)
  99 #define MD_Update(a,b,c)        MD5_Update(a,b,c)
 100 #define MD_Final(a,b)           MD5_Final(a,b)
 101 #define MD(a,b,c)               MD5(a,b,c)
 102 #elif defined(USE_SHA1_RAND)
 103 #include <openssl/sha.h>
 104 #define MD_DIGEST_LENGTH        SHA_DIGEST_LENGTH
 105 #define MD_CTX                  SHA_CTX
 106 #define MD_Init(a)              SHA1_Init(a)
 107 #define MD_Update(a,b,c)        SHA1_Update(a,b,c)
 108 #define MD_Final(a,b)           SHA1_Final(a,b)
 109 #define MD(a,b,c)               SHA1(a,b,c)
 110 #elif defined(USE_MDC2_RAND)
 111 #include <openssl/mdc2.h>
 112 #define MD_DIGEST_LENGTH        MDC2_DIGEST_LENGTH
 113 #define MD_CTX                  MDC2_CTX
 114 #define MD_Init(a)              MDC2_Init(a)
 115 #define MD_Update(a,b,c)        MDC2_Update(a,b,c)
 116 #define MD_Final(a,b)           MDC2_Final(a,b)
 117 #define MD(a,b,c)               MDC2(a,b,c)
 118 #elif defined(USE_MD2_RAND)
 119 #include <openssl/md2.h>
 120 #define MD_DIGEST_LENGTH        MD2_DIGEST_LENGTH
 121 #define MD_CTX                  MD2_CTX
 122 #define MD_Init(a)              MD2_Init(a)
 123 #define MD_Update(a,b,c)        MD2_Update(a,b,c)
 124 #define MD_Final(a,b)           MD2_Final(a,b)
 125 #define MD(a,b,c)               MD2(a,b,c)
 126 #endif
 127
 128 #include <openssl/rand.h>
 129
 130 /* #define NORAND       1 */
 131 /* #define PREDICT      1 */
 132
 133 #define STATE_SIZE      1023
 134 static int state_num=0,state_index=0;
 135 static unsigned char state[STATE_SIZE+MD_DIGEST_LENGTH];
 136 static unsigned char md[MD_DIGEST_LENGTH];
 137 static long md_count[2]={0,0};
 138
 139 const char *RAND_version="RAND" OPENSSL_VERSION_PTEXT;
 140
 141 static void ssleay_rand_cleanup(void);
 142 static void ssleay_rand_seed(const void *buf, int num);
 143 static void ssleay_rand_bytes(unsigned char *buf, int num);
 144
 145 RAND_METHOD rand_ssleay_meth={
 146         ssleay_rand_seed,
 147         ssleay_rand_bytes,
 148         ssleay_rand_cleanup,
 149         };
 150
 151 RAND_METHOD *RAND_SSLeay(void)
 152         {
 153         return(&rand_ssleay_meth);
 154         }
 155
 156 static void ssleay_rand_cleanup(void)
 157         {
 158         memset(state,0,sizeof(state));
 159         state_num=0;
 160         state_index=0;
 161         memset(md,0,MD_DIGEST_LENGTH);
 162         md_count[0]=0;
 163         md_count[1]=0;
 164         }
 165
 166 static void ssleay_rand_seed(const void *buf, int num)
 167         {
 168         int i,j,k,st_idx;
 169         long md_c[2];
 170         unsigned char local_md[MD_DIGEST_LENGTH];
 171         MD_CTX m;
 172
 173 #ifdef NORAND
 174         return;
 175 #endif
 176
 177         /*
 178          * (Based on doc/ssleay.txt, section rand.doc:)
 179          *
 180          * The input is chopped up into units of 16 bytes (or less for
 181          * the last block).  Each of these blocks is run through the MD5
 182          * message digest as follow:  The data passed to the MD5 digest
 183          * is the current 'md', the same number of bytes from the 'state'
 184          * (the location determined by in incremented looping index) as
 185          * the current 'block', the new key data 'block', and 'count'
 186          * (which is incremented after each use).
 187          * The result of this is kept in 'md' and also xored into the
 188          * 'state' at the same locations that were used as input into the MD5.
 189          */
 190
 191         CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
 192         st_idx=state_index;
 193
 194         /* use our own copies of the counters so that even
 195          * if a concurrent thread seeds with exactly the
 196          * same data and uses the same subarray there's _some_
 197          * difference */
 198         md_c[0] = md_count[0];
 199         md_c[1] = md_count[1];
 200
 201         memcpy(local_md, md, sizeof md);
 202
 203         /* state_index <= state_num <= STATE_SIZE */
 204         state_index += num;
 205         if (state_index >= STATE_SIZE)
 206                 {
 207                 state_index%=STATE_SIZE;
 208                 state_num=STATE_SIZE;
 209                 }
 210         else if (state_num < STATE_SIZE)
 211                 {
 212                 if (state_index > state_num)
 213                         state_num=state_index;
 214                 }
 215         /* state_index <= state_num <= STATE_SIZE */
 216
 217         /* state[st_idx], ..., state[(st_idx + num - 1) % STATE_SIZE]
 218          * are what we will use now, but other threads may use them
 219          * as well */
 220
 221         md_count[1] += (num / MD_DIGEST_LENGTH) + (num % MD_DIGEST_LENGTH > 0);
 222
 223         CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
 224
 225         for (i=0; i<num; i+=MD_DIGEST_LENGTH)
 226                 {
 227                 j=(num-i);
 228                 j=(j > MD_DIGEST_LENGTH)?MD_DIGEST_LENGTH:j;
 229
 230                 MD_Init(&m);
 231                 MD_Update(&m,local_md,MD_DIGEST_LENGTH);
 232                 k=(st_idx+j)-STATE_SIZE;
 233                 if (k > 0)
 234                         {
 235                         MD_Update(&m,&(state[st_idx]),j-k);
 236                         MD_Update(&m,&(state[0]),k);
 237                         }
 238                 else
 239                         MD_Update(&m,&(state[st_idx]),j);
 240
 241                 MD_Update(&m,buf,j);
 242                 MD_Update(&m,(unsigned char *)&(md_c[0]),sizeof(md_c));
 243                 MD_Final(local_md,&m);
 244                 md_c[1]++;
 245
 246                 buf=(const char *)buf + j;
 247
 248                 for (k=0; k<j; k++)
 249                         {
 250                         /* Parallel threads may interfere with this,
 251                          * but always each byte of the new state is
 252                          * the XOR of some previous value of its
 253                          * and local_md (itermediate values may be lost).
 254                          * Alway using locking could hurt performance more
 255                          * than necessary given that conflicts occur only
 256                          * when the total seeding is longer than the random
 257                          * state. */
 258                         state[st_idx++]^=local_md[k];
 259                         if (st_idx >= STATE_SIZE)
 260                                 st_idx=0;
 261                         }
 262                 }
 263         memset((char *)&m,0,sizeof(m));
 264
 265         CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
 266         /* Don't just copy back local_md into md -- this could mean that
 267          * other thread's seeding remains without effect (except for
 268          * the incremented counter).  By XORing it we keep at least as
 269          * much entropy as fits into md. */
 270         for (k = 0; k < sizeof md; k++)
 271                 {
 272                 md[k] ^= local_md[k];
 273                 }
 274         CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
 275
 276 #ifndef THREADS
 277         assert(md_c[1] == md_count[1]);
 278 #endif
 279         }
 280
 281 static void ssleay_rand_bytes(unsigned char *buf, int num)
 282         {
 283         int i,j,k,st_num,st_idx;
 284         long md_c[2];
 285         unsigned char local_md[MD_DIGEST_LENGTH];
 286         MD_CTX m;
 287         static int init=1;
 288         unsigned long l;
 289 #ifndef MSDOS
 290         pid_t curr_pid = getpid();
 291 #endif
 292 #ifdef DEVRANDOM
 293         FILE *fh;
 294 #endif
 295
 296 #ifdef PREDICT
 297         {
 298         static unsigned char val=0;
 299
 300         for (i=0; i<num; i++)
 301                 buf[i]=val++;
 302         return;
 303         }
 304 #endif
 305
 306         /*
 307          * (Based on doc/ssleay.txt, section rand.doc:)
 308          *
 309          * For each group of 8 bytes (or less), we do the following,
 310          *
 311          * Input into MD5, the top 8 bytes from 'md', the byte that are
 312          * to be overwritten by the random bytes and bytes from the
 313          * 'state' (incrementing looping index).  From this digest output
 314          * (which is kept in 'md'), the top (upto) 8 bytes are
 315          * returned to the caller and the bottom (upto) 8 bytes are xored
 316          * into the 'state'.
 317          * Finally, after we have finished 'num' random bytes for the
 318          * caller, 'count' (which is incremented) and the local and globl 'md'
 319          * are fed into MD5 and the results are kept in the global 'md'.
 320          */
 321
 322         CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
 323
 324         if (init)
 325                 {
 326                 CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
 327                 /* put in some default random data, we need more than
 328                  * just this */
 329                 RAND_seed(&m,sizeof(m));
 330 #ifndef MSDOS
 331                 l=curr_pid;
 332                 RAND_seed(&l,sizeof(l));
 333                 l=getuid();
 334                 RAND_seed(&l,sizeof(l));
 335 #endif
 336                 l=time(NULL);
 337                 RAND_seed(&l,sizeof(l));
 338
 339 #ifdef DEVRANDOM
 340                 /*
 341                  * Use a random entropy pool device.
 342                  * Linux 1.3.x and FreeBSD-Current has
 343                  * this. Use /dev/urandom if you can
 344                  * as /dev/random will block if it runs out
 345                  * of random entries.
 346                  */
 347                 if ((fh = fopen(DEVRANDOM, "r")) != NULL)
 348                         {
 349                         unsigned char tmpbuf[32];
 350
 351                         fread((unsigned char *)tmpbuf,1,32,fh);
 352                         /* we don't care how many bytes we read,
 353                          * we will just copy the 'stack' if there is
 354                          * nothing else :-) */
 355                         fclose(fh);
 356                         RAND_seed(tmpbuf,32);
 357                         memset(tmpbuf,0,32);
 358                         }
 359 #endif
 360 #ifdef PURIFY
 361                 memset(state,0,STATE_SIZE);
 362                 memset(md,0,MD_DIGEST_LENGTH);
 363 #endif
 364                 CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
 365                 init=0;
 366                 }
 367
 368         st_idx=state_index;
 369         st_num=state_num;
 370         md_c[0] = md_count[0];
 371         md_c[1] = md_count[1];
 372         memcpy(local_md, md, sizeof md);
 373
 374         state_index+=num;
 375         if (state_index > state_num)
 376                 state_index %= state_num;
 377
 378         /* state[st_idx], ..., state[(st_idx + num - 1) % st_num]
 379          * are now ours (but other threads may use them too) */
 380
 381         md_count[0] += 1;
 382         CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
 383
 384         while (num > 0)
 385                 {
 386                 j=(num >= MD_DIGEST_LENGTH/2)?MD_DIGEST_LENGTH/2:num;
 387                 num-=j;
 388                 MD_Init(&m);
 389 #ifndef MSDOS
 390                 if (curr_pid) /* just in the first iteration to save time */
 391                         {
 392                         MD_Update(&m,(unsigned char*)&curr_pid,sizeof curr_pid);
 393                         curr_pid = 0;
 394                         }
 395 #endif
 396                 MD_Update(&m,&(local_md[MD_DIGEST_LENGTH/2]),MD_DIGEST_LENGTH/2);
 397                 MD_Update(&m,(unsigned char *)&(md_c[0]),sizeof(md_c));
 398 #ifndef PURIFY
 399                 MD_Update(&m,buf,j); /* purify complains */
 400 #endif
 401                 k=(st_idx+j)-st_num;
 402                 if (k > 0)
 403                         {
 404                         MD_Update(&m,&(state[st_idx]),j-k);
 405                         MD_Update(&m,&(state[0]),k);
 406                         }
 407                 else
 408                         MD_Update(&m,&(state[st_idx]),j);
 409                 MD_Final(local_md,&m);
 410
 411                 for (i=0; i<j; i++)
 412                         {
 413                         state[st_idx++]^=local_md[i]; /* may compete with other threads */
 414                         *(buf++)=local_md[i+MD_DIGEST_LENGTH/2];
 415                         if (st_idx >= st_num)
 416                                 st_idx=0;
 417                         }
 418                 }
 419
 420         MD_Init(&m);
 421         MD_Update(&m,(unsigned char *)&(md_c[0]),sizeof(md_c));
 422         MD_Update(&m,local_md,MD_DIGEST_LENGTH);
 423         CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
 424         MD_Update(&m,md,MD_DIGEST_LENGTH);
 425         MD_Final(md,&m);
 426         CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
 427
 428         memset(&m,0,sizeof(m));
 429         }
 430
 431 #ifdef WINDOWS
 432 #include <windows.h>
 433 #include <openssl/rand.h>
 434
 435 /*****************************************************************************
 436  * Initialisation function for the SSL random generator.  Takes the contents
 437  * of the screen as random seed.
 438  *
 439  * Created 960901 by Gertjan van Oosten, gertjan@West.NL, West Consulting B.V.
 440  *
 441  * Code adapted from
 442  * <URL:http://www.microsoft.com/kb/developr/win_dk/q97193.htm>;
 443  * the original copyright message is:
 444  *
 445  *   (C) Copyright Microsoft Corp. 1993.  All rights reserved.
 446  *
 447  *   You have a royalty-free right to use, modify, reproduce and
 448  *   distribute the Sample Files (and/or any modified version) in
 449  *   any way you find useful, provided that you agree that
 450  *   Microsoft has no warranty obligations or liability for any
 451  *   Sample Application Files which are modified.
 452  */
 453 /*
 454  * I have modified the loading of bytes via RAND_seed() mechanism since
 455  * the origional would have been very very CPU intensive since RAND_seed()
 456  * does an MD5 per 16 bytes of input.  The cost to digest 16 bytes is the same
 457  * as that to digest 56 bytes.  So under the old system, a screen of
 458  * 1024*768*256 would have been CPU cost of approximatly 49,000 56 byte MD5
 459  * digests or digesting 2.7 mbytes.  What I have put in place would
 460  * be 48 16k MD5 digests, or efectivly 48*16+48 MD5 bytes or 816 kbytes
 461  * or about 3.5 times as much.
 462  * - eric
 463  */
 464 void RAND_screen(void)
 465 {
 466   HDC           hScrDC;         /* screen DC */
 467   HDC           hMemDC;         /* memory DC */
 468   HBITMAP       hBitmap;        /* handle for our bitmap */
 469   HBITMAP       hOldBitmap;     /* handle for previous bitmap */
 470   BITMAP        bm;             /* bitmap properties */
 471   unsigned int  size;           /* size of bitmap */
 472   char          *bmbits;        /* contents of bitmap */
 473   int           w;              /* screen width */
 474   int           h;              /* screen height */
 475   int           y;              /* y-coordinate of screen lines to grab */
 476   int           n = 16;         /* number of screen lines to grab at a time */
 477
 478   /* Create a screen DC and a memory DC compatible to screen DC */
 479   hScrDC = CreateDC("DISPLAY", NULL, NULL, NULL);
 480   hMemDC = CreateCompatibleDC(hScrDC);
 481
 482   /* Get screen resolution */
 483   w = GetDeviceCaps(hScrDC, HORZRES);
 484   h = GetDeviceCaps(hScrDC, VERTRES);
 485
 486   /* Create a bitmap compatible with the screen DC */
 487   hBitmap = CreateCompatibleBitmap(hScrDC, w, n);
 488
 489   /* Select new bitmap into memory DC */
 490   hOldBitmap = SelectObject(hMemDC, hBitmap);
 491
 492   /* Get bitmap properties */
 493   GetObject(hBitmap, sizeof(BITMAP), (LPSTR)&bm);
 494   size = (unsigned int)bm.bmWidthBytes * bm.bmHeight * bm.bmPlanes;
 495
 496   bmbits = Malloc(size);
 497   if (bmbits) {
 498     /* Now go through the whole screen, repeatedly grabbing n lines */
 499     for (y = 0; y < h-n; y += n)
 500         {
 501         unsigned char md[MD_DIGEST_LENGTH];
 502
 503         /* Bitblt screen DC to memory DC */
 504         BitBlt(hMemDC, 0, 0, w, n, hScrDC, 0, y, SRCCOPY);
 505
 506         /* Copy bitmap bits from memory DC to bmbits */
 507         GetBitmapBits(hBitmap, size, bmbits);
 508
 509         /* Get the MD5 of the bitmap */
 510         MD(bmbits,size,md);
 511
 512         /* Seed the random generator with the MD5 digest */
 513         RAND_seed(md, MD_DIGEST_LENGTH);
 514         }
 515
 516     Free(bmbits);
 517   }
 518
 519   /* Select old bitmap back into memory DC */
 520   hBitmap = SelectObject(hMemDC, hOldBitmap);
 521
 522   /* Clean up */
 523   DeleteObject(hBitmap);
 524   DeleteDC(hMemDC);
 525   DeleteDC(hScrDC);
 526 }
 527 #endif