src/util/crypto_random.c

   1 /*
   2      This file is part of GNUnet.  Copyright (C) 2001-2014 Christian Grothoff
   3      (and other contributing authors)
   4
   5      GNUnet is free software; you can redistribute it and/or modify
   6      it under the terms of the GNU General Public License as published
   7      by the Free Software Foundation; either version 3, or (at your
   8      option) any later version.
   9
  10      GNUnet is distributed in the hope that it will be useful, but
  11      WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12      MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  13      General Public License for more details.
  14
  15      You should have received a copy of the GNU General Public License
  16      along with GNUnet; see the file COPYING.  If not, write to the
  17      Free Software Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor,
  18      Boston, MA 02110-1301, USA.
  19
  20 */
  21
  22 /**
  23  * @file util/crypto_random.c
  24  * @brief functions to gather random numbers
  25  * @author Christian Grothoff
  26  */
  27 #include "platform.h"
  28 #include "gnunet_crypto_lib.h"
  29 #include <gcrypt.h>
  30
  31 #define LOG(kind,...) GNUNET_log_from (kind, "util-crypto-random", __VA_ARGS__)
  32
  33 #define LOG_STRERROR(kind,syscall) GNUNET_log_from_strerror (kind, "util-crypto-random", syscall)
  34
  35
  36 /* TODO: ndurner, move this to plibc? */
  37 /* The code is derived from glibc, obviously */
  38 #if !HAVE_RANDOM || !HAVE_SRANDOM
  39 #ifdef RANDOM
  40 #undef RANDOM
  41 #endif
  42 #ifdef SRANDOM
  43 #undef SRANDOM
  44 #endif
  45 #define RANDOM() glibc_weak_rand32()
  46 #define SRANDOM(s) glibc_weak_srand32(s)
  47 #if defined(RAND_MAX)
  48 #undef RAND_MAX
  49 #endif
  50 #define RAND_MAX 0x7fffffff /* Hopefully this is correct */
  51
  52
  53 static int32_t glibc_weak_rand32_state = 1;
  54
  55
  56 void
  57 glibc_weak_srand32 (int32_t s)
  58 {
  59   glibc_weak_rand32_state = s;
  60 }
  61
  62
  63 int32_t
  64 glibc_weak_rand32 ()
  65 {
  66   int32_t val = glibc_weak_rand32_state;
  67
  68   val = ((glibc_weak_rand32_state * 1103515245) + 12345) & 0x7fffffff;
  69   glibc_weak_rand32_state = val;
  70   return val;
  71 }
  72 #endif
  73
  74 /**
  75  * Create a cryptographically weak pseudo-random number in the interval of 0 to 1.
  76  *
  77  * @return number between 0 and 1.
  78  */
  79 static double
  80 get_weak_random ()
  81 {
  82   return ((double) RANDOM () / RAND_MAX);
  83 }
  84
  85
  86 /**
  87  * Seed a weak random generator. Only #GNUNET_CRYPTO_QUALITY_WEAK-mode generator
  88  * can be seeded.
  89  *
  90  * @param seed the seed to use
  91  */
  92 void
  93 GNUNET_CRYPTO_seed_weak_random (int32_t seed)
  94 {
  95   SRANDOM (seed);
  96 }
  97
  98
  99 /**
 100  * @ingroup crypto
 101  * Fill block with a random values.
 102  *
 103  * @param mode desired quality of the random number
 104  * @param buffer the buffer to fill
 105  * @param length buffer length
 106  */
 107 void
 108 GNUNET_CRYPTO_random_block (enum GNUNET_CRYPTO_Quality mode, void *buffer, size_t length)
 109 {
 110 #ifdef gcry_fast_random_poll
 111   static unsigned int invokeCount;
 112 #endif
 113   switch (mode)
 114   {
 115   case GNUNET_CRYPTO_QUALITY_STRONG:
 116     /* see http://lists.gnupg.org/pipermail/gcrypt-devel/2004-May/000613.html */
 117 #ifdef gcry_fast_random_poll
 118     if ((invokeCount++ % 256) == 0)
 119       gcry_fast_random_poll ();
 120 #endif
 121     gcry_randomize (buffer, length, GCRY_STRONG_RANDOM);
 122     return;
 123   case GNUNET_CRYPTO_QUALITY_NONCE:
 124     gcry_create_nonce (buffer, length);
 125     return;
 126   case GNUNET_CRYPTO_QUALITY_WEAK:
 127     /* see http://lists.gnupg.org/pipermail/gcrypt-devel/2004-May/000613.html */
 128 #ifdef gcry_fast_random_poll
 129     if ((invokeCount++ % 256) == 0)
 130       gcry_fast_random_poll ();
 131 #endif
 132     gcry_randomize (buffer, length, GCRY_WEAK_RANDOM);
 133     return;
 134   default:
 135     GNUNET_assert (0);
 136   }
 137 }
 138
 139
 140 /**
 141  * Produce a random unsigned 32-bit number modulo @a i.
 142  *
 143  * @param mode desired quality of the random number
 144  * @param i the upper limit (exclusive) for the random number
 145  * @return a random value in the interval [0,i[.
 146  */
 147 uint32_t
 148 GNUNET_CRYPTO_random_u32 (enum GNUNET_CRYPTO_Quality mode,
 149                           uint32_t i)
 150 {
 151 #ifdef gcry_fast_random_poll
 152   static unsigned int invokeCount;
 153 #endif
 154   uint32_t ret;
 155   uint32_t ul;
 156
 157   GNUNET_assert (i > 0);
 158
 159   switch (mode)
 160   {
 161   case GNUNET_CRYPTO_QUALITY_STRONG:
 162     /* see http://lists.gnupg.org/pipermail/gcrypt-devel/2004-May/000613.html */
 163 #ifdef gcry_fast_random_poll
 164     if ((invokeCount++ % 256) == 0)
 165       gcry_fast_random_poll ();
 166 #endif
 167     ul = UINT32_MAX - (UINT32_MAX % i);
 168     do
 169     {
 170       gcry_randomize ((unsigned char *) &ret, sizeof (uint32_t),
 171                       GCRY_STRONG_RANDOM);
 172     }
 173     while (ret >= ul);
 174     return ret % i;
 175   case GNUNET_CRYPTO_QUALITY_NONCE:
 176     ul = UINT32_MAX - (UINT32_MAX % i);
 177     do
 178     {
 179       gcry_create_nonce (&ret, sizeof (ret));
 180     }
 181     while (ret >= ul);
 182     return ret % i;
 183   case GNUNET_CRYPTO_QUALITY_WEAK:
 184     ret = i * get_weak_random ();
 185     if (ret >= i)
 186       ret = i - 1;
 187     return ret;
 188   default:
 189     GNUNET_assert (0);
 190   }
 191   return 0;
 192 }
 193
 194
 195 /**
 196  * Get an array with a random permutation of the
 197  * numbers 0...n-1.
 198  * @param mode #GNUNET_RANDOM_QUALITY_STRONG if the strong (but expensive)
 199  *        PRNG should be used, #GNUNET_RANDOM_QUALITY_WEAK otherwise
 200  * @param n the size of the array
 201  * @return the permutation array (allocated from heap)
 202  */
 203 unsigned int *
 204 GNUNET_CRYPTO_random_permute (enum GNUNET_CRYPTO_Quality mode,
 205                               unsigned int n)
 206 {
 207   unsigned int *ret;
 208   unsigned int i;
 209   unsigned int tmp;
 210   uint32_t x;
 211
 212   GNUNET_assert (n > 0);
 213   ret = GNUNET_malloc (n * sizeof (unsigned int));
 214   for (i = 0; i < n; i++)
 215     ret[i] = i;
 216   for (i = n - 1; i > 0; i--)
 217   {
 218     x = GNUNET_CRYPTO_random_u32 (mode, i + 1);
 219     tmp = ret[x];
 220     ret[x] = ret[i];
 221     ret[i] = tmp;
 222   }
 223   return ret;
 224 }
 225
 226
 227 /**
 228  * Generate random unsigned 64-bit value.
 229  *
 230  * @param mode desired quality of the random number
 231  * @param max value returned will be in range [0,max) (exclusive)
 232  * @return random 64-bit number
 233  */
 234 uint64_t
 235 GNUNET_CRYPTO_random_u64 (enum GNUNET_CRYPTO_Quality mode, uint64_t max)
 236 {
 237   uint64_t ret;
 238   uint64_t ul;
 239
 240   GNUNET_assert (max > 0);
 241   switch (mode)
 242   {
 243   case GNUNET_CRYPTO_QUALITY_STRONG:
 244     ul = UINT64_MAX - (UINT64_MAX % max);
 245     do
 246     {
 247       gcry_randomize ((unsigned char *) &ret, sizeof (uint64_t),
 248                       GCRY_STRONG_RANDOM);
 249     }
 250     while (ret >= ul);
 251     return ret % max;
 252   case GNUNET_CRYPTO_QUALITY_NONCE:
 253     ul = UINT64_MAX - (UINT64_MAX % max);
 254     do
 255     {
 256       gcry_create_nonce (&ret, sizeof (ret));
 257     }
 258     while (ret >= ul);
 259
 260     return ret % max;
 261   case GNUNET_CRYPTO_QUALITY_WEAK:
 262     ret = max * get_weak_random ();
 263     if (ret >= max)
 264       ret = max - 1;
 265     return ret;
 266   default:
 267     GNUNET_assert (0);
 268   }
 269   return 0;
 270 }
 271
 272
 273 /**
 274  * Initialize libgcrypt.
 275  */
 276 void __attribute__ ((constructor))
 277 GNUNET_CRYPTO_random_init ()
 278 {
 279   gcry_error_t rc;
 280
 281   if (! gcry_check_version (NEED_LIBGCRYPT_VERSION))
 282   {
 283     FPRINTF (stderr,
 284              _("libgcrypt has not the expected version (version %s is required).\n"),
 285              NEED_LIBGCRYPT_VERSION);
 286     GNUNET_assert (0);
 287   }
 288   if ((rc = gcry_control (GCRYCTL_DISABLE_SECMEM, 0)))
 289     FPRINTF (stderr,
 290              "Failed to set libgcrypt option %s: %s\n",
 291              "DISABLE_SECMEM",
 292              gcry_strerror (rc));
 293   /* Otherwise gnunet-ecc takes forever to complete, besides
 294      we are fine with "just" using GCRY_STRONG_RANDOM */
 295   if ((rc = gcry_control (GCRYCTL_ENABLE_QUICK_RANDOM, 0)))
 296     FPRINTF (stderr,
 297              "Failed to set libgcrypt option %s: %s\n",
 298              "ENABLE_QUICK_RANDOM",
 299              gcry_strerror (rc));
 300   gcry_control (GCRYCTL_INITIALIZATION_FINISHED, 0);
 301   gcry_fast_random_poll ();
 302   GNUNET_CRYPTO_seed_weak_random (time (NULL) ^
 303                                   GNUNET_CRYPTO_random_u32
 304                                   (GNUNET_CRYPTO_QUALITY_NONCE, UINT32_MAX));
 305 }
 306
 307
 308 /**
 309  * Nicely shut down libgcrypt.
 310  */
 311 void __attribute__ ((destructor))
 312 GNUNET_CRYPTO_random_fini ()
 313 {
 314   gcry_set_progress_handler (NULL, NULL);
 315 #ifdef GCRYCTL_CLOSE_RANDOM_DEVICE
 316   (void) gcry_control (GCRYCTL_CLOSE_RANDOM_DEVICE, 0);
 317 #endif
 318 }
 319
 320
 321
 322 /* end of crypto_random.c */