关于随机数生成问题的新解决方案

关于随机数生成问题的新解决方案

之前遇到过一个Linux设备上由于随机数生成器运行过于缓慢，导致应用运行阻塞的问题，当时记录到了一篇文章JDBC Connection Reset问题分析。现在这个问题有了新的进展。

针对随机数生成速度不能满足应用需要的问题，在JDBC Connection Reset问题分析中记录的解决方法是不使用默认的随机数生成器

/dev/random

，换成

/dev/urandom

。依据我厂密码学专家小组的最新研究进展，这种作法并不安全，因此各产品需要进行整改。

从随机性和安全性的角度来说，Linux原生支持的

/dev/random

无疑是最好的选择，但这个设备最大的问题在于性能比较差，当应用对随机数的需求量比较大时，容易导致应用在获取随机数时被阻塞。而

/dev/urandom

则通过降低随机性和安全性，来保证性能。如下是测试数据。

# time dd if=/dev/random of=/dev/null ibs=40 count=50
记录了3+47 的读入
记录了1+1 的写出
667 bytes copied, 102.463 s, 0.0 kB/s

real    1m42.483s
user    0m0.000s
sys 0m0.000s
# time dd if=/dev/urandom of=/dev/null ibs=40 count=50
记录了50+0 的读入
记录了3+1 的写出
2000 bytes (2.0 kB, 2.0 KiB) copied, 0.000285104 s, 7.0 MB/s

real    0m0.002s
user    0m0.000s
sys 0m0.000s

从上述数据可以发现，如果单论随机数生成速度，相比于

/dev/urandom

，

/dev/random

的性能确实太差了。

整改的思路

限制随机数生成器的使用场景，仅用于生成种子，供其它随机数生成器来使用。

自行实现随机数生成器。

购买专业的随机数生成器设备，满足应用的需求。

加快随机数生成器生成随机数的速度。

关于思路一

这种思路看起来很美好，按照不同的使用场景，区别对待随机生成器的使用方法，但实际操作起来有困难。比如：
识别使用随机数生成器的代码的位置，以及关联的业务。在研产品和转维产品的代码量经过十几年的开发，代码量和复杂程度非常高，业务非常复杂，而明白人早已换过好几遍血，已经没有人可以讲清楚业务和代码。试问有谁愿意动手修改代码。

修改随机数使用方法，使用

/dev/random

生成的随机数作为种子，提供给其它随机数生成器使用。困难同上，另外其它随机数生成器的可靠性需要经过时间的检验，使用方法的正确性也需要时间的检验。

假如业务完成了修改，还要验证修改是否生效，是否可以满足安全的要求。考验开发、测试人员耐心的时刻来了，对于在网运行十几年的应用，构造业务场景还是很有挑战的工作。

综上，这条路其实不可行。

关于思路二

海外对随机数生成器和相关算法的要求非常高，自研的组件想要满足标准，成本非常高。不由得感叹下玩密码学研究的圈子太小众了，虽然我厂专家的文章可读性很高，但对于帮助我理解PRNG、DRBG等词汇还是没啥帮助。

当然了，根据我厂现有资料，一些大的平台软件确实提供了自研的随机数生成器。但是呢，存在各种各样的问题，比如使用不便或者性能不能满足要求等。作为产品的开发人员，抱平台的大腿是一种非常好的策略。但当平台提供的组件不能满足要求，或者抱不成大腿时，迫于安全风险的威胁和整改的压力，只能另选生路。

很不凑巧，Jakcie目前所在的产品没有大腿可抱，因而本思路不可行。

关于思路三

从专家给出的意见以及应用样例看，这个思路比较适合玩硬件的嵌入式产品，对于纯软件的业务来说，不太适合。因而本思路不可行。

关于思路四

绕了一圈，回到了原点。如何提高随机数生成器的输出速度呢？我厂密码学专家给出了另外一种思路，借助haveged - A simple entropy daemon，提高

/dev/random

生成随机数的性能。

根据同事在Suse 11 Sp2上测试的结果，本方法非常有效。Jackie现在使用的Ubuntu是当前最新的16.10，但很可惜没有安装这款软件，所以没法验证。

该思路的优点在于，产品的存量代码完全不需要修改，只需要启用haveged服务即可满足应用对随机数的需求，这样测试人员也不需要投入时间。当然了，这种思路在实际运行中还是有点问题，比如现网运行的Suse有很多版本比较低，没有安装haveged，那么其实无法享受haveged带来的便利。这需要让一线销售和服务想办法，尽快把操作系统的版本升级到高版本。

参考资料

/dev/random和/dev/urandom的一点备忘

/dev/random与/dev/urandom

Myths about /dev/urandom

/dev/urandom 不得不说的故事

读取 /dev/urandom or /dev/random 生成随机数

Pseudorandom number generator

Haveged

haveged - A simple entropy daemon

Is it appropriate to use haveged as a source of entropy on virtual machines?

How to add more entropy to improve cryptographic randomness on Linux

查看原文：http://www.jackieathome.net/archives/460.html