random

ИМЯ

random, urandom - ядерные устройства-источники случайных чисел

СИНТАКСИС

#include <linux/random.h>

int ioctl(fd, RNDrequest, param);

ОПИСАНИЕ

Специальные символьные файлы /dev/random и /dev/urandom (появились в Linux 1.3.30) предоставляют интерфейс к генератору случайных чисел, встроенному в ядро. Файл /dev/random имеет старший номер устройства 1 и младший номер устройства 8. Файл /dev/urandom имеет старший номер устройства 1 и младший номер устройства 9. Генератор случайных чисел собирает окружающий шум от работы драйверов устройств и из других источников в пул энтропии. Генератор также постоянно оценивает количество битов шума в пуле энтропии. Именно с помощью этого пула создаются случайные числа. В Linux 3.17 и новее предоставляется более простой и безопасный интерфейс getrandom(2), который не требует специальных файлов; смотрите справочную страницу getrandom(2). При чтении из устройства /dev/urandom возвращаются произвольные байты, полученные из генератора псевдослучайных чисел, инициализированного из пула энтропии. Чтение из этого устройства не приводит к блокировке (то есть, ЦП не отдаёт управление), но может вызвать заметную задержку при запросе большого количества данных. При чтении во время начальной загрузки ОС /dev/urandom может возвращать данные до инициализации пула энтропии. Если это неприемлемо для приложения, используйте getrandom(2) или /dev/random. Устройство /dev/random является устаревшим интерфейсом, который относится ко времени времени, когда криптографическим примитивам, используемым в реализации /dev/urandom, не очень не доверяли. Интерфейс возвращает произвольные байты только с подсчитанным количеством бит свежего шума в пуле энтропии, блокируя работу при необходимости. Устройство /dev/random подходит для приложений, которым нужна произвольность высокого качества и без проблем относятся к задержкам на неопределённое время. When the entropy pool is empty, reads from /dev/random will block until additional environmental noise is gathered. Since Linux 5.6, the O_NONBLOCK flag is ignored as /dev/random will no longer block except during early boot process. In earlier versions, if open(2) is called for /dev/random with the O_NONBLOCK flag, a subsequent read(2) will not block if the requested number of bytes is not available. Instead, the available bytes are returned. If no byte is available, read(2) will return -1 and errno will be set to EAGAIN. При открытии /dev/urandom флаг O_NONBLOCK не учитывается. При вызове read(2) для устройства /dev/urandom чтение до 256 байт вернёт запрошенное количество байт и не будет прервано обработчиком сигнала. Чтение с буфером больше ограничения может вернуть количество байт меньше запрошенного или завершиться ошибкой EINTR при прерывании обработчиком сигнала. Since Linux 3.16, a read(2) from /dev/urandom will return at most 32 MB. A read(2) from /dev/random will return at most 512 bytes (340 bytes before Linux 2.6.12). При записи в /dev/random или /dev/urandom выполняется обновление пула энтропии записываемыми данными, но при этом не увеличивается счётчик энтропии. Это означает, что изменения отразятся в обоих файлах, но это не ускорит процесс чтения из /dev/random.

Использование

Интерфейс /dev/random считается устаревшим, во всех случаях предпочтительно использовать /dev/urandom; исключением являются приложения, которым нужны произвольные байты во время загрузки системы; в таких приложениях нужно использовать getrandom(2), так как этот вызов выполняет блокировку для ожидания наполнения пула энтропии. If a seed file is saved across reboots as recommended below, the output is cryptographically secure against attackers without local root access as soon as it is reloaded in the boot sequence, and perfectly adequate for network encryption session keys. (All major Linux distributions have saved the seed file across reboots since 2000 at least.) Since reads from /dev/random may block, users will usually want to open it in nonblocking mode (or perform a read with timeout), and provide some sort of user notification if the desired entropy is not immediately available.

Настройка

Если в системе нет /dev/random и /dev/urandom, то их можно создать следующими командами:

mknod -m 666 /dev/random c 1 8
mknod -m 666 /dev/urandom c 1 9
chown root:root /dev/random /dev/urandom

Когда Linux-система запускается без участия человека, пул энтропии может оказаться в довольно предсказуемом состоянии. Это снижает значимый объём шума в пуле энтропии ниже оцениваемого. Для преодоления этого эффекта можно сохранять информацию пула энтропии во время выключения и восстанавливать во время запуска системы. Для этого добавьте строки в сценарий, который выполняется при запуске Linux-системы:

echo "Инициализация генератора случайных чисел…"
random_seed=/var/run/random-seed
#  перенос случайного начального числа от запуска к запуску
# загрузка и сохранение всего пула энтропии
if [ -f $random_seed ]; then
    cat $random_seed >/dev/urandom
else
    touch $random_seed
fi
chmod 600 $random_seed
poolfile=/proc/sys/kernel/random/poolsize
[ -r $poolfile ] && bits=$(cat $poolfile) || bits=4096
bytes=$(expr $bits / 8)
dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=$bytes

Также добавьте следующие строки в сценарий, который выполняется при завершении работы Linux-системы:

# перенос случайного начального числа от выключения до запуска
# сохранение всего пула энтропии
echo "Сохранение случайного начального числа…"
random_seed=/var/run/random-seed
touch $random_seed
chmod 600 $random_seed
poolfile=/proc/sys/kernel/random/poolsize
[ -r $poolfile ] && bits=$(cat $poolfile) || bits=4096
bytes=$(expr $bits / 8)
dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=$bytes

В примерах выше мы предполагаем, что используется ядро Linux 2.6.0 или новее, в котором /proc/sys/kernel/random/poolsize содержит размер пула энтропии в битах (смотрите ниже).

Интерфейс /proc

The files in the directory /proc/sys/kernel/random (present since Linux 2.3.16) provide additional information about the /dev/random device:

entropy_avail

Файл доступен только для чтения и показывает количество бит доступной энтропии. Данное число находится в диапазоне от 0 до 4096.

poolsize

Файл содержит размер пула энтропии. Формат файла зависит от версии ядра:

read_wakeup_threshold

В файле содержится количество бит энтропии, требуемое для пробуждения процессов, которые спят в ожидании энтропии из /dev/random. Значение по умолчанию равно 64.

write_wakeup_threshold

В файле содержится количество бит энтропии, менее которого мы пробуждаем процессы, которые выполнили вызовы select(2) или poll(2) для ожидания записи в /dev/random. Эти значения можно изменить, записав новые числа в эти файлы.

uuid и boot_id

Эти файлы, доступные только для чтения, содержат произвольные строки вида 6fd5a44b-35f4-4ad4-a9b9-6b9be13e1fe9. Значение первого генерируется заново при каждом чтении, а значение второго генерируется только один раз.

_ioctl(2)">81_ioctl(2)">Интерфейс ioctl(2)

Для файловых дескрипторов, соединённых с файлами /dev/random и /dev/urandom, определены запросы ioctl(2), перечисленные ниже. Все выполняемые запросы обращаются к входному пулу энтропии, который относится к и к /dev/random, и к /dev/urandom. Для выполнения всех запросов (кроме RNDGETENTCNT) требуется мандат CAP_SYS_ADMIN.

RNDGETENTCNT

Возвращает счётчик энтропии входного пула, возвращается содержимое из файла entropy_avail в proc. Результат сохраняется в int, указанный в параметре.

RNDADDTOENTCNT

Увеличивает или уменьшает счётчик энтропии входного пула на значение аргумента.

RNDGETPOOL

Удалён из Linux 2.6.9.

RNDADDENTROPY

Вносит дополнительную энтропию во входной пул, увеличивая счётчик энтропии. Запись в /dev/random или /dev/urandom добавляет только данные, но не увеличивает счётчик энтропии (в этом отличие). Используется следующая структура:

struct rand_pool_info {
    int    entropy_count;
    int    buf_size;
    __u32  buf[0];
};
    

Здесь entropy_count — добавляемое (или вычитаемое) значение к счётчику энтропии, а buf — буфер с размером buf_size, из которого в пул энтропии добавляются данные.

RNDZAPENTCNT, RNDCLEARPOOL

Обнуляет счётчики всех пулов и добавляет в них некоторые системные данные (такие как время).

ФАЙЛЫ

/dev/random /dev/urandom

ЗАМЕЧАНИЯ

Обзор и сравнение возможных интерфейсов, через которые можно получать случайные данные, смотрите в random(7).

ДЕФЕКТЫ

Во время начальной загрузки ОС чтение из /dev/urandom может возвращать данные до инициализации пула энтропии.

СМ. ТАКЖЕ

mknod(1), getrandom(2), random(7) RFC 1750, "Randomness Recommendations for Security"

ПЕРЕВОД

Русский перевод этой страницы руководства был сделан aereiae <[email protected]>, Azamat Hackimov <[email protected]>, Dmitriy S. Seregin <[email protected]>, Katrin Kutepova <[email protected]>, Lockal <[email protected]>, Yuri Kozlov <[email protected]>, Баринов Владимир и Иван Павлов <[email protected]> Этот перевод является бесплатной документацией; прочитайте Стандартную общественную лицензию GNU версии 3 или более позднюю, чтобы узнать об условиях авторского права. Мы не несем НИКАКОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ. Если вы обнаружите ошибки в переводе этой страницы руководства, пожалуйста, отправьте электронное письмо на [email protected]