chiark / gitweb /
Initial import.
[catacomb] / noise.c
1 /* -*-c-*-
2  *
3  * $Id: noise.c,v 1.1 1999/09/03 08:41:12 mdw Exp $
4  *
5  * Acquisition of environmental noise (Unix specific)
6  *
7  * (c) 1998 Straylight/Edgeware
8  */
9
10 /*----- Licensing notice --------------------------------------------------* 
11  *
12  * This file is part of Catacomb.
13  *
14  * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
15  * it under the terms of the GNU Library General Public License as
16  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
17  * License, or (at your option) any later version.
18  * 
19  * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
20  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
21  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
22  * GNU Library General Public License for more details.
23  * 
24  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
25  * License along with Catacomb; if not, write to the Free
26  * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
27  * MA 02111-1307, USA.
28  */
29
30 /*----- Revision history --------------------------------------------------* 
31  *
32  * $Log: noise.c,v $
33  * Revision 1.1  1999/09/03 08:41:12  mdw
34  * Initial import.
35  *
36  */
37
38 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
39
40 #ifdef HAVE_CONFIG_H
41 #  include "config.h"
42 #endif
43
44 #include <stdio.h>
45 #include <string.h>
46 #include <signal.h>
47
48 #include <sys/types.h>
49 #include <sys/time.h>
50 #include <sys/wait.h>
51
52 #include <fcntl.h>
53 #include <unistd.h>
54
55 #ifdef HAVE_SETGROUPS
56 #  include <grp.h>
57 #endif
58
59 #include <mLib/bits.h>
60 #include <mLib/tv.h>
61
62 #include "noise.h"
63 #include "paranoia.h"
64 #include "rand.h"
65
66 /*----- Magical numbers ---------------------------------------------------*/
67
68 #define NOISE_KIDLIFE 100000            /* @noise_filter@ child lifetime */
69 #define MILLION 1000000                 /* One million */
70
71 /*----- Noise source definition -------------------------------------------*/
72
73 rand_source noise_source = { noise_acquire, noise_timer };
74
75 /*----- Static variables --------------------------------------------------*/
76
77 /* --- Timer differences --- */
78
79 static unsigned long noise_last;        /* Last time recorded */
80 static unsigned long noise_diff;        /* Last first order difference */
81
82 /* --- Setuid program handling --- */
83
84 static uid_t noise_uid;                 /* Uid to set to spawn processes */
85 static gid_t noise_gid;                 /* Gid to set to spawn processes */
86
87 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
88
89 /* --- @bitcount@ --- *
90  *
91  * Arguments:   @unsigned long x@ = a word containing bits
92  *
93  * Returns:     The number of bits set in the word.
94  */
95
96 static int bitcount(unsigned long x)
97 {
98   char ctab[] = { 0, 1, 1, 2, 1, 2, 2, 3,
99                   1, 2, 2, 3, 2, 3, 3, 4 };
100   int count = 0;
101   while (x) {
102     count += ctab[x & 0xfu];
103     x >>= 4;
104   }
105   return (count);
106 }
107
108 /* --- @timer@ --- *
109  *
110  * Arguments:   @rand_pool *r@ = pointer to randomness pool
111  *              @struct timeval *tv@ = pointer to time block
112  *
113  * Returns:     Nonzer if some randomness was contributed.
114  *
115  * Use:         Low-level timer contributor.
116  */
117
118 static int timer(rand_pool *r, struct timeval *tv)
119 {
120   unsigned long x, d, dd;
121   int de, dde;
122   int ret;
123   
124   x = tv->tv_usec + MILLION * tv->tv_sec;
125   d = x ^ noise_last;
126   dd = d ^ noise_diff;
127   noise_diff = d;
128   de = bitcount(d);
129   dde = bitcount(dd);
130   rand_add(r, tv, sizeof(*tv), de <= dde ? de : dde);
131   ret = (de || dde);
132   BURN(tv); x = d = dd = de = dde = 0;
133   return (ret);
134 }
135
136 /* --- @noise_timer@ --- *
137  *
138  * Arguments:   @rand_pool *r@ = pointer to a randomness pool
139  *
140  * Returns:     Nonzero if some randomness was contributed.
141  *
142  * Use:         Contributes the current time to the randomness pool.
143  *              A guess at the number of useful bits contributed is made,
144  *              based on first and second order bit differences.  This isn't
145  *              ever-so reliable, but it's better than nothing.
146  */
147
148 int noise_timer(rand_pool *r)
149 {
150   struct timeval tv;
151   gettimeofday(&tv, 0);
152   return (timer(r, &tv));
153 }
154
155 /* --- @noise_devrandom@ --- *
156  *
157  * Arguments:   @rand_pool *r@ = pointer to a randomness pool
158  *
159  * Returns:     Nonzero if some randomness was contributed.
160  *
161  * Use:         Attempts to obtain some randomness from the system entropy
162  *              pool.  All bits from the device are assumed to be good.
163  */
164
165 int noise_devrandom(rand_pool *r)
166 {
167   int fd;
168   octet buf[RAND_POOLSZ];
169   ssize_t len;
170   int ret = 0;
171
172   /* --- Be nice to other clients of the random device --- *
173    *
174    * Attempt to open the device nonblockingly.  If that works, take up to
175    * one bufferful and then close again.  If there's no data to be read,
176    * then that's tough and we go away again, on the grounds that the device
177    * needs to get some more entropy from somewhere.
178    */
179
180   if ((fd = open("/dev/random", O_RDONLY | O_NONBLOCK)) >= 0) {
181     if ((len = read(fd, buf, sizeof(buf))) > 0) {
182       rand_add(r, buf, len, len * 8);
183       BURN(buf);
184       ret = 1;
185     }
186     close(fd);
187   }
188   noise_timer(r);
189   return (ret);
190 }
191
192 /* --- @noise_setid@ --- *
193  *
194  * Arguments:   @uid_t uid@ = uid to set
195  *              @gid_t gid@ = gid to set
196  *
197  * Returns:     ---
198  *
199  * Use:         Sets the user and group ids to be used by @noise_filter@
200  *              when running child processes.  This is useful to avoid
201  *              giving shell commands (even carefully written ones) undue
202  *              privileges.
203  */
204
205 void noise_setid(uid_t uid, gid_t gid)
206 {
207   noise_uid = uid;
208   noise_gid = gid;
209 }
210
211 /* --- @noise_filter@ --- *
212  *
213  * Arguments:   @rand_pool *r@ = pointer to a randomness pool
214  *              @int good@ = number of good bits per 1024 bits
215  *              @const char *c@ = shell command to run
216  *
217  * Returns:     Nonzero if some randomness was contributed.
218  *
219  * Use:         Attempts to execute a shell command, and dump it into the
220  *              randomness pool.  A very rough estimate of the number of
221  *              good bits is made, based on the size of the command's output.
222  *              This function calls @waitpid@, so be careful.  Before execing
223  *              the command, the process uid and gid are set to the values
224  *              given to @noise_setid@, and an attempt is made to reset the
225  *              list of supplementary groups.  The environment passed to
226  *              the command has been severly lobotimized.  If the command
227  *              fails to complete within a short time period, it is killed.
228  *              Paranoid use of close-on-exec flags for file descriptors is
229  *              recommended.
230  */
231
232 int noise_filter(rand_pool *r, int good, const char *c)
233 {
234   char buf[4096];
235   pid_t kid;
236   int fd[2];
237   struct timeval dead;
238   int ret = 0;
239   const char *env[] = {
240     "PATH=/bin:/usr/bin:/sbin:/usr/sbin:/etc",
241     0
242   };
243
244   /* --- Remember when this business started --- */
245
246   gettimeofday(&dead, 0);
247   timer(r, &dead);
248
249   /* --- Create a pipe --- */
250
251   if (pipe(fd))
252     return (ret);
253
254   /* --- Fork a child off --- */
255
256   kid = fork();
257   if (kid < 0) {
258     close(fd[0]);
259     close(fd[1]);
260     return (ret);
261   }
262
263   /* --- Handle the child end of the deal --- */
264
265   fflush(0);
266   if (kid == 0) {
267     int f;
268
269     /* --- Set the pipe as standard output, close standard input --- */
270
271     close(0); close(1); close(2);
272
273     if (fd[1] != 1) {
274       if (dup2(fd[1], 1) < 0) _exit(127);
275       close(fd[1]);
276     }
277
278     if ((f = open("/dev/null", O_RDONLY)) != 0 ||
279         (f = open("/dev/null", O_WRONLY)) != 2)
280       _exit(127);
281
282     /* --- Play games with uids --- */
283
284     if (noise_gid != NOISE_NOSETGID) {
285       setgid(noise_gid);
286       setegid(noise_gid);
287 #ifdef HAVE_SETGROUPS
288       setgroups(1, &noise_gid);
289 #endif
290     }
291
292     if (noise_uid != NOISE_NOSETUID) {
293       setuid(noise_uid);
294       seteuid(noise_uid);
295     }
296
297     /* --- Start the process up --- */
298
299     execle("/bin/sh", "-c", c, (char *)0, env);
300     _exit(127);
301   }
302
303   /* --- Sort out my end of the deal --- */
304
305   close(fd[1]);
306
307   /* --- Decide on the deadline --- */
308
309   TV_ADDL(&dead, &dead, 0, NOISE_KIDLIFE);
310
311   /* --- Now read, and think --- */
312
313   for (;;) {
314     struct timeval now, diff;
315     fd_set rd;
316
317     gettimeofday(&now, 0);
318     timer(r, &now);
319     if (TV_CMP(&now, >, &dead))
320       break;
321     TV_SUB(&diff, &dead, &now);
322
323     FD_ZERO(&rd);
324     FD_SET(fd[0], &rd);
325
326     if (select(fd[0] + 1, &rd, 0, 0, &diff) < 0)
327       break;
328     if (FD_ISSET(fd[0], &rd)) {
329       ssize_t sz;
330       int goodbits;
331
332       if ((sz = read(fd[0], buf, sizeof(buf))) <= 0)
333         break;
334       goodbits = (sz * good) / 128;
335       rand_add(r, buf, sz, goodbits);
336       ret = 1;
337     }
338   }
339
340   /* --- We've finished with it: kill the child process --- *
341    *
342    * This is morally questionable.  On the other hand, I don't want to be
343    * held up in the @waitpid@ call if I can possibly help it.  Maybe a
344    * double-fork is worth doing here.
345    */
346
347   close(fd[0]);
348   BURN(buf);
349   noise_timer(r);
350   kill(kid, SIGKILL);
351   waitpid(kid, 0, 0);
352   return (ret);
353 }
354
355 /* --- @noise_acquire@ --- *
356  *
357  * Arguments:   @rand_pool *r@ = pointer to a randomness pool
358  *
359  * Returns:     ---
360  *
361  * Use:         Acquires some randomness from somewhere.
362  */
363
364 void noise_acquire(rand_pool *r)
365 {
366   if (!noise_devrandom(r)) {
367
368     /* --- Output of `ps' --- *
369      *
370      * This is a hopefully cheap way of getting a bit of noise.  I'm guessing
371      * the good bit ratio based on about 90 bytes per line of output, and
372      * each line containing maybe 12 bits worth of interesting data.  (Some
373      * quick experiments with gzip seem to bear this idea out.)  So, 12 good
374      * bits per 90 bytes of output gives slightly more than 17 good bits per
375      * 1024 bits of output.  So I'll be a pessimist and say 16 bits.
376      */
377
378     (void)
379       (noise_filter(r, 16, "ps alxww") ||
380        noise_filter(r, 16, "ps -elf"));
381
382     /* --- Output of `netstat' --- *
383      *
384      * Another possibly cheap way of getting noise.  My output has about
385      * 72 bytes per line of output.  My wild guesses are telling me that
386      * there are probably only about four good bits per line (gzip tells
387      * me there's six, but I want to underestimate).  Four bits per 72 bytes
388      * is 7 good bits per 1024 bits of output.  Pessimist that I am, I'll
389      * call it six.
390      */
391
392     noise_filter(r, 6, "netstat -n");
393   }
394 }
395
396 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/