chiark / gitweb /
f01af65187d639e6c3cf5b71b0429b100e022f68
[catacomb] / rand / noise.c
1 /* -*-c-*-
2  *
3  * Acquisition of environmental noise (Unix-specific)
4  *
5  * (c) 1998 Straylight/Edgeware
6  */
7
8 /*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
9  *
10  * This file is part of Catacomb.
11  *
12  * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
13  * it under the terms of the GNU Library General Public License as
14  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
15  * License, or (at your option) any later version.
16  *
17  * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
20  * GNU Library General Public License for more details.
21  *
22  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
23  * License along with Catacomb; if not, write to the Free
24  * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
25  * MA 02111-1307, USA.
26  */
27
28 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
29
30 #include "config.h"
31
32 #include <errno.h>
33 #include <setjmp.h>
34 #include <signal.h>
35 #include <stdio.h>
36 #include <stdlib.h>
37 #include <string.h>
38
39 #include <sys/types.h>
40 #include <sys/time.h>
41 #include <sys/wait.h>
42
43 #include <fcntl.h>
44 #include <unistd.h>
45
46 #ifdef HAVE_SETGROUPS
47 #  include <grp.h>
48 #endif
49
50 #if defined(HAVE_LINUX_RANDOM_H)
51 #  include <linux/random.h>
52 #  include <sys/syscall.h>
53 #endif
54
55 #include <mLib/bits.h>
56 #include <mLib/mdup.h>
57 #include <mLib/sel.h>
58 #include <mLib/tv.h>
59
60 #include "noise.h"
61 #include "paranoia.h"
62 #include "rand.h"
63
64 /*----- Magical numbers ---------------------------------------------------*/
65
66 #define NOISE_KIDLIFE 100000            /* @noise_filter@ child lifetime */
67
68 #  define TIMESTRUCT timeval
69 #  define tv_SEC tv_sec
70 #  define tv_FRAC tv_usec
71 #  define TIMERES 1000000
72 #  define GETTIME(tv) (gettimeofday((tv), 0))
73 #  define TOTIMEVAL(tv, xx) (*(tv) = *(xx))
74
75 /*----- Noise source definition -------------------------------------------*/
76
77 const rand_source noise_source = { noise_acquire, noise_timer };
78
79 /*----- Static variables --------------------------------------------------*/
80
81 /* --- Timer differences --- */
82
83 static unsigned long noise_last;        /* Last time recorded */
84 static unsigned long noise_diff;        /* Last first order difference */
85
86 /* --- Setuid program handling --- */
87
88 static uid_t noise_uid = NOISE_NOSETUID; /* Uid to set to spawn processes */
89 static gid_t noise_gid = NOISE_NOSETGID; /* Gid to set to spawn processes */
90
91 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
92
93 /* --- @bitcount@ --- *
94  *
95  * Arguments:   @unsigned long x@ = a word containing bits
96  *
97  * Returns:     The number of bits set in the word.
98  */
99
100 static int bitcount(unsigned long x)
101 {
102   static const char ctab[] = { 0, 1, 1, 2, 1, 2, 2, 3,
103                                1, 2, 2, 3, 2, 3, 3, 4 };
104   int count = 0;
105   while (x) {
106     count += ctab[x & 0xfu];
107     x >>= 4;
108   }
109   return (count);
110 }
111
112 /* --- @timer@ --- *
113  *
114  * Arguments:   @rand_pool *r@ = pointer to randomness pool
115  *              @const struct TIMESTRUCT *tv@ = pointer to time block
116  *
117  * Returns:     Nonzero if some randomness was contributed.
118  *
119  * Use:         Low-level timer contributor.
120  */
121
122 static int timer(rand_pool *r, const struct TIMESTRUCT *tv)
123 {
124   unsigned long x, d, dd;
125   int de, dde;
126   int ret;
127
128   x = tv->tv_FRAC + TIMERES*tv->tv_SEC;
129   d = x ^ noise_last;
130   dd = d ^ noise_diff;
131   noise_last = x;
132   noise_diff = d;
133   de = bitcount(d);
134   dde = bitcount(dd);
135   rand_add(r, tv, sizeof(*tv), de <= dde ? de : dde);
136   ret = (de || dde);
137   BURN(tv); x = d = dd = de = dde = 0;
138   return (ret);
139 }
140
141 /* --- @noise_timer@ --- *
142  *
143  * Arguments:   @rand_pool *r@ = pointer to a randomness pool
144  *
145  * Returns:     Nonzero if some randomness was contributed.
146  *
147  * Use:         Contributes the current time to the randomness pool.
148  *              A guess at the number of useful bits contributed is made,
149  *              based on first and second order bit differences.  This isn't
150  *              ever-so reliable, but it's better than nothing.
151  */
152
153 int noise_timer(rand_pool *r)
154 {
155   struct TIMESTRUCT tv;
156   GETTIME(&tv); return (timer(r, &tv));
157 }
158
159 /* --- @noise_devrandom@ --- *
160  *
161  * Arguments:   @rand_pool *r@ = pointer to a randomness pool
162  *
163  * Returns:     Nonzero if some randomness was contributed.
164  *
165  * Use:         Attempts to obtain some randomness from the system entropy
166  *              pool.  All bits from the device are assumed to be good.
167  */
168
169 int noise_devrandom(rand_pool *r)
170 {
171   int fd = -1;
172   octet buf[RAND_POOLSZ];
173   ssize_t len;
174   size_t n = 0;
175   int ret = 0;
176 #ifdef __linux__
177   fd_set infd;
178   struct timeval tv = { 0, 0 };
179 #endif
180 #ifdef HAVE_GETENTROPY
181   size_t nn;
182 #endif
183
184 #if defined(HAVE_LINUX_RANDOM_H) &&                                     \
185     defined(GRND_NONBLOCK) &&                                           \
186     defined(SYS_getrandom)
187   /* --- Use the new shinies if available --- */
188
189   while (n < sizeof(buf)) {
190     if ((len = syscall(SYS_getrandom, buf + n, sizeof(buf) - n,
191                        GRND_NONBLOCK)) <= 0) {
192       if (errno == ENOSYS) break;
193       else goto done;
194     }
195     n += len;
196   }
197   if (n == sizeof(buf)) goto win;
198 #endif
199
200 #ifdef HAVE_GETENTROPY
201   /* --- OpenBSD-flavoured shinies --- */
202
203   while (n < sizeof(buf)) {
204     nn = sizeof(buf) - nn;
205     if (nn > 256) nn = 256;
206     if (getentropy(buf + n, nn)) break;
207     n += nn;
208   }
209   if (n == sizeof(buf)) goto win;
210 #endif
211
212 #ifdef __linux__
213   /* --- Don't take from `/dev/urandom' if `/dev/random' would block --- */
214
215   if ((fd = open("/dev/random", O_RDONLY | O_NONBLOCK)) < 0) goto done;
216   FD_ZERO(&infd);
217   FD_SET(fd, &infd);
218   if (select(fd + 1, &infd, 0, 0, &tv) < 0 || !FD_ISSET(fd, &infd))
219     goto done;
220   close(fd); fd = -1;
221 #endif
222
223   /* --- Be nice to other clients of the random device --- *
224    *
225    * Attempt to open the device nonblockingly.  If that works, take up to
226    * one bufferful and then close again.  If there's no data to be read,
227    * then that's tough and we go away again, on the grounds that the device
228    * needs to get some more entropy from somewhere.
229    */
230
231   if (fd >= 0 ||
232       (fd = open("/dev/urandom", O_RDONLY | O_NONBLOCK)) >= 0 ||
233       (fd = open("/dev/arandom", O_RDONLY | O_NONBLOCK)) >= 0 ||
234       (fd = open("/dev/random", O_RDONLY | O_NONBLOCK)) >= 0) {
235     while (n < sizeof(buf)) {
236       if ((len = read(fd, buf + n, sizeof(buf) - n)) <= 0) break;
237       n += len;
238     }
239     if (n == sizeof(buf)) goto win;
240   }
241   goto done;
242
243 win:
244   ret = 1;
245 done:
246   if (fd >= 0) close(fd);
247   rand_add(r, buf, n, 8*n);
248   BURN(buf);
249   noise_timer(r);
250   return (ret);
251 }
252
253 /* --- @noise_setid@ --- *
254  *
255  * Arguments:   @uid_t uid@ = uid to set
256  *              @gid_t gid@ = gid to set
257  *
258  * Returns:     ---
259  *
260  * Use:         Sets the user and group ids to be used by @noise_filter@
261  *              when running child processes.  This is useful to avoid
262  *              giving shell commands (even carefully written ones) undue
263  *              privileges.  This interface is Unix-specific
264  */
265
266 void noise_setid(uid_t uid, gid_t gid)
267 {
268   noise_uid = uid;
269   noise_gid = gid;
270 }
271
272 /* --- @noise_filter@ --- *
273  *
274  * Arguments:   @rand_pool *r@ = pointer to a randomness pool
275  *              @int good@ = number of good bits per 1024 bits
276  *              @const char *c@ = shell command to run
277  *
278  * Returns:     Nonzero if some randomness was contributed.
279  *
280  * Use:         Attempts to execute a shell command, and dump it into the
281  *              randomness pool.  A very rough estimate of the number of
282  *              good bits is made, based on the size of the command's output.
283  *              This function calls @waitpid@, so be careful.  Before execing
284  *              the command, the process uid and gid are set to the values
285  *              given to @noise_setid@, and an attempt is made to reset the
286  *              list of supplementary groups.  The environment passed to
287  *              the command has been severly lobotimized.  If the command
288  *              fails to complete within a short time period, it is killed.
289  *              Paranoid use of close-on-exec flags for file descriptors is
290  *              recommended.
291  *
292  *              This interface is Unix-specific.
293  */
294
295 struct noisekid {
296   rand_pool *r;
297   int good;
298   char buf[4096];
299   int donep;
300   int ret;
301 };
302
303 static void kid_read(int fd, unsigned mode, void *p)
304 {
305   struct noisekid *nk = p;
306   ssize_t sz;
307   int goodbits;
308
309   noise_timer(nk->r);
310   if ((sz = read(fd, nk->buf, sizeof(nk->buf))) <= 0)
311     nk->donep = 1;
312   else {
313     goodbits = (sz * nk->good) / 128;
314     rand_add(nk->r, nk->buf, sz, goodbits);
315     nk->ret = 1;
316   }
317 }
318
319 static void kid_dead(struct timeval *tv, void *p)
320   { struct noisekid *nk = p; nk->donep = 1; }
321
322 int noise_filter(rand_pool *r, int good, const char *c)
323 {
324   pid_t kid;
325   int fd[2];
326   struct timeval dead;
327   struct TIMESTRUCT now;
328   int ret = 0;
329   struct noisekid nk = { 0 };
330   sel_state sel;
331   sel_file sf;
332   sel_timer st;
333   const char *env[] = {
334     "PATH=/bin:/usr/bin:/sbin:/usr/sbin:/etc",
335     0
336   };
337
338   /* --- Remember when this business started --- */
339
340   GETTIME(&now); timer(r, &now);
341   TOTIMEVAL(&dead, &now);
342
343   /* --- Create a pipe --- */
344
345   if (pipe(fd))
346     return (ret);
347
348   /* --- Fork a child off --- */
349
350   fflush(0);
351   kid = fork();
352   if (kid < 0) {
353     close(fd[0]);
354     close(fd[1]);
355     return (ret);
356   }
357
358   /* --- Handle the child end of the deal --- */
359
360   if (kid == 0) {
361     mdup_fd mfd[3];
362     int f, i = 0;
363
364     /* --- Set the pipe as standard output, close standard input --- */
365
366     if ((f = open("/dev/null", O_RDONLY)) < 0) _exit(127);
367     mfd[i].cur = f; mfd[i].want = 0; i++;
368     mfd[i].cur = fd[1]; mfd[i].want = 1; i++;
369     mfd[i].cur = f; mfd[i].want = 2; i++;
370     if (mdup(mfd, i)) _exit(127);
371
372     /* --- Play games with uids --- */
373
374     if (noise_gid != NOISE_NOSETGID) {
375       setgid(noise_gid);
376       setegid(noise_gid);
377 #ifdef HAVE_SETGROUPS
378       setgroups(1, &noise_gid);
379 #endif
380     }
381
382     if (noise_uid != NOISE_NOSETUID) {
383       setuid(noise_uid);
384       seteuid(noise_uid);
385     }
386
387     /* --- Start the process up --- */
388
389     execle("/bin/sh", "sh", "-c", c, (char *)0, env);
390     _exit(127);
391   }
392
393   /* --- Sort out my end of the deal --- */
394
395   close(fd[1]);
396   sel_init(&sel);
397   nk.r = r; nk.good = good;
398   TV_ADDL(&dead, &dead, 0, NOISE_KIDLIFE);
399   sel_initfile(&sel, &sf, fd[0], SEL_READ, kid_read, &nk);
400   sel_addfile(&sf);
401   sel_addtimer(&sel, &st, &dead, kid_dead, &nk);
402   while (!nk.donep && !sel_select(&sel));
403
404   /* --- We've finished with it: kill the child process --- *
405    *
406    * This is morally questionable.  On the other hand, I don't want to be
407    * held up in the @waitpid@ call if I can possibly help it.  Maybe a
408    * double-fork is worth doing here.
409    */
410
411   close(fd[0]);
412   BURN(nk.buf);
413   noise_timer(r);
414   kill(kid, SIGKILL);
415   waitpid(kid, 0, 0);
416   return (nk.ret);
417 }
418
419 /* --- @noise_freewheel@ --- *
420  *
421  * Arguments:   @rand_pool *r@ = pointer to a randomness pool
422  *
423  * Returns:     Nonzero if some randomness was contributed.
424  *
425  * Use:         Runs a free counter for a short while as a desparate attempt
426  *              to get randomness from somewhere.  This is actually quite
427  *              effective.
428  */
429
430 #ifdef USE_FREEWHEEL
431
432 static sigjmp_buf fwjmp;
433
434 static void fwalarm(int sig)
435 {
436   siglongjmp(fwjmp, 1);
437 }
438
439 int noise_freewheel(rand_pool *r)
440 {
441   void (*sigal)(int) = 0;
442   struct itimerval oitv, itv = { { 0, 0 }, { 0, 5000 } };
443   int rc = 0;
444   volatile uint32 fwcount = 0;
445
446   if (!sigsetjmp(fwjmp, 1)) {
447     if ((sigal = signal(SIGALRM, fwalarm)) == SIG_ERR)
448       return (0);
449     if (setitimer(ITIMER_REAL, &itv, &oitv))
450       goto done;
451     for (;;)
452       fwcount++;
453   } else {
454     octet buf[4];
455     STORE32(buf, fwcount);
456     rand_add(r, buf, sizeof(buf), 16);
457     rc = 1;
458   }
459
460 done:
461   signal(SIGALRM, sigal);
462   if (oitv.it_value.tv_sec || oitv.it_value.tv_usec)
463     TV_SUB(&oitv.it_value, &oitv.it_value, &itv.it_value);
464   setitimer(ITIMER_REAL, &oitv, 0);
465   return (rc);
466 }
467
468 #else
469
470 int noise_freewheel(rand_pool *r)
471 {
472   return (0);
473 }
474
475 #endif
476
477 /* --- @noise_enquire@ --- *
478  *
479  * Arguments:   @rand_pool *r@ = pointer to a randomness pool
480  *
481  * Returns:     Nonzero if some randomness was contributed.
482  *
483  * Use:         Runs some shell commands to enquire about the prevailing
484  *              environment.  This can gather quite a lot of low-quality
485  *              entropy.
486  */
487
488 int noise_enquire(rand_pool *r)
489 {
490   struct tab {
491     const char *cmd;
492     unsigned rate;
493   } tab[] = {
494     { "ps alxww || ps -elf",    16 },
495     { "netstat -n",              6 },
496     { "ifconfig -a",             8 },
497     { "df",                     20 },
498     { "w",                       6 },
499     { "ls -align /tmp/.",       10 },
500     { 0,                         0 }
501   };
502   int i;
503
504   for (i = 0; tab[i].cmd; i++)
505     noise_filter(r, tab[i].rate, tab[i].cmd);
506   return (1);
507 }
508
509 /* --- @noise_acquire@ --- *
510  *
511  * Arguments:   @rand_pool *r@ = pointer to a randomness pool
512  *
513  * Returns:     ---
514  *
515  * Use:         Acquires some randomness from somewhere.
516  */
517
518 void noise_acquire(rand_pool *r)
519 {
520   unsigned i;
521   for (i = 0; i < 8; i++)
522     noise_freewheel(r);
523   if (!noise_devrandom(r) || getenv("CATACOMB_FORCE_ESOTERIC_SOURCES")) {
524     noise_enquire(r);
525     for (i = 0; i < 8; i++)
526       noise_freewheel(r);
527   }
528 }
529
530 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/