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NOME

random, urandom − dispositivi kernel che producono numeri casuali

SINTASSI

#include <linux/random.h>

int ioctl(fd, RNDrequest, param);

DESCRIZIONE

I file speciali a caratteri /dev/random e /dev/urandom (presenti a partire da Linux 1.3.30) forniscono un’interfaccia al generatore del kernel di numeri casuali. Il file /dev/random ha numero primario 1 e numero secondario 8. Il file /dev/urandom ha numero primario 1 e numero secondario 9.

Il generatore di numeri casuali raccoglie rumore di fondo dai dispositivi dei driver e da altre sorgenti nella fonte di entropia. Il generatore mantiene anche una stima del numero di bit di rumore nella fonte di entropia. Da questa fonte di entropia vengono creati i numeri casuali.

Quando viene letto, il dispositivo /dev/random restituisce solo un numero di byte casuali compatibili con la stima dei bit di rumore nella fonte di entropia. /dev/random dovrebbe essere adatto ad usi che richiedono un alto grado di casualità, come la cifratura "one-time pad" e la generazione di chiavi. Quando la fonte di entropia è vuota, le letture di /dev/random vengono bloccate finché non viene raccolto abbastanza rumore ambientale.

La lettura del dispositivo /dev/urandom non bloccherà l’attesa di ulteriore entropia. Di conseguenza, se non c’è abbastanza entropia nella fonte di entropia, i valori restituiti sono teoricamente vulnerabili ad un attacco crittografico sull’algoritmo usato dal driver. Nella letteratura attualmente non classificata non c’è prova di un metodo per fare ciò, ma è in teoria possibile che un attacco del genere possa esistere. Se questo è fonte di problemi per la propria applicazione, si usi invece /dev/random.

La scrittura su /dev/random o /dev/urandom aggiorna la fonte d’entropia con i dati scritti, ma ciò non si tradurrà in un numero di entropia più alto. Ciò vuo dire che esso influirà sui contenuti letti da entrambi i file, ma non farà letture da /dev/random più velocemente.

Uso
Se non si è sicuri di quale programma usare, /dev/random o /dev/urandom, probabilmente la scelta migliore è l’ultimo. Come regola generale, si dovrebbe usare per tutto /dev/urandom, fatta eccezione per chiavi GPG/SSL/SSH esistenti da molto tempo.

Se si salva un file seed ai riavvii, come si raccomanda più avanti (tutte le più importanti distribuzioni Linux lo fanno almeno dal 2000), l’output sarà crittograficamente al sicuro dagli attaccanti senza accesso di root in locale dato che viene ricaricato nella sequenza di boot, e sarà perfettamente adeguato alle chiavi criptate per le sessioni di rete. Dato che le letture da /dev/random possono bloccarsi, gli utenti solitamente vorranno aprirlo in modo non bloccante (o eseguire una lettura senza timeout), e fornire un qualche tipo di notifica se l’entropia desiderata non è immediatamente disponibile.

Il generatore di numeri casuali del kernel è stato sviluppato per produrre un piccolo quantitativo di materiale di seed di alta qualità, necessario a creare un generatore di numeri pseudo-casuali crittografico (CPRNG). È stato creato per essere sicuro, non per essere veloce, e non è adatto a generare grandi quantità di dati casuali. Gli utenti dovrebbero creare una piccola quantità di materiale di seed da leggere da /dev/urandom (e /dev/random): leggere grandi quantitativi di dati da questi dispositivi avrà un impatto negativo sugli altri utenti dei dispositivi.

La quantità di materiale di seed richiesto per generare una chiave crittografica è uguale alla dimensione reale della chiave. Per esempio, una chiave privata RSA a 3072 bit o una Diffie-Hellmann ha una dimensione effettiva di 128 bit (e richiede circa 2^128 operazioni per essere forzata), quindi un generatore di chiavi avrà bisogno solo di 128 bit (16 byte) di materiale di seed da /dev/random.

Benché sia ragionevole avere margini di sicurezza superiori a questo minimo come protezione contro le imperfezioni dell’algoritmo CPRNG, nessuna delle primitive crittografiche oggi esistente può garantire più di 256 bit di sicurezza; quindi se un programma legge più di 256 bit (32 byte) dalla fonte di casualità del kernel per ogni chiamata, o per ogni intervallo ragionevole di seed (non meno di un minuto), vuol dire che la crittografia di quel programma non è stata abilmente implementata.

Configurazione
Se il sistema non comprende già /dev/random né /dev/urandom, li si può creare coi seguenti comandi:

mknod −m 644 /dev/random c 1 8
mknod −m 644 /dev/urandom c 1 9
chown root:root /dev/random /dev/urandom

Quando un sistema Linux viene avviato senza molta interazione da parte di un utente, la fonte di entropia potrebbe essere in una condizione tutto sommato prevedibile. Questo porta a sovrastimare la quantità di rumore realmente presente nella fonte di entropia. Per contrastare questo effetto, può aiutare riportare le informazioni nella fonte di entropia fra un arresto e un riavvio. Per farlo, si aggiungano le righe seguenti ad uno script appropriato che venga eseguito durante le procedure di avvio di un sistema Linux:

echo "Inizializzazione del generatore di numeri casuali..."
random_seed=/var/run/random-seed
# Porta il seme casuale da un avvio al successivo
# Carica e successivamente salva l’intera fonte di entropia
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 ] && bytes=`cat $poolfile` || bytes=512
dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=$bytes

Inoltre, si aggiungano le righe seguenti ad uno script appropriato da eseguire durante le procedure di arresto di un sistema Linux:

# Riporta un seme casuale dall’arresto al riavvio.
# Salva l’intera fonte di entropia
echo "Salvataggio del seme casuale..."
random_seed=/var/run/random-seed
touch $random_seed
chmod 600 $random_seed
poolfile=/proc/sys/kernel/random/poolsize
[ −r $poolfile ] && bytes=`cat $poolfile` || bytes=512
dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=$bytes

Interfaccia /proc
I file nella directory /proc/sys/kernel/random (presente da 2.3.16) forniscono un’interfaccia aggiuntiva al dispositivo /dev/random.

Il file in sola lettura entropy_avail fornisce l’entropia disponibile. Normalmente questo sarà 4096 (bit), una fonte di entropia piena.

Il file poolsize fornisce la dimensione della fonte di entropia. La semantica di questo file è diversa a seconda della versione del kernel:

Il file read_wakeup_threshold contiene il numero di bit di entropia richiesti per svegliare i processi che dormono in attesa dell’entropia da /dev/random. Il valore predefinito è 64. Il file write_wakeup_threshold contiene il numero di bit di entropia sotto i quali vengono svegliati i processi che eseguono un select() o poll() per accedere in scrittura a /dev/random. Questi valori possono venire cambiati scrivendo sui file.

I file in sola lettura uuid e boot_id contengono stringhe casuali come 6fd5a44b-35f4-4ad4-a9b9-6b9be13e1fe9. Il più vecchio è generato di nuovo a ciascuna lettura, l’ultimo viene generato una volta.

Interfaccia ioctl(2)
Le seguenti richieste ioctl(2) sono definite su descrittori di file connessi o a /dev/random o a /dev/urandom. Tutte le richieste effettuate interagiscono con la fonte di entropia di input incidendo sia su /dev/random che su /dev/urandom. La capacità CAP_SYS_ADMIN è necessaria per tutte le richieste eccetto che per RNDGETENTCNT.
RNDGETENTCNT