12070d75710fdd42c4abd2d9ac7eb668e018d38e
[openssl.git] / crypto / rand / drbg_lib.c
1 /*
2  * Copyright 2011-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
3  *
4  * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
7  * https://www.openssl.org/source/license.html
8  */
9
10 #include <string.h>
11 #include <openssl/crypto.h>
12 #include <openssl/err.h>
13 #include <openssl/rand.h>
14 #include "rand_lcl.h"
15 #include "internal/thread_once.h"
16 #include "internal/rand_int.h"
17
18 /*
19  * Support framework for NIST SP 800-90A DRBG, AES-CTR mode.
20  * The RAND_DRBG is OpenSSL's pointer to an instance of the DRBG.
21  *
22  * The OpenSSL model is to have new and free functions, and that new
23  * does all initialization.  That is not the NIST model, which has
24  * instantiation and un-instantiate, and re-use within a new/free
25  * lifecycle.  (No doubt this comes from the desire to support hardware
26  * DRBG, where allocation of resources on something like an HSM is
27  * a much bigger deal than just re-setting an allocated resource.)
28  */
29
30 /*
31  * THE THREE SHARED DRBGs
32  *
33  * There are three shared DRBGs (master, public and private), which are
34  * accessed concurrently by all threads.
35  *
36  * THE MASTER DRBG
37  *
38  * Not used directly by the application, only for reseeding the two other
39  * DRBGs. It reseeds itself by pulling either randomness from os entropy
40  * sources or by consuming randomnes which was added by RAND_add()
41  */
42 static RAND_DRBG *drbg_master;
43 /*
44  * THE PUBLIC DRBG
45  *
46  * Used by default for generating random bytes using RAND_bytes().
47  */
48 static RAND_DRBG *drbg_public;
49 /*
50  * THE PRIVATE DRBG
51  *
52  * Used by default for generating private keys using RAND_priv_bytes()
53  */
54 static RAND_DRBG *drbg_private;
55 /*+
56  * DRBG HIERARCHY
57  *
58  * In addition there are DRBGs, which are not shared, but used only by a
59  * single thread at every time, for example the DRBGs which are owned by
60  * an SSL context. All DRBGs are organized in a hierarchical fashion
61  * with the <master> DRBG as root.
62  *
63  * This gives the following overall picture:
64  *
65  *                  <os entropy sources>
66  *                         |
67  *    RAND_add() ==>    <master>          \
68  *                       /   \            | shared DRBGs (with locking)
69  *                 <public>  <private>    /
70  *                     |
71  *                   <ssl>  owned by an SSL context
72  *
73  * AUTOMATIC RESEEDING
74  *
75  * Before satisfying a generate request, a DRBG reseeds itself automatically,
76  * if one of the following two conditions holds:
77  *
78  * - the number of generate requests since the last reseeding exceeds a
79  *   certain threshold, the so called |reseed_interval|. This behaviour
80  *   can be disabled by setting the |reseed_interval| to 0.
81  *
82  * - the time elapsed since the last reseeding exceeds a certain time
83  *   interval, the so called |reseed_time_interval|. This behaviour
84  *   can be disabled by setting the |reseed_time_interval| to 0.
85  *
86  * MANUAL RESEEDING
87  *
88  * For the three shared DRBGs (and only for these) there is another way to
89  * reseed them manually by calling RAND_seed() (or RAND_add() with a positive
90  * |randomness| argument). This will immediately reseed the <master> DRBG.
91  * The <public> and <private> DRBG will detect this on their next generate
92  * call and reseed, pulling randomness from <master>.
93  *
94  * LOCKING
95  *
96  * The three shared DRBGs are intended to be used concurrently, so they
97  * support locking. The RAND methods take the locks automatically, so using
98  * the RAND api (in particular RAND_bytes() and RAND_priv_bytes()) is
99  * thread-safe. Note however that accessing the shared DRBGs directly via
100  * the RAND_DRBG interface is *not* thread-safe.
101  *
102  * All other DRBG instances don't support locking, because they are
103  * intendended to be used by a single thread. Instead of accessing a single
104  * DRBG instance concurrently from different threads, it is recommended to
105  * instantiate a separate DRBG instance per thread. Using the same shared
106  * DRBG (preferrably the public DRBG) as parent of DRBG instances on
107  * different threads is safe.
108  */
109
110
111 /* NIST SP 800-90A DRBG recommends the use of a personalization string. */
112 static const char ossl_pers_string[] = "OpenSSL NIST SP 800-90A DRBG";
113
114 static CRYPTO_ONCE rand_drbg_init = CRYPTO_ONCE_STATIC_INIT;
115
116 static unsigned int master_reseed_interval = MASTER_RESEED_INTERVAL;
117 static unsigned int slave_reseed_interval  = SLAVE_RESEED_INTERVAL;
118
119 static time_t master_reseed_time_interval = MASTER_RESEED_TIME_INTERVAL;
120 static time_t slave_reseed_time_interval  = SLAVE_RESEED_TIME_INTERVAL;
121
122 static RAND_DRBG *drbg_setup(RAND_DRBG *parent);
123
124 static RAND_DRBG *rand_drbg_new(int secure,
125                                 int type,
126                                 unsigned int flags,
127                                 RAND_DRBG *parent);
128
129 /*
130  * Set/initialize |drbg| to be of type |nid|, with optional |flags|.
131  *
132  * Returns 1 on success, 0 on failure.
133  */
134 int RAND_DRBG_set(RAND_DRBG *drbg, int nid, unsigned int flags)
135 {
136     int ret = 1;
137
138     drbg->state = DRBG_UNINITIALISED;
139     drbg->flags = flags;
140     drbg->nid = nid;
141
142     switch (nid) {
143     default:
144         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_SET, RAND_R_UNSUPPORTED_DRBG_TYPE);
145         return 0;
146     case 0:
147         /* Uninitialized; that's okay. */
148         return 1;
149     case NID_aes_128_ctr:
150     case NID_aes_192_ctr:
151     case NID_aes_256_ctr:
152         ret = drbg_ctr_init(drbg);
153         break;
154     }
155
156     if (ret == 0)
157         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_SET, RAND_R_ERROR_INITIALISING_DRBG);
158     return ret;
159 }
160
161 /*
162  * Allocate memory and initialize a new DRBG. The DRBG is allocated on
163  * the secure heap if |secure| is nonzero and the secure heap is enabled.
164  * The |parent|, if not NULL, will be used as random source for reseeding.
165  *
166  * Returns a pointer to the new DRBG instance on success, NULL on failure.
167  */
168 static RAND_DRBG *rand_drbg_new(int secure,
169                                 int type,
170                                 unsigned int flags,
171                                 RAND_DRBG *parent)
172 {
173     RAND_DRBG *drbg = secure ?
174         OPENSSL_secure_zalloc(sizeof(*drbg)) : OPENSSL_zalloc(sizeof(*drbg));
175
176     if (drbg == NULL) {
177         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_NEW, ERR_R_MALLOC_FAILURE);
178         goto err;
179     }
180
181     drbg->secure = secure && CRYPTO_secure_allocated(drbg);
182     drbg->fork_count = rand_fork_count;
183     drbg->parent = parent;
184
185     if (parent == NULL) {
186         drbg->reseed_interval = master_reseed_interval;
187         drbg->reseed_time_interval = master_reseed_time_interval;
188     } else {
189         drbg->reseed_interval = slave_reseed_interval;
190         drbg->reseed_time_interval = slave_reseed_time_interval;
191     }
192
193     if (RAND_DRBG_set(drbg, type, flags) == 0)
194         goto err;
195
196     if (parent != NULL && drbg->strength > parent->strength) {
197         /*
198          * We currently don't support the algorithm from NIST SP 800-90C
199          * 10.1.2 to use a weaker DRBG as source
200          */
201         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_NEW, RAND_R_PARENT_STRENGTH_TOO_WEAK);
202         goto err;
203     }
204
205     if (!RAND_DRBG_set_callbacks(drbg, rand_drbg_get_entropy,
206                                  rand_drbg_cleanup_entropy,
207                                  NULL, NULL))
208         goto err;
209
210     return drbg;
211
212 err:
213     if (drbg->secure)
214         OPENSSL_secure_free(drbg);
215     else
216         OPENSSL_free(drbg);
217
218     return NULL;
219 }
220
221 RAND_DRBG *RAND_DRBG_new(int type, unsigned int flags, RAND_DRBG *parent)
222 {
223     return rand_drbg_new(0, type, flags, parent);
224 }
225
226 RAND_DRBG *RAND_DRBG_secure_new(int type, unsigned int flags, RAND_DRBG *parent)
227 {
228     return rand_drbg_new(1, type, flags, parent);
229 }
230
231 /*
232  * Uninstantiate |drbg| and free all memory.
233  */
234 void RAND_DRBG_free(RAND_DRBG *drbg)
235 {
236     if (drbg == NULL)
237         return;
238
239     if (drbg->meth != NULL)
240         drbg->meth->uninstantiate(drbg);
241     CRYPTO_THREAD_lock_free(drbg->lock);
242     CRYPTO_free_ex_data(CRYPTO_EX_INDEX_DRBG, drbg, &drbg->ex_data);
243
244     if (drbg->secure)
245         OPENSSL_secure_clear_free(drbg, sizeof(*drbg));
246     else
247         OPENSSL_clear_free(drbg, sizeof(*drbg));
248 }
249
250 /*
251  * Instantiate |drbg|, after it has been initialized.  Use |pers| and
252  * |perslen| as prediction-resistance input.
253  *
254  * Requires that drbg->lock is already locked for write, if non-null.
255  *
256  * Returns 1 on success, 0 on failure.
257  */
258 int RAND_DRBG_instantiate(RAND_DRBG *drbg,
259                           const unsigned char *pers, size_t perslen)
260 {
261     unsigned char *nonce = NULL, *entropy = NULL;
262     size_t noncelen = 0, entropylen = 0;
263
264     if (perslen > drbg->max_perslen) {
265         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_INSTANTIATE,
266                 RAND_R_PERSONALISATION_STRING_TOO_LONG);
267         goto end;
268     }
269
270     if (drbg->meth == NULL)
271     {
272         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_INSTANTIATE,
273                 RAND_R_NO_DRBG_IMPLEMENTATION_SELECTED);
274         goto end;
275     }
276
277     if (drbg->state != DRBG_UNINITIALISED) {
278         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_INSTANTIATE,
279                 drbg->state == DRBG_ERROR ? RAND_R_IN_ERROR_STATE
280                                           : RAND_R_ALREADY_INSTANTIATED);
281         goto end;
282     }
283
284     drbg->state = DRBG_ERROR;
285     if (drbg->get_entropy != NULL)
286         entropylen = drbg->get_entropy(drbg, &entropy, drbg->strength,
287                                    drbg->min_entropylen, drbg->max_entropylen);
288     if (entropylen < drbg->min_entropylen
289         || entropylen > drbg->max_entropylen) {
290         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_INSTANTIATE, RAND_R_ERROR_RETRIEVING_ENTROPY);
291         goto end;
292     }
293
294     if (drbg->max_noncelen > 0 && drbg->get_nonce != NULL) {
295         noncelen = drbg->get_nonce(drbg, &nonce, drbg->strength / 2,
296                                    drbg->min_noncelen, drbg->max_noncelen);
297         if (noncelen < drbg->min_noncelen || noncelen > drbg->max_noncelen) {
298             RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_INSTANTIATE,
299                     RAND_R_ERROR_RETRIEVING_NONCE);
300             goto end;
301         }
302     }
303
304     if (!drbg->meth->instantiate(drbg, entropy, entropylen,
305                          nonce, noncelen, pers, perslen)) {
306         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_INSTANTIATE, RAND_R_ERROR_INSTANTIATING_DRBG);
307         goto end;
308     }
309
310     drbg->state = DRBG_READY;
311     drbg->generate_counter = 0;
312     drbg->reseed_time = time(NULL);
313     if (drbg->reseed_counter > 0) {
314         if (drbg->parent == NULL)
315             drbg->reseed_counter++;
316         else
317             drbg->reseed_counter = drbg->parent->reseed_counter;
318     }
319
320 end:
321     if (entropy != NULL && drbg->cleanup_entropy != NULL)
322         drbg->cleanup_entropy(drbg, entropy, entropylen);
323     if (nonce != NULL && drbg->cleanup_nonce!= NULL )
324         drbg->cleanup_nonce(drbg, nonce, noncelen);
325     if (drbg->pool != NULL) {
326         if (drbg->state == DRBG_READY) {
327             RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_INSTANTIATE,
328                     RAND_R_ERROR_ENTROPY_POOL_WAS_IGNORED);
329             drbg->state = DRBG_ERROR;
330         }
331         RAND_POOL_free(drbg->pool);
332         drbg->pool = NULL;
333     }
334     if (drbg->state == DRBG_READY)
335         return 1;
336     return 0;
337 }
338
339 /*
340  * Uninstantiate |drbg|. Must be instantiated before it can be used.
341  *
342  * Requires that drbg->lock is already locked for write, if non-null.
343  *
344  * Returns 1 on success, 0 on failure.
345  */
346 int RAND_DRBG_uninstantiate(RAND_DRBG *drbg)
347 {
348     if (drbg->meth == NULL)
349     {
350         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_UNINSTANTIATE,
351                 RAND_R_NO_DRBG_IMPLEMENTATION_SELECTED);
352         return 0;
353     }
354
355     /* Clear the entire drbg->ctr struct, then reset some important
356      * members of the drbg->ctr struct (e.g. keysize, df_ks) to their
357      * initial values.
358      */
359     drbg->meth->uninstantiate(drbg);
360     return RAND_DRBG_set(drbg, drbg->nid, drbg->flags);
361 }
362
363 /*
364  * Reseed |drbg|, mixing in the specified data
365  *
366  * Requires that drbg->lock is already locked for write, if non-null.
367  *
368  * Returns 1 on success, 0 on failure.
369  */
370 int RAND_DRBG_reseed(RAND_DRBG *drbg,
371                      const unsigned char *adin, size_t adinlen)
372 {
373     unsigned char *entropy = NULL;
374     size_t entropylen = 0;
375
376     if (drbg->state == DRBG_ERROR) {
377         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_RESEED, RAND_R_IN_ERROR_STATE);
378         return 0;
379     }
380     if (drbg->state == DRBG_UNINITIALISED) {
381         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_RESEED, RAND_R_NOT_INSTANTIATED);
382         return 0;
383     }
384
385     if (adin == NULL)
386         adinlen = 0;
387     else if (adinlen > drbg->max_adinlen) {
388         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_RESEED, RAND_R_ADDITIONAL_INPUT_TOO_LONG);
389         return 0;
390     }
391
392     drbg->state = DRBG_ERROR;
393     if (drbg->get_entropy != NULL)
394         entropylen = drbg->get_entropy(drbg, &entropy, drbg->strength,
395                                    drbg->min_entropylen, drbg->max_entropylen);
396     if (entropylen < drbg->min_entropylen
397         || entropylen > drbg->max_entropylen) {
398         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_RESEED, RAND_R_ERROR_RETRIEVING_ENTROPY);
399         goto end;
400     }
401
402     if (!drbg->meth->reseed(drbg, entropy, entropylen, adin, adinlen))
403         goto end;
404
405     drbg->state = DRBG_READY;
406     drbg->generate_counter = 0;
407     drbg->reseed_time = time(NULL);
408     if (drbg->reseed_counter > 0) {
409         if (drbg->parent == NULL)
410             drbg->reseed_counter++;
411         else
412             drbg->reseed_counter = drbg->parent->reseed_counter;
413     }
414
415 end:
416     if (entropy != NULL && drbg->cleanup_entropy != NULL)
417         drbg->cleanup_entropy(drbg, entropy, entropylen);
418     if (drbg->state == DRBG_READY)
419         return 1;
420     return 0;
421 }
422
423 /*
424  * Restart |drbg|, using the specified entropy or additional input
425  *
426  * Tries its best to get the drbg instantiated by all means,
427  * regardless of its current state.
428  *
429  * Optionally, a |buffer| of |len| random bytes can be passed,
430  * which is assumed to contain at least |entropy| bits of entropy.
431  *
432  * If |entropy| > 0, the buffer content is used as entropy input.
433  *
434  * If |entropy| == 0, the buffer content is used as additional input
435  *
436  * Returns 1 on success, 0 on failure.
437  *
438  * This function is used internally only.
439  */
440 int rand_drbg_restart(RAND_DRBG *drbg,
441                       const unsigned char *buffer, size_t len, size_t entropy)
442 {
443     int reseeded = 0;
444     const unsigned char *adin = NULL;
445     size_t adinlen = 0;
446
447     if (drbg->pool != NULL) {
448         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_RESTART, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
449         RAND_POOL_free(drbg->pool);
450         drbg->pool = NULL;
451     }
452
453     if (buffer != NULL) {
454         if (entropy > 0) {
455             if (drbg->max_entropylen < len) {
456                 RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_RESTART,
457                     RAND_R_ENTROPY_INPUT_TOO_LONG);
458                 return 0;
459             }
460
461             if (entropy > 8 * len) {
462                 RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_RESTART, RAND_R_ENTROPY_OUT_OF_RANGE);
463                 return 0;
464             }
465
466             /* will be picked up by the rand_drbg_get_entropy() callback */
467             drbg->pool = RAND_POOL_new(entropy, len, len);
468             if (drbg->pool == NULL)
469                 return 0;
470
471             RAND_POOL_add(drbg->pool, buffer, len, entropy);
472         } else {
473             if (drbg->max_adinlen < len) {
474                 RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_RESTART,
475                         RAND_R_ADDITIONAL_INPUT_TOO_LONG);
476                 return 0;
477             }
478             adin = buffer;
479             adinlen = len;
480         }
481     }
482
483     /* repair error state */
484     if (drbg->state == DRBG_ERROR)
485         RAND_DRBG_uninstantiate(drbg);
486
487     /* repair uninitialized state */
488     if (drbg->state == DRBG_UNINITIALISED) {
489         /* reinstantiate drbg */
490         RAND_DRBG_instantiate(drbg,
491                               (const unsigned char *) ossl_pers_string,
492                               sizeof(ossl_pers_string) - 1);
493         /* already reseeded. prevent second reseeding below */
494         reseeded = (drbg->state == DRBG_READY);
495     }
496
497     /* refresh current state if entropy or additional input has been provided */
498     if (drbg->state == DRBG_READY) {
499         if (adin != NULL) {
500             /*
501              * mix in additional input without reseeding
502              *
503              * Similar to RAND_DRBG_reseed(), but the provided additional
504              * data |adin| is mixed into the current state without pulling
505              * entropy from the trusted entropy source using get_entropy().
506              * This is not a reseeding in the strict sense of NIST SP 800-90A.
507              */
508             drbg->meth->reseed(drbg, adin, adinlen, NULL, 0);
509         } else if (reseeded == 0) {
510             /* do a full reseeding if it has not been done yet above */
511             RAND_DRBG_reseed(drbg, NULL, 0);
512         }
513     }
514
515     /* check whether a given entropy pool was cleared properly during reseed */
516     if (drbg->pool != NULL) {
517         drbg->state = DRBG_ERROR;
518         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_RESTART, ERR_R_INTERNAL_ERROR);
519         RAND_POOL_free(drbg->pool);
520         drbg->pool = NULL;
521         return 0;
522     }
523
524     return drbg->state == DRBG_READY;
525 }
526
527 /*
528  * Generate |outlen| bytes into the buffer at |out|.  Reseed if we need
529  * to or if |prediction_resistance| is set.  Additional input can be
530  * sent in |adin| and |adinlen|.
531  *
532  * Requires that drbg->lock is already locked for write, if non-null.
533  *
534  * Returns 1 on success, 0 on failure.
535  *
536  */
537 int RAND_DRBG_generate(RAND_DRBG *drbg, unsigned char *out, size_t outlen,
538                        int prediction_resistance,
539                        const unsigned char *adin, size_t adinlen)
540 {
541     int reseed_required = 0;
542
543     if (drbg->state != DRBG_READY) {
544         /* try to recover from previous errors */
545         rand_drbg_restart(drbg, NULL, 0, 0);
546
547         if (drbg->state == DRBG_ERROR) {
548             RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_GENERATE, RAND_R_IN_ERROR_STATE);
549             return 0;
550         }
551         if (drbg->state == DRBG_UNINITIALISED) {
552             RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_GENERATE, RAND_R_NOT_INSTANTIATED);
553             return 0;
554         }
555     }
556
557     if (outlen > drbg->max_request) {
558         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_GENERATE, RAND_R_REQUEST_TOO_LARGE_FOR_DRBG);
559         return 0;
560     }
561     if (adinlen > drbg->max_adinlen) {
562         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_GENERATE, RAND_R_ADDITIONAL_INPUT_TOO_LONG);
563         return 0;
564     }
565
566     if (drbg->fork_count != rand_fork_count) {
567         drbg->fork_count = rand_fork_count;
568         reseed_required = 1;
569     }
570
571     if (drbg->reseed_interval > 0) {
572         if (drbg->generate_counter >= drbg->reseed_interval)
573             reseed_required = 1;
574     }
575     if (drbg->reseed_time_interval > 0) {
576         time_t now = time(NULL);
577         if (now < drbg->reseed_time
578             || now - drbg->reseed_time >= drbg->reseed_time_interval)
579             reseed_required = 1;
580     }
581     if (drbg->reseed_counter > 0 && drbg->parent != NULL) {
582         if (drbg->reseed_counter != drbg->parent->reseed_counter)
583             reseed_required = 1;
584     }
585
586     if (reseed_required || prediction_resistance) {
587         if (!RAND_DRBG_reseed(drbg, adin, adinlen)) {
588             RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_GENERATE, RAND_R_RESEED_ERROR);
589             return 0;
590         }
591         adin = NULL;
592         adinlen = 0;
593     }
594
595     if (!drbg->meth->generate(drbg, out, outlen, adin, adinlen)) {
596         drbg->state = DRBG_ERROR;
597         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_GENERATE, RAND_R_GENERATE_ERROR);
598         return 0;
599     }
600
601     drbg->generate_counter++;
602
603     return 1;
604 }
605
606 /*
607  * Generates |outlen| random bytes and stores them in |out|. It will
608  * using the given |drbg| to generate the bytes.
609  *
610  * Requires that drbg->lock is already locked for write, if non-null.
611  *
612  * Returns 1 on success 0 on failure.
613  */
614 int RAND_DRBG_bytes(RAND_DRBG *drbg, unsigned char *out, size_t outlen)
615 {
616     unsigned char *additional = NULL;
617     size_t additional_len;
618     size_t chunk;
619     size_t ret;
620
621     additional_len = rand_drbg_get_additional_data(&additional, drbg->max_adinlen);
622
623     for ( ; outlen > 0; outlen -= chunk, out += chunk) {
624         chunk = outlen;
625         if (chunk > drbg->max_request)
626             chunk = drbg->max_request;
627         ret = RAND_DRBG_generate(drbg, out, chunk, 0, additional, additional_len);
628         if (!ret)
629             goto err;
630     }
631     ret = 1;
632
633 err:
634     if (additional_len != 0)
635         OPENSSL_secure_clear_free(additional, additional_len);
636
637     return ret;
638 }
639
640 /*
641  * Set the RAND_DRBG callbacks for obtaining entropy and nonce.
642  *
643  * In the following, the signature and the semantics of the
644  * get_entropy() and cleanup_entropy() callbacks are explained.
645  *
646  * GET_ENTROPY
647  *
648  *     size_t get_entropy(RAND_DRBG *ctx,
649  *                        unsigned char **pout,
650  *                        int entropy,
651  *                        size_t min_len, size_t max_len);
652  *
653  * This is a request to allocate and fill a buffer of size
654  * |min_len| <= size <= |max_len| (in bytes) which contains
655  * at least |entropy| bits of randomness. The buffer's address is
656  * to be returned in |*pout| and the number of collected
657  * randomness bytes (which may be less than the allocated size
658  * of the buffer) as return value.
659  *
660  * If the callback fails to acquire at least |entropy| bits of
661  * randomness, it shall return a buffer length of 0.
662  *
663  * CLEANUP_ENTROPY
664  *
665  *     void cleanup_entropy(RAND_DRBG *ctx,
666  *                          unsigned char *out, size_t outlen);
667  *
668  * A request to clear and free the buffer allocated by get_entropy().
669  * The values |out| and |outlen| are expected to be the random buffer's
670  * address and length, as returned by the get_entropy() callback.
671  *
672  * GET_NONCE, CLEANUP_NONCE
673  *
674  * Signature and semantics of the get_nonce() and cleanup_nonce()
675  * callbacks are analogous to get_entropy() and cleanup_entropy().
676  * Currently, the nonce is used only for the known answer tests.
677  */
678 int RAND_DRBG_set_callbacks(RAND_DRBG *drbg,
679                             RAND_DRBG_get_entropy_fn get_entropy,
680                             RAND_DRBG_cleanup_entropy_fn cleanup_entropy,
681                             RAND_DRBG_get_nonce_fn get_nonce,
682                             RAND_DRBG_cleanup_nonce_fn cleanup_nonce)
683 {
684     if (drbg->state != DRBG_UNINITIALISED)
685         return 0;
686     drbg->get_entropy = get_entropy;
687     drbg->cleanup_entropy = cleanup_entropy;
688     drbg->get_nonce = get_nonce;
689     drbg->cleanup_nonce = cleanup_nonce;
690     return 1;
691 }
692
693 /*
694  * Set the reseed interval.
695  *
696  * The drbg will reseed automatically whenever the number of generate
697  * requests exceeds the given reseed interval. If the reseed interval
698  * is 0, then this feature is disabled.
699  *
700  * Returns 1 on success, 0 on failure.
701  */
702 int RAND_DRBG_set_reseed_interval(RAND_DRBG *drbg, unsigned int interval)
703 {
704     if (interval > MAX_RESEED_INTERVAL)
705         return 0;
706     drbg->reseed_interval = interval;
707     return 1;
708 }
709
710 /*
711  * Set the reseed time interval.
712  *
713  * The drbg will reseed automatically whenever the time elapsed since
714  * the last reseeding exceeds the given reseed time interval. For safety,
715  * a reseeding will also occur if the clock has been reset to a smaller
716  * value.
717  *
718  * Returns 1 on success, 0 on failure.
719  */
720 int RAND_DRBG_set_reseed_time_interval(RAND_DRBG *drbg, time_t interval)
721 {
722     if (interval > MAX_RESEED_TIME_INTERVAL)
723         return 0;
724     drbg->reseed_time_interval = interval;
725     return 1;
726 }
727
728 /*
729  * Set the default values for reseed (time) intervals of new DRBG instances
730  *
731  * The default values can be set independently for master DRBG instances
732  * (without a parent) and slave DRBG instances (with parent).
733  *
734  * Returns 1 on success, 0 on failure.
735  */
736
737 int RAND_DRBG_set_reseed_defaults(
738                                   unsigned int _master_reseed_interval,
739                                   unsigned int _slave_reseed_interval,
740                                   time_t _master_reseed_time_interval,
741                                   time_t _slave_reseed_time_interval
742                                   )
743 {
744     if (_master_reseed_interval > MAX_RESEED_INTERVAL
745         || _slave_reseed_interval > MAX_RESEED_INTERVAL)
746         return 0;
747
748     if (_master_reseed_time_interval > MAX_RESEED_TIME_INTERVAL
749         || _slave_reseed_time_interval > MAX_RESEED_TIME_INTERVAL)
750         return 0;
751
752     master_reseed_interval = _master_reseed_interval;
753     slave_reseed_interval = _slave_reseed_interval;
754
755     master_reseed_time_interval = _master_reseed_time_interval;
756     slave_reseed_time_interval = _slave_reseed_time_interval;
757
758     return 1;
759 }
760
761 /*
762  * Locks the given drbg. Locking a drbg which does not have locking
763  * enabled is considered a successful no-op.
764  *
765  * Returns 1 on success, 0 on failure.
766  */
767 int rand_drbg_lock(RAND_DRBG *drbg)
768 {
769     if (drbg->lock != NULL)
770         return CRYPTO_THREAD_write_lock(drbg->lock);
771
772     return 1;
773 }
774
775 /*
776  * Unlocks the given drbg. Unlocking a drbg which does not have locking
777  * enabled is considered a successful no-op.
778  *
779  * Returns 1 on success, 0 on failure.
780  */
781 int rand_drbg_unlock(RAND_DRBG *drbg)
782 {
783     if (drbg->lock != NULL)
784         return CRYPTO_THREAD_unlock(drbg->lock);
785
786     return 1;
787 }
788
789 /*
790  * Enables locking for the given drbg
791  *
792  * Locking can only be enabled if the random generator
793  * is in the uninitialized state.
794  *
795  * Returns 1 on success, 0 on failure.
796  */
797 int rand_drbg_enable_locking(RAND_DRBG *drbg)
798 {
799     if (drbg->state != DRBG_UNINITIALISED) {
800         RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_ENABLE_LOCKING,
801                 RAND_R_DRBG_ALREADY_INITIALIZED);
802         return 0;
803     }
804
805     if (drbg->lock == NULL) {
806         if (drbg->parent != NULL && drbg->parent->lock == NULL) {
807             RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_ENABLE_LOCKING,
808                     RAND_R_PARENT_LOCKING_NOT_ENABLED);
809             return 0;
810         }
811
812         drbg->lock = CRYPTO_THREAD_lock_new();
813         if (drbg->lock == NULL) {
814             RANDerr(RAND_F_RAND_DRBG_ENABLE_LOCKING,
815                     RAND_R_FAILED_TO_CREATE_LOCK);
816             return 0;
817         }
818     }
819
820     return 1;
821 }
822
823 /*
824  * Get and set the EXDATA
825  */
826 int RAND_DRBG_set_ex_data(RAND_DRBG *drbg, int idx, void *arg)
827 {
828     return CRYPTO_set_ex_data(&drbg->ex_data, idx, arg);
829 }
830
831 void *RAND_DRBG_get_ex_data(const RAND_DRBG *drbg, int idx)
832 {
833     return CRYPTO_get_ex_data(&drbg->ex_data, idx);
834 }
835
836
837 /*
838  * The following functions provide a RAND_METHOD that works on the
839  * global DRBG.  They lock.
840  */
841
842 /*
843  * Allocates a new global DRBG on the secure heap (if enabled) and
844  * initializes it with default settings.
845  *
846  * Returns a pointer to the new DRBG instance on success, NULL on failure.
847  */
848 static RAND_DRBG *drbg_setup(RAND_DRBG *parent)
849 {
850     RAND_DRBG *drbg;
851
852     drbg = RAND_DRBG_secure_new(RAND_DRBG_NID, 0, parent);
853     if (drbg == NULL)
854         return NULL;
855
856     if (rand_drbg_enable_locking(drbg) == 0)
857         goto err;
858
859     /* enable seed propagation */
860     drbg->reseed_counter = 1;
861
862     /*
863      * Ignore instantiation error so support just-in-time instantiation.
864      *
865      * The state of the drbg will be checked in RAND_DRBG_generate() and
866      * an automatic recovery is attempted.
867      */
868     RAND_DRBG_instantiate(drbg,
869                           (const unsigned char *) ossl_pers_string,
870                           sizeof(ossl_pers_string) - 1);
871     return drbg;
872
873 err:
874     RAND_DRBG_free(drbg);
875     return NULL;
876 }
877
878 /*
879  * Initialize the global DRBGs on first use.
880  * Returns 1 on success, 0 on failure.
881  */
882 DEFINE_RUN_ONCE_STATIC(do_rand_drbg_init)
883 {
884     /*
885      * ensure that libcrypto is initialized, otherwise the
886      * DRBG locks are not cleaned up properly
887      */
888     if (!OPENSSL_init_crypto(0, NULL))
889         return 0;
890
891     drbg_master = drbg_setup(NULL);
892     drbg_public = drbg_setup(drbg_master);
893     drbg_private = drbg_setup(drbg_master);
894
895     if (drbg_master == NULL || drbg_public == NULL || drbg_private == NULL)
896         return 0;
897
898     return 1;
899 }
900
901 /* Clean up the global DRBGs before exit */
902 void rand_drbg_cleanup_int(void)
903 {
904     RAND_DRBG_free(drbg_private);
905     RAND_DRBG_free(drbg_public);
906     RAND_DRBG_free(drbg_master);
907
908     drbg_private = drbg_public = drbg_master = NULL;
909 }
910
911 /* Implements the default OpenSSL RAND_bytes() method */
912 static int drbg_bytes(unsigned char *out, int count)
913 {
914     int ret;
915     RAND_DRBG *drbg = RAND_DRBG_get0_public();
916
917     if (drbg == NULL)
918         return 0;
919
920     rand_drbg_lock(drbg);
921     ret = RAND_DRBG_bytes(drbg, out, count);
922     rand_drbg_unlock(drbg);
923
924     return ret;
925 }
926
927 /* Implements the default OpenSSL RAND_add() method */
928 static int drbg_add(const void *buf, int num, double randomness)
929 {
930     int ret = 0;
931     RAND_DRBG *drbg = RAND_DRBG_get0_master();
932
933     if (drbg == NULL)
934         return 0;
935
936     if (num < 0 || randomness < 0.0)
937         return 0;
938
939     if (randomness > (double)drbg->max_entropylen) {
940         /*
941          * The purpose of this check is to bound |randomness| by a
942          * relatively small value in order to prevent an integer
943          * overflow when multiplying by 8 in the rand_drbg_restart()
944          * call below.
945          */
946         return 0;
947     }
948
949     rand_drbg_lock(drbg);
950     ret = rand_drbg_restart(drbg, buf,
951                             (size_t)(unsigned int)num,
952                             (size_t)(8*randomness));
953     rand_drbg_unlock(drbg);
954
955     return ret;
956 }
957
958 /* Implements the default OpenSSL RAND_seed() method */
959 static int drbg_seed(const void *buf, int num)
960 {
961     return drbg_add(buf, num, num);
962 }
963
964 /* Implements the default OpenSSL RAND_status() method */
965 static int drbg_status(void)
966 {
967     int ret;
968     RAND_DRBG *drbg = RAND_DRBG_get0_master();
969
970     if (drbg == NULL)
971         return 0;
972
973     rand_drbg_lock(drbg);
974     ret = drbg->state == DRBG_READY ? 1 : 0;
975     rand_drbg_unlock(drbg);
976     return ret;
977 }
978
979 /*
980  * Get the master DRBG.
981  * Returns pointer to the DRBG on success, NULL on failure.
982  *
983  */
984 RAND_DRBG *RAND_DRBG_get0_master(void)
985 {
986     if (!RUN_ONCE(&rand_drbg_init, do_rand_drbg_init))
987         return NULL;
988
989     return drbg_master;
990 }
991
992 /*
993  * Get the public DRBG.
994  * Returns pointer to the DRBG on success, NULL on failure.
995  */
996 RAND_DRBG *RAND_DRBG_get0_public(void)
997 {
998     if (!RUN_ONCE(&rand_drbg_init, do_rand_drbg_init))
999         return NULL;
1000
1001     return drbg_public;
1002 }
1003
1004 /*
1005  * Get the private DRBG.
1006  * Returns pointer to the DRBG on success, NULL on failure.
1007  */
1008 RAND_DRBG *RAND_DRBG_get0_private(void)
1009 {
1010     if (!RUN_ONCE(&rand_drbg_init, do_rand_drbg_init))
1011         return NULL;
1012
1013     return drbg_private;
1014 }
1015
1016 RAND_METHOD rand_meth = {
1017     drbg_seed,
1018     drbg_bytes,
1019     NULL,
1020     drbg_add,
1021     drbg_bytes,
1022     drbg_status
1023 };
1024
1025 RAND_METHOD *RAND_OpenSSL(void)
1026 {
1027     return &rand_meth;
1028 }