79438611f284abd48e54b000a54afb6532d3f3ef
[openssl.git] / crypto / rand / md_rand.c
1 /* crypto/rand/md_rand.c */
2 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
3  * All rights reserved.
4  *
5  * This package is an SSL implementation written
6  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
7  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
8  * 
9  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
10  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
11  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
12  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
13  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
14  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
15  * 
16  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
17  * the code are not to be removed.
18  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
19  * as the author of the parts of the library used.
20  * This can be in the form of a textual message at program startup or
21  * in documentation (online or textual) provided with the package.
22  * 
23  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
24  * modification, are permitted provided that the following conditions
25  * are met:
26  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
27  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
28  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
30  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
31  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
32  *    must display the following acknowledgement:
33  *    "This product includes cryptographic software written by
34  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
35  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
36  *    being used are not cryptographic related :-).
37  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from 
38  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
39  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
40  * 
41  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
42  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
45  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
46  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
47  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
48  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
49  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
50  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
51  * SUCH DAMAGE.
52  * 
53  * The licence and distribution terms for any publically available version or
54  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
55  * copied and put under another distribution licence
56  * [including the GNU Public Licence.]
57  */
58
59 #define ENTROPY_NEEDED 16  /* require 128 bits = 16 bytes of randomness */
60
61 #ifndef MD_RAND_DEBUG
62 # ifndef NDEBUG
63 #   define NDEBUG
64 # endif
65 #endif
66
67 #include <assert.h>
68 #include <stdio.h>
69 #include <time.h>
70 #include <string.h>
71
72 #include "openssl/e_os.h"
73
74 #include <openssl/crypto.h>
75 #include <openssl/err.h>
76
77 #if !defined(USE_MD5_RAND) && !defined(USE_SHA1_RAND) && !defined(USE_MDC2_RAND) && !defined(USE_MD2_RAND)
78 #if !defined(NO_SHA) && !defined(NO_SHA1)
79 #define USE_SHA1_RAND
80 #elif !defined(NO_MD5)
81 #define USE_MD5_RAND
82 #elif !defined(NO_MDC2) && !defined(NO_DES)
83 #define USE_MDC2_RAND
84 #elif !defined(NO_MD2)
85 #define USE_MD2_RAND
86 #else
87 #error No message digest algorithm available
88 #endif
89 #endif
90
91 /* Changed how the state buffer used.  I now attempt to 'wrap' such
92  * that I don't run over the same locations the next time  go through
93  * the 1023 bytes - many thanks to
94  * Robert J. LeBlanc <rjl@renaissoft.com> for his comments
95  */
96
97 #if defined(USE_MD5_RAND)
98 #include <openssl/md5.h>
99 #define MD_DIGEST_LENGTH        MD5_DIGEST_LENGTH
100 #define MD_CTX                  MD5_CTX
101 #define MD_Init(a)              MD5_Init(a)
102 #define MD_Update(a,b,c)        MD5_Update(a,b,c)
103 #define MD_Final(a,b)           MD5_Final(a,b)
104 #define MD(a,b,c)               MD5(a,b,c)
105 #elif defined(USE_SHA1_RAND)
106 #include <openssl/sha.h>
107 #define MD_DIGEST_LENGTH        SHA_DIGEST_LENGTH
108 #define MD_CTX                  SHA_CTX
109 #define MD_Init(a)              SHA1_Init(a)
110 #define MD_Update(a,b,c)        SHA1_Update(a,b,c)
111 #define MD_Final(a,b)           SHA1_Final(a,b)
112 #define MD(a,b,c)               SHA1(a,b,c)
113 #elif defined(USE_MDC2_RAND)
114 #include <openssl/mdc2.h>
115 #define MD_DIGEST_LENGTH        MDC2_DIGEST_LENGTH
116 #define MD_CTX                  MDC2_CTX
117 #define MD_Init(a)              MDC2_Init(a)
118 #define MD_Update(a,b,c)        MDC2_Update(a,b,c)
119 #define MD_Final(a,b)           MDC2_Final(a,b)
120 #define MD(a,b,c)               MDC2(a,b,c)
121 #elif defined(USE_MD2_RAND)
122 #include <openssl/md2.h>
123 #define MD_DIGEST_LENGTH        MD2_DIGEST_LENGTH
124 #define MD_CTX                  MD2_CTX
125 #define MD_Init(a)              MD2_Init(a)
126 #define MD_Update(a,b,c)        MD2_Update(a,b,c)
127 #define MD_Final(a,b)           MD2_Final(a,b)
128 #define MD(a,b,c)               MD2(a,b,c)
129 #endif
130
131 #include <openssl/rand.h>
132
133 /* #define NORAND       1 */
134 /* #define PREDICT      1 */
135
136 #define STATE_SIZE      1023
137 static int state_num=0,state_index=0;
138 static unsigned char state[STATE_SIZE+MD_DIGEST_LENGTH];
139 static unsigned char md[MD_DIGEST_LENGTH];
140 static long md_count[2]={0,0};
141 static double entropy=0;
142 static int initialized=0;
143
144 const char *RAND_version="RAND" OPENSSL_VERSION_PTEXT;
145
146 static void ssleay_rand_cleanup(void);
147 static void ssleay_rand_seed(const void *buf, int num);
148 static void ssleay_rand_add(const void *buf, int num, double add_entropy);
149 static int ssleay_rand_bytes(unsigned char *buf, int num);
150 static int ssleay_rand_pseudo_bytes(unsigned char *buf, int num);
151
152 RAND_METHOD rand_ssleay_meth={
153         ssleay_rand_seed,
154         ssleay_rand_bytes,
155         ssleay_rand_cleanup,
156         ssleay_rand_add,
157         ssleay_rand_pseudo_bytes,
158         }; 
159
160 RAND_METHOD *RAND_SSLeay(void)
161         {
162         return(&rand_ssleay_meth);
163         }
164
165 static void ssleay_rand_cleanup(void)
166         {
167         memset(state,0,sizeof(state));
168         state_num=0;
169         state_index=0;
170         memset(md,0,MD_DIGEST_LENGTH);
171         md_count[0]=0;
172         md_count[1]=0;
173         entropy=0;
174         }
175
176 static void ssleay_rand_add(const void *buf, int num, double add)
177         {
178         int i,j,k,st_idx;
179         long md_c[2];
180         unsigned char local_md[MD_DIGEST_LENGTH];
181         MD_CTX m;
182
183 #ifdef NORAND
184         return;
185 #endif
186
187         /*
188          * (Based on the rand(3) manpage)
189          *
190          * The input is chopped up into units of 20 bytes (or less for
191          * the last block).  Each of these blocks is run through the hash
192          * function as follows:  The data passed to the hash function
193          * is the current 'md', the same number of bytes from the 'state'
194          * (the location determined by in incremented looping index) as
195          * the current 'block', the new key data 'block', and 'count'
196          * (which is incremented after each use).
197          * The result of this is kept in 'md' and also xored into the
198          * 'state' at the same locations that were used as input into the
199          * hash function.
200          */
201
202         CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
203         st_idx=state_index;
204
205         /* use our own copies of the counters so that even
206          * if a concurrent thread seeds with exactly the
207          * same data and uses the same subarray there's _some_
208          * difference */
209         md_c[0] = md_count[0];
210         md_c[1] = md_count[1];
211
212         memcpy(local_md, md, sizeof md);
213
214         /* state_index <= state_num <= STATE_SIZE */
215         state_index += num;
216         if (state_index >= STATE_SIZE)
217                 {
218                 state_index%=STATE_SIZE;
219                 state_num=STATE_SIZE;
220                 }
221         else if (state_num < STATE_SIZE)        
222                 {
223                 if (state_index > state_num)
224                         state_num=state_index;
225                 }
226         /* state_index <= state_num <= STATE_SIZE */
227
228         /* state[st_idx], ..., state[(st_idx + num - 1) % STATE_SIZE]
229          * are what we will use now, but other threads may use them
230          * as well */
231
232         md_count[1] += (num / MD_DIGEST_LENGTH) + (num % MD_DIGEST_LENGTH > 0);
233
234         CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
235
236         for (i=0; i<num; i+=MD_DIGEST_LENGTH)
237                 {
238                 j=(num-i);
239                 j=(j > MD_DIGEST_LENGTH)?MD_DIGEST_LENGTH:j;
240
241                 MD_Init(&m);
242                 MD_Update(&m,local_md,MD_DIGEST_LENGTH);
243                 k=(st_idx+j)-STATE_SIZE;
244                 if (k > 0)
245                         {
246                         MD_Update(&m,&(state[st_idx]),j-k);
247                         MD_Update(&m,&(state[0]),k);
248                         }
249                 else
250                         MD_Update(&m,&(state[st_idx]),j);
251                         
252                 MD_Update(&m,buf,j);
253                 MD_Update(&m,(unsigned char *)&(md_c[0]),sizeof(md_c));
254                 MD_Final(local_md,&m);
255                 md_c[1]++;
256
257                 buf=(const char *)buf + j;
258
259                 for (k=0; k<j; k++)
260                         {
261                         /* Parallel threads may interfere with this,
262                          * but always each byte of the new state is
263                          * the XOR of some previous value of its
264                          * and local_md (itermediate values may be lost).
265                          * Alway using locking could hurt performance more
266                          * than necessary given that conflicts occur only
267                          * when the total seeding is longer than the random
268                          * state. */
269                         state[st_idx++]^=local_md[k];
270                         if (st_idx >= STATE_SIZE)
271                                 st_idx=0;
272                         }
273                 }
274         memset((char *)&m,0,sizeof(m));
275
276         CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
277         /* Don't just copy back local_md into md -- this could mean that
278          * other thread's seeding remains without effect (except for
279          * the incremented counter).  By XORing it we keep at least as
280          * much entropy as fits into md. */
281         for (k = 0; k < sizeof md; k++)
282                 {
283                 md[k] ^= local_md[k];
284                 }
285         CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
286         
287 #ifndef THREADS 
288         assert(md_c[1] == md_count[1]);
289 #endif
290         if (entropy < ENTROPY_NEEDED) /* stop counting when we have enough */
291             entropy += add;
292         }
293
294 static void ssleay_rand_seed(const void *buf, int num)
295         {
296         ssleay_rand_add(buf, num, num);
297         }
298
299 static void ssleay_rand_initialize(void)
300         {
301         unsigned long l;
302 #ifndef GETPID_IS_MEANINGLESS
303         pid_t curr_pid = getpid();
304 #endif
305 #ifdef DEVRANDOM
306         FILE *fh;
307 #endif
308
309         CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
310         /* put in some default random data, we need more than just this */
311 #ifndef GETPID_IS_MEANINGLESS
312         l=curr_pid;
313         RAND_add(&l,sizeof(l),0);
314         l=getuid();
315         RAND_add(&l,sizeof(l),0);
316 #endif
317         l=time(NULL);
318         RAND_add(&l,sizeof(l),0);
319
320 #ifdef DEVRANDOM
321         /* Use a random entropy pool device. Linux and FreeBSD have
322          * this. Use /dev/urandom if you can as /dev/random will block
323          * if it runs out of random entries.  */
324
325         if ((fh = fopen(DEVRANDOM, "r")) != NULL)
326                 {
327                 unsigned char tmpbuf[ENTROPY_NEEDED];
328                 int n;
329                 
330                 n=fread((unsigned char *)tmpbuf,1,ENTROPY_NEEDED,fh);
331                 fclose(fh);
332                 RAND_add(tmpbuf,sizeof tmpbuf,n);
333                 memset(tmpbuf,0,n);
334                 }
335 #endif
336 #ifdef PURIFY
337         memset(state,0,STATE_SIZE);
338         memset(md,0,MD_DIGEST_LENGTH);
339 #endif
340         CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
341         initialized=1;
342         }
343
344 static int ssleay_rand_bytes(unsigned char *buf, int num)
345         {
346         int i,j,k,st_num,st_idx;
347         int ok;
348         long md_c[2];
349         unsigned char local_md[MD_DIGEST_LENGTH];
350         MD_CTX m;
351 #ifndef GETPID_IS_MEANINGLESS
352         pid_t curr_pid = getpid();
353 #endif
354
355 #ifdef PREDICT
356         {
357         static unsigned char val=0;
358
359         for (i=0; i<num; i++)
360                 buf[i]=val++;
361         return(1);
362         }
363 #endif
364
365         /*
366          * (Based on the rand(3) manpage:)
367          *
368          * For each group of 10 bytes (or less), we do the following:
369          *
370          * Input into the hash function the top 10 bytes from the
371          * local 'md' (which is initialized from the global 'md'
372          * before any bytes are generated), the bytes that are
373          * to be overwritten by the random bytes, and bytes from the
374          * 'state' (incrementing looping index).  From this digest output
375          * (which is kept in 'md'), the top (up to) 10 bytes are
376          * returned to the caller and the bottom (up to) 10 bytes are xored
377          * into the 'state'.
378          * Finally, after we have finished 'num' random bytes for the
379          * caller, 'count' (which is incremented) and the local and global 'md'
380          * are fed into the hash function and the results are kept in the
381          * global 'md'.
382          */
383
384         CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
385
386         if (!initialized)
387                 ssleay_rand_initialize();
388
389         ok = (entropy >= ENTROPY_NEEDED);
390
391         st_idx=state_index;
392         st_num=state_num;
393         md_c[0] = md_count[0];
394         md_c[1] = md_count[1];
395         memcpy(local_md, md, sizeof md);
396
397         state_index+=num;
398         if (state_index > state_num)
399                 state_index %= state_num;
400
401         /* state[st_idx], ..., state[(st_idx + num - 1) % st_num]
402          * are now ours (but other threads may use them too) */
403
404         md_count[0] += 1;
405         CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
406
407         while (num > 0)
408                 {
409                 j=(num >= MD_DIGEST_LENGTH/2)?MD_DIGEST_LENGTH/2:num;
410                 num-=j;
411                 MD_Init(&m);
412 #ifndef GETPID_IS_MEANINGLESS
413                 if (curr_pid) /* just in the first iteration to save time */
414                         {
415                         MD_Update(&m,(unsigned char*)&curr_pid,sizeof curr_pid);
416                         curr_pid = 0;
417                         }
418 #endif
419                 MD_Update(&m,&(local_md[MD_DIGEST_LENGTH/2]),MD_DIGEST_LENGTH/2);
420                 MD_Update(&m,(unsigned char *)&(md_c[0]),sizeof(md_c));
421 #ifndef PURIFY
422                 MD_Update(&m,buf,j); /* purify complains */
423 #endif
424                 k=(st_idx+j)-st_num;
425                 if (k > 0)
426                         {
427                         MD_Update(&m,&(state[st_idx]),j-k);
428                         MD_Update(&m,&(state[0]),k);
429                         }
430                 else
431                         MD_Update(&m,&(state[st_idx]),j);
432                 MD_Final(local_md,&m);
433
434                 for (i=0; i<j; i++)
435                         {
436                         state[st_idx++]^=local_md[i]; /* may compete with other threads */
437                         *(buf++)=local_md[i+MD_DIGEST_LENGTH/2];
438                         if (st_idx >= st_num)
439                                 st_idx=0;
440                         }
441                 }
442
443         MD_Init(&m);
444         MD_Update(&m,(unsigned char *)&(md_c[0]),sizeof(md_c));
445         MD_Update(&m,local_md,MD_DIGEST_LENGTH);
446         CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
447         MD_Update(&m,md,MD_DIGEST_LENGTH);
448         MD_Final(md,&m);
449         CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
450
451         memset(&m,0,sizeof(m));
452         if (ok)
453                 return(1);
454         else
455                 {
456                 RANDerr(RAND_F_SSLEAY_RAND_BYTES,RAND_R_PRNG_NOT_SEEDED);
457                 return(0);
458                 }
459         }
460
461 /* pseudo-random bytes that are guaranteed to be unique but not
462    unpredictable */
463 static int ssleay_rand_pseudo_bytes(unsigned char *buf, int num) 
464         {
465         int ret, err;
466
467         ret = RAND_bytes(buf, num);
468         if (ret == 0)
469                 {
470                 err = ERR_peek_error();
471                 if (ERR_GET_LIB(err) == ERR_LIB_RAND &&
472                     ERR_GET_REASON(err) == RAND_R_PRNG_NOT_SEEDED)
473                         (void)ERR_get_error();
474                 }
475         return (ret);
476         }
477
478 int RAND_status(void)
479         {
480         if (!initialized)
481                 ssleay_rand_initialize();
482         return (entropy >= ENTROPY_NEEDED);
483         }
484
485 #ifdef WINDOWS
486 #include <windows.h>
487 #include <openssl/rand.h>
488
489 /*****************************************************************************
490  * Initialisation function for the SSL random generator.  Takes the contents
491  * of the screen as random seed.
492  *
493  * Created 960901 by Gertjan van Oosten, gertjan@West.NL, West Consulting B.V.
494  *
495  * Code adapted from
496  * <URL:http://www.microsoft.com/kb/developr/win_dk/q97193.htm>;
497  * the original copyright message is:
498  *
499  *   (C) Copyright Microsoft Corp. 1993.  All rights reserved.
500  *
501  *   You have a royalty-free right to use, modify, reproduce and
502  *   distribute the Sample Files (and/or any modified version) in
503  *   any way you find useful, provided that you agree that
504  *   Microsoft has no warranty obligations or liability for any
505  *   Sample Application Files which are modified.
506  */
507 /*
508  * I have modified the loading of bytes via RAND_seed() mechanism since
509  * the original would have been very very CPU intensive since RAND_seed()
510  * does an MD5 per 16 bytes of input.  The cost to digest 16 bytes is the same
511  * as that to digest 56 bytes.  So under the old system, a screen of
512  * 1024*768*256 would have been CPU cost of approximately 49,000 56 byte MD5
513  * digests or digesting 2.7 mbytes.  What I have put in place would
514  * be 48 16k MD5 digests, or effectively 48*16+48 MD5 bytes or 816 kbytes
515  * or about 3.5 times as much.
516  * - eric 
517  */
518 void RAND_screen(void)
519 {
520   HDC           hScrDC;         /* screen DC */
521   HDC           hMemDC;         /* memory DC */
522   HBITMAP       hBitmap;        /* handle for our bitmap */
523   HBITMAP       hOldBitmap;     /* handle for previous bitmap */
524   BITMAP        bm;             /* bitmap properties */
525   unsigned int  size;           /* size of bitmap */
526   char          *bmbits;        /* contents of bitmap */
527   int           w;              /* screen width */
528   int           h;              /* screen height */
529   int           y;              /* y-coordinate of screen lines to grab */
530   int           n = 16;         /* number of screen lines to grab at a time */
531
532   /* Create a screen DC and a memory DC compatible to screen DC */
533   hScrDC = CreateDC("DISPLAY", NULL, NULL, NULL);
534   hMemDC = CreateCompatibleDC(hScrDC);
535
536   /* Get screen resolution */
537   w = GetDeviceCaps(hScrDC, HORZRES);
538   h = GetDeviceCaps(hScrDC, VERTRES);
539
540   /* Create a bitmap compatible with the screen DC */
541   hBitmap = CreateCompatibleBitmap(hScrDC, w, n);
542
543   /* Select new bitmap into memory DC */
544   hOldBitmap = SelectObject(hMemDC, hBitmap);
545
546   /* Get bitmap properties */
547   GetObject(hBitmap, sizeof(BITMAP), (LPSTR)&bm);
548   size = (unsigned int)bm.bmWidthBytes * bm.bmHeight * bm.bmPlanes;
549
550   bmbits = Malloc(size);
551   if (bmbits) {
552     /* Now go through the whole screen, repeatedly grabbing n lines */
553     for (y = 0; y < h-n; y += n)
554         {
555         unsigned char md[MD_DIGEST_LENGTH];
556
557         /* Bitblt screen DC to memory DC */
558         BitBlt(hMemDC, 0, 0, w, n, hScrDC, 0, y, SRCCOPY);
559
560         /* Copy bitmap bits from memory DC to bmbits */
561         GetBitmapBits(hBitmap, size, bmbits);
562
563         /* Get the MD5 of the bitmap */
564         MD(bmbits,size,md);
565
566         /* Seed the random generator with the MD5 digest */
567         RAND_seed(md, MD_DIGEST_LENGTH);
568         }
569
570     Free(bmbits);
571   }
572
573   /* Select old bitmap back into memory DC */
574   hBitmap = SelectObject(hMemDC, hOldBitmap);
575
576   /* Clean up */
577   DeleteObject(hBitmap);
578   DeleteDC(hMemDC);
579   DeleteDC(hScrDC);
580 }
581 #endif