dbed1dcde26c10f0c6275b08b64cafe774d4505c
[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 32  /* require 128 bits 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 int entropy=0;
142
143 const char *RAND_version="RAND" OPENSSL_VERSION_PTEXT;
144
145 static void ssleay_rand_cleanup(void);
146 static void ssleay_rand_seed(const void *buf, int num);
147 static void ssleay_rand_add(const void *buf, int num, int add_entropy);
148 static int ssleay_rand_bytes(unsigned char *buf, int num);
149
150 RAND_METHOD rand_ssleay_meth={
151         ssleay_rand_seed,
152         ssleay_rand_bytes,
153         ssleay_rand_cleanup,
154         ssleay_rand_add,
155         }; 
156
157 RAND_METHOD *RAND_SSLeay(void)
158         {
159         return(&rand_ssleay_meth);
160         }
161
162 static void ssleay_rand_cleanup(void)
163         {
164         memset(state,0,sizeof(state));
165         state_num=0;
166         state_index=0;
167         memset(md,0,MD_DIGEST_LENGTH);
168         md_count[0]=0;
169         md_count[1]=0;
170         entropy=0;
171         }
172
173 static void ssleay_rand_add(const void *buf, int num, int add)
174         {
175         int i,j,k,st_idx;
176         long md_c[2];
177         unsigned char local_md[MD_DIGEST_LENGTH];
178         MD_CTX m;
179
180 #ifdef NORAND
181         return;
182 #endif
183
184         /*
185          * (Based on doc/ssleay.txt, section rand.doc:)
186          *
187          * The input is chopped up into units of 16 bytes (or less for
188          * the last block).  Each of these blocks is run through the MD5
189          * message digest as follow:  The data passed to the MD5 digest
190          * is the current 'md', the same number of bytes from the 'state'
191          * (the location determined by in incremented looping index) as
192          * the current 'block', the new key data 'block', and 'count'
193          * (which is incremented after each use).
194          * The result of this is kept in 'md' and also xored into the
195          * 'state' at the same locations that were used as input into the MD5.
196          */
197
198         CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
199         st_idx=state_index;
200
201         /* use our own copies of the counters so that even
202          * if a concurrent thread seeds with exactly the
203          * same data and uses the same subarray there's _some_
204          * difference */
205         md_c[0] = md_count[0];
206         md_c[1] = md_count[1];
207
208         memcpy(local_md, md, sizeof md);
209
210         /* state_index <= state_num <= STATE_SIZE */
211         state_index += num;
212         if (state_index >= STATE_SIZE)
213                 {
214                 state_index%=STATE_SIZE;
215                 state_num=STATE_SIZE;
216                 }
217         else if (state_num < STATE_SIZE)        
218                 {
219                 if (state_index > state_num)
220                         state_num=state_index;
221                 }
222         /* state_index <= state_num <= STATE_SIZE */
223
224         /* state[st_idx], ..., state[(st_idx + num - 1) % STATE_SIZE]
225          * are what we will use now, but other threads may use them
226          * as well */
227
228         md_count[1] += (num / MD_DIGEST_LENGTH) + (num % MD_DIGEST_LENGTH > 0);
229
230         CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
231
232         for (i=0; i<num; i+=MD_DIGEST_LENGTH)
233                 {
234                 j=(num-i);
235                 j=(j > MD_DIGEST_LENGTH)?MD_DIGEST_LENGTH:j;
236
237                 MD_Init(&m);
238                 MD_Update(&m,local_md,MD_DIGEST_LENGTH);
239                 k=(st_idx+j)-STATE_SIZE;
240                 if (k > 0)
241                         {
242                         MD_Update(&m,&(state[st_idx]),j-k);
243                         MD_Update(&m,&(state[0]),k);
244                         }
245                 else
246                         MD_Update(&m,&(state[st_idx]),j);
247                         
248                 MD_Update(&m,buf,j);
249                 MD_Update(&m,(unsigned char *)&(md_c[0]),sizeof(md_c));
250                 MD_Final(local_md,&m);
251                 md_c[1]++;
252
253                 buf=(const char *)buf + j;
254
255                 for (k=0; k<j; k++)
256                         {
257                         /* Parallel threads may interfere with this,
258                          * but always each byte of the new state is
259                          * the XOR of some previous value of its
260                          * and local_md (itermediate values may be lost).
261                          * Alway using locking could hurt performance more
262                          * than necessary given that conflicts occur only
263                          * when the total seeding is longer than the random
264                          * state. */
265                         state[st_idx++]^=local_md[k];
266                         if (st_idx >= STATE_SIZE)
267                                 st_idx=0;
268                         }
269                 }
270         memset((char *)&m,0,sizeof(m));
271
272         CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
273         /* Don't just copy back local_md into md -- this could mean that
274          * other thread's seeding remains without effect (except for
275          * the incremented counter).  By XORing it we keep at least as
276          * much entropy as fits into md. */
277         for (k = 0; k < sizeof md; k++)
278                 {
279                 md[k] ^= local_md[k];
280                 }
281         CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
282         
283 #ifndef THREADS 
284         assert(md_c[1] == md_count[1]);
285 #endif
286         entropy += add;
287         }
288
289 static void ssleay_rand_seed(const void *buf, int num)
290         {
291         ssleay_rand_add(buf, num, num);
292         }
293
294 static int ssleay_rand_bytes(unsigned char *buf, int num)
295         {
296         int i,j,k,st_num,st_idx;
297         int ok;
298         long md_c[2];
299         unsigned char local_md[MD_DIGEST_LENGTH];
300         MD_CTX m;
301         static int init=1;
302         unsigned long l;
303 #ifndef GETPID_IS_MEANINGLESS
304         pid_t curr_pid = getpid();
305 #endif
306 #ifdef DEVRANDOM
307         FILE *fh;
308 #endif
309
310 #ifdef PREDICT
311         {
312         static unsigned char val=0;
313
314         for (i=0; i<num; i++)
315                 buf[i]=val++;
316         return(1);
317         }
318 #endif
319
320         /*
321          * (Based on doc/ssleay.txt, section rand.doc:)
322          *
323          * For each group of 8 bytes (or less), we do the following,
324          *
325          * Input into MD5, the top 8 bytes from 'md', the byte that are
326          * to be overwritten by the random bytes and bytes from the
327          * 'state' (incrementing looping index).  From this digest output
328          * (which is kept in 'md'), the top (upto) 8 bytes are
329          * returned to the caller and the bottom (upto) 8 bytes are xored
330          * into the 'state'.
331          * Finally, after we have finished 'num' random bytes for the
332          * caller, 'count' (which is incremented) and the local and globl 'md'
333          * are fed into MD5 and the results are kept in the global 'md'.
334          */
335
336         CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
337
338         if (init)
339                 {
340                 CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
341                 /* put in some default random data, we need more than
342                  * just this */
343                 RAND_add(&m,sizeof(m),0);
344 #ifndef GETPID_IS_MEANINGLESS
345                 l=curr_pid;
346                 RAND_add(&l,sizeof(l),0);
347                 l=getuid();
348                 RAND_add(&l,sizeof(l),0);
349 #endif
350                 l=time(NULL);
351                 RAND_add(&l,sizeof(l),0);
352
353 #ifdef DEVRANDOM
354                 /* 
355                  * Use a random entropy pool device.
356                  * Linux 1.3.x and FreeBSD-Current has 
357                  * this. Use /dev/urandom if you can
358                  * as /dev/random will block if it runs out
359                  * of random entries.
360                  */
361                 if ((fh = fopen(DEVRANDOM, "r")) != NULL)
362                         {
363                         unsigned char tmpbuf[ENTROPY_NEEDED];
364                         int n;
365
366                         n=fread((unsigned char *)tmpbuf,1,ENTROPY_NEEDED,fh);
367                         fclose(fh);
368                         RAND_add(tmpbuf,sizeof tmpbuf,n);
369                         memset(tmpbuf,0,n);
370                         }
371 #endif
372 #ifdef PURIFY
373                 memset(state,0,STATE_SIZE);
374                 memset(md,0,MD_DIGEST_LENGTH);
375 #endif
376                 CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
377                 init=0;
378                 }
379
380         ok = (entropy >= ENTROPY_NEEDED);
381
382         st_idx=state_index;
383         st_num=state_num;
384         md_c[0] = md_count[0];
385         md_c[1] = md_count[1];
386         memcpy(local_md, md, sizeof md);
387
388         state_index+=num;
389         if (state_index > state_num)
390                 state_index %= state_num;
391
392         /* state[st_idx], ..., state[(st_idx + num - 1) % st_num]
393          * are now ours (but other threads may use them too) */
394
395         md_count[0] += 1;
396         CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
397
398         while (num > 0)
399                 {
400                 j=(num >= MD_DIGEST_LENGTH/2)?MD_DIGEST_LENGTH/2:num;
401                 num-=j;
402                 MD_Init(&m);
403 #ifndef GETPID_IS_MEANINGLESS
404                 if (curr_pid) /* just in the first iteration to save time */
405                         {
406                         MD_Update(&m,(unsigned char*)&curr_pid,sizeof curr_pid);
407                         curr_pid = 0;
408                         }
409 #endif
410                 MD_Update(&m,&(local_md[MD_DIGEST_LENGTH/2]),MD_DIGEST_LENGTH/2);
411                 MD_Update(&m,(unsigned char *)&(md_c[0]),sizeof(md_c));
412 #ifndef PURIFY
413                 MD_Update(&m,buf,j); /* purify complains */
414 #endif
415                 k=(st_idx+j)-st_num;
416                 if (k > 0)
417                         {
418                         MD_Update(&m,&(state[st_idx]),j-k);
419                         MD_Update(&m,&(state[0]),k);
420                         }
421                 else
422                         MD_Update(&m,&(state[st_idx]),j);
423                 MD_Final(local_md,&m);
424
425                 for (i=0; i<j; i++)
426                         {
427                         state[st_idx++]^=local_md[i]; /* may compete with other threads */
428                         *(buf++)=local_md[i+MD_DIGEST_LENGTH/2];
429                         if (st_idx >= st_num)
430                                 st_idx=0;
431                         }
432                 }
433
434         MD_Init(&m);
435         MD_Update(&m,(unsigned char *)&(md_c[0]),sizeof(md_c));
436         MD_Update(&m,local_md,MD_DIGEST_LENGTH);
437         CRYPTO_w_lock(CRYPTO_LOCK_RAND);
438         MD_Update(&m,md,MD_DIGEST_LENGTH);
439         MD_Final(md,&m);
440         CRYPTO_w_unlock(CRYPTO_LOCK_RAND);
441
442         memset(&m,0,sizeof(m));
443         if (ok)
444                 return(1);
445         else
446                 {
447                 RANDerr(RAND_F_SSLEAY_RAND_BYTES,RAND_R_PRNG_NOT_SEEDED);
448                 return(0);
449                 }
450         }
451
452 #ifdef WINDOWS
453 #include <windows.h>
454 #include <openssl/rand.h>
455
456 /*****************************************************************************
457  * Initialisation function for the SSL random generator.  Takes the contents
458  * of the screen as random seed.
459  *
460  * Created 960901 by Gertjan van Oosten, gertjan@West.NL, West Consulting B.V.
461  *
462  * Code adapted from
463  * <URL:http://www.microsoft.com/kb/developr/win_dk/q97193.htm>;
464  * the original copyright message is:
465  *
466  *   (C) Copyright Microsoft Corp. 1993.  All rights reserved.
467  *
468  *   You have a royalty-free right to use, modify, reproduce and
469  *   distribute the Sample Files (and/or any modified version) in
470  *   any way you find useful, provided that you agree that
471  *   Microsoft has no warranty obligations or liability for any
472  *   Sample Application Files which are modified.
473  */
474 /*
475  * I have modified the loading of bytes via RAND_seed() mechanism since
476  * the origional would have been very very CPU intensive since RAND_seed()
477  * does an MD5 per 16 bytes of input.  The cost to digest 16 bytes is the same
478  * as that to digest 56 bytes.  So under the old system, a screen of
479  * 1024*768*256 would have been CPU cost of approximatly 49,000 56 byte MD5
480  * digests or digesting 2.7 mbytes.  What I have put in place would
481  * be 48 16k MD5 digests, or efectivly 48*16+48 MD5 bytes or 816 kbytes
482  * or about 3.5 times as much.
483  * - eric 
484  */
485 void RAND_screen(void)
486 {
487   HDC           hScrDC;         /* screen DC */
488   HDC           hMemDC;         /* memory DC */
489   HBITMAP       hBitmap;        /* handle for our bitmap */
490   HBITMAP       hOldBitmap;     /* handle for previous bitmap */
491   BITMAP        bm;             /* bitmap properties */
492   unsigned int  size;           /* size of bitmap */
493   char          *bmbits;        /* contents of bitmap */
494   int           w;              /* screen width */
495   int           h;              /* screen height */
496   int           y;              /* y-coordinate of screen lines to grab */
497   int           n = 16;         /* number of screen lines to grab at a time */
498
499   /* Create a screen DC and a memory DC compatible to screen DC */
500   hScrDC = CreateDC("DISPLAY", NULL, NULL, NULL);
501   hMemDC = CreateCompatibleDC(hScrDC);
502
503   /* Get screen resolution */
504   w = GetDeviceCaps(hScrDC, HORZRES);
505   h = GetDeviceCaps(hScrDC, VERTRES);
506
507   /* Create a bitmap compatible with the screen DC */
508   hBitmap = CreateCompatibleBitmap(hScrDC, w, n);
509
510   /* Select new bitmap into memory DC */
511   hOldBitmap = SelectObject(hMemDC, hBitmap);
512
513   /* Get bitmap properties */
514   GetObject(hBitmap, sizeof(BITMAP), (LPSTR)&bm);
515   size = (unsigned int)bm.bmWidthBytes * bm.bmHeight * bm.bmPlanes;
516
517   bmbits = Malloc(size);
518   if (bmbits) {
519     /* Now go through the whole screen, repeatedly grabbing n lines */
520     for (y = 0; y < h-n; y += n)
521         {
522         unsigned char md[MD_DIGEST_LENGTH];
523
524         /* Bitblt screen DC to memory DC */
525         BitBlt(hMemDC, 0, 0, w, n, hScrDC, 0, y, SRCCOPY);
526
527         /* Copy bitmap bits from memory DC to bmbits */
528         GetBitmapBits(hBitmap, size, bmbits);
529
530         /* Get the MD5 of the bitmap */
531         MD(bmbits,size,md);
532
533         /* Seed the random generator with the MD5 digest */
534         RAND_seed(md, MD_DIGEST_LENGTH);
535         }
536
537     Free(bmbits);
538   }
539
540   /* Select old bitmap back into memory DC */
541   hBitmap = SelectObject(hMemDC, hOldBitmap);
542
543   /* Clean up */
544   DeleteObject(hBitmap);
545   DeleteDC(hMemDC);
546   DeleteDC(hScrDC);
547 }
548 #endif