xref: /freebsd/contrib/unbound/compat/arc4random.c (revision b5663de9eb877cb7ebb54c4ae4eb81007bb17df4)
1ff825849SDag-Erling Smørgrav /*      $OpenBSD: arc4random.c,v 1.41 2014/07/12 13:24:54 deraadt Exp $ */
2ff825849SDag-Erling Smørgrav 
3ff825849SDag-Erling Smørgrav /*
4ff825849SDag-Erling Smørgrav  * Copyright (c) 1996, David Mazieres <dm@uun.org>
5ff825849SDag-Erling Smørgrav  * Copyright (c) 2008, Damien Miller <djm@openbsd.org>
6ff825849SDag-Erling Smørgrav  * Copyright (c) 2013, Markus Friedl <markus@openbsd.org>
7ff825849SDag-Erling Smørgrav  *
8ff825849SDag-Erling Smørgrav  * Permission to use, copy, modify, and distribute this software for any
9ff825849SDag-Erling Smørgrav  * purpose with or without fee is hereby granted, provided that the above
10ff825849SDag-Erling Smørgrav  * copyright notice and this permission notice appear in all copies.
11ff825849SDag-Erling Smørgrav  *
12ff825849SDag-Erling Smørgrav  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS" AND THE AUTHOR DISCLAIMS ALL WARRANTIES
13ff825849SDag-Erling Smørgrav  * WITH REGARD TO THIS SOFTWARE INCLUDING ALL IMPLIED WARRANTIES OF
14ff825849SDag-Erling Smørgrav  * MERCHANTABILITY AND FITNESS. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR
15ff825849SDag-Erling Smørgrav  * ANY SPECIAL, DIRECT, INDIRECT, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES OR ANY DAMAGES
16ff825849SDag-Erling Smørgrav  * WHATSOEVER RESULTING FROM LOSS OF USE, DATA OR PROFITS, WHETHER IN AN
17ff825849SDag-Erling Smørgrav  * ACTION OF CONTRACT, NEGLIGENCE OR OTHER TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF
18ff825849SDag-Erling Smørgrav  * OR IN CONNECTION WITH THE USE OR PERFORMANCE OF THIS SOFTWARE.
19ff825849SDag-Erling Smørgrav  */
20ff825849SDag-Erling Smørgrav #include "config.h"
21ff825849SDag-Erling Smørgrav 
22ff825849SDag-Erling Smørgrav /*
23ff825849SDag-Erling Smørgrav  * ChaCha based random number generator for OpenBSD.
24ff825849SDag-Erling Smørgrav  */
25ff825849SDag-Erling Smørgrav 
26ff825849SDag-Erling Smørgrav #include <fcntl.h>
27ff825849SDag-Erling Smørgrav #include <limits.h>
28ff825849SDag-Erling Smørgrav #include <signal.h>
2905ab2901SDag-Erling Smørgrav #ifdef HAVE_STDINT_H
30ff825849SDag-Erling Smørgrav #include <stdint.h>
3105ab2901SDag-Erling Smørgrav #endif
32ff825849SDag-Erling Smørgrav #include <stdlib.h>
33ff825849SDag-Erling Smørgrav #include <string.h>
34ff825849SDag-Erling Smørgrav #include <unistd.h>
35ff825849SDag-Erling Smørgrav #include <sys/types.h>
36ff825849SDag-Erling Smørgrav #include <sys/param.h>
37ff825849SDag-Erling Smørgrav #include <sys/time.h>
38ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifndef UB_ON_WINDOWS
39ff825849SDag-Erling Smørgrav #include <sys/mman.h>
40ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif
41ff825849SDag-Erling Smørgrav 
42ff825849SDag-Erling Smørgrav #define KEYSTREAM_ONLY
43ff825849SDag-Erling Smørgrav #include "chacha_private.h"
44ff825849SDag-Erling Smørgrav 
45ff825849SDag-Erling Smørgrav #define arc4_min(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))
46ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifdef __GNUC__
47ff825849SDag-Erling Smørgrav #define inline __inline
48ff825849SDag-Erling Smørgrav #else				/* !__GNUC__ */
49ff825849SDag-Erling Smørgrav #define inline
50ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif				/* !__GNUC__ */
51*b5663de9SDag-Erling Smørgrav #ifndef MAP_ANON
52*b5663de9SDag-Erling Smørgrav #define MAP_ANON MAP_ANONYMOUS
53*b5663de9SDag-Erling Smørgrav #endif
54ff825849SDag-Erling Smørgrav 
55ff825849SDag-Erling Smørgrav #define KEYSZ	32
56ff825849SDag-Erling Smørgrav #define IVSZ	8
57ff825849SDag-Erling Smørgrav #define BLOCKSZ	64
58ff825849SDag-Erling Smørgrav #define RSBUFSZ	(16*BLOCKSZ)
59ff825849SDag-Erling Smørgrav 
60ff825849SDag-Erling Smørgrav /* Marked MAP_INHERIT_ZERO, so zero'd out in fork children. */
61ff825849SDag-Erling Smørgrav static struct {
62ff825849SDag-Erling Smørgrav 	size_t		rs_have;	/* valid bytes at end of rs_buf */
63ff825849SDag-Erling Smørgrav 	size_t		rs_count;	/* bytes till reseed */
64ff825849SDag-Erling Smørgrav } *rs;
65ff825849SDag-Erling Smørgrav 
66ff825849SDag-Erling Smørgrav /* Preserved in fork children. */
67ff825849SDag-Erling Smørgrav static struct {
68ff825849SDag-Erling Smørgrav 	chacha_ctx	rs_chacha;	/* chacha context for random keystream */
69ff825849SDag-Erling Smørgrav 	u_char		rs_buf[RSBUFSZ];	/* keystream blocks */
70ff825849SDag-Erling Smørgrav } *rsx;
71ff825849SDag-Erling Smørgrav 
72ff825849SDag-Erling Smørgrav static inline void _rs_rekey(u_char *dat, size_t datlen);
73ff825849SDag-Erling Smørgrav 
74ff825849SDag-Erling Smørgrav static inline void
75ff825849SDag-Erling Smørgrav _rs_init(u_char *buf, size_t n)
76ff825849SDag-Erling Smørgrav {
77ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (n < KEYSZ + IVSZ)
78ff825849SDag-Erling Smørgrav 		return;
79ff825849SDag-Erling Smørgrav 
80ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (rs == NULL) {
81ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifndef UB_ON_WINDOWS
82ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if ((rs = mmap(NULL, sizeof(*rs), PROT_READ|PROT_WRITE,
83ff825849SDag-Erling Smørgrav 		    MAP_ANON|MAP_PRIVATE, -1, 0)) == MAP_FAILED)
84ff825849SDag-Erling Smørgrav 			abort();
85ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifdef MAP_INHERIT_ZERO
86ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if (minherit(rs, sizeof(*rs), MAP_INHERIT_ZERO) == -1)
87ff825849SDag-Erling Smørgrav 			abort();
88ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif
89ff825849SDag-Erling Smørgrav #else /* WINDOWS */
90ff825849SDag-Erling Smørgrav 		rs = malloc(sizeof(*rs));
91ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if(!rs)
92ff825849SDag-Erling Smørgrav 			abort();
93ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif
94ff825849SDag-Erling Smørgrav 	}
95ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (rsx == NULL) {
96ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifndef UB_ON_WINDOWS
97ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if ((rsx = mmap(NULL, sizeof(*rsx), PROT_READ|PROT_WRITE,
98ff825849SDag-Erling Smørgrav 		    MAP_ANON|MAP_PRIVATE, -1, 0)) == MAP_FAILED)
99ff825849SDag-Erling Smørgrav 			abort();
100ff825849SDag-Erling Smørgrav #else /* WINDOWS */
101ff825849SDag-Erling Smørgrav 		rsx = malloc(sizeof(*rsx));
102ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if(!rsx)
103ff825849SDag-Erling Smørgrav 			abort();
104ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif
105ff825849SDag-Erling Smørgrav 	}
106ff825849SDag-Erling Smørgrav 
107ff825849SDag-Erling Smørgrav 	chacha_keysetup(&rsx->rs_chacha, buf, KEYSZ * 8, 0);
108ff825849SDag-Erling Smørgrav 	chacha_ivsetup(&rsx->rs_chacha, buf + KEYSZ);
109ff825849SDag-Erling Smørgrav }
110ff825849SDag-Erling Smørgrav 
111ff825849SDag-Erling Smørgrav static void
112ff825849SDag-Erling Smørgrav _rs_stir(void)
113ff825849SDag-Erling Smørgrav {
114ff825849SDag-Erling Smørgrav 	u_char rnd[KEYSZ + IVSZ];
115ff825849SDag-Erling Smørgrav 
116ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (getentropy(rnd, sizeof rnd) == -1) {
117ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifdef SIGKILL
118ff825849SDag-Erling Smørgrav 		raise(SIGKILL);
119ff825849SDag-Erling Smørgrav #else
120ff825849SDag-Erling Smørgrav 		exit(9); /* windows */
121ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif
122ff825849SDag-Erling Smørgrav 	}
123ff825849SDag-Erling Smørgrav 
124ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (!rs)
125ff825849SDag-Erling Smørgrav 		_rs_init(rnd, sizeof(rnd));
126ff825849SDag-Erling Smørgrav 	else
127ff825849SDag-Erling Smørgrav 		_rs_rekey(rnd, sizeof(rnd));
128ff825849SDag-Erling Smørgrav 	explicit_bzero(rnd, sizeof(rnd));	/* discard source seed */
129ff825849SDag-Erling Smørgrav 
130ff825849SDag-Erling Smørgrav 	/* invalidate rs_buf */
131ff825849SDag-Erling Smørgrav 	rs->rs_have = 0;
132ff825849SDag-Erling Smørgrav 	memset(rsx->rs_buf, 0, sizeof(rsx->rs_buf));
133ff825849SDag-Erling Smørgrav 
134ff825849SDag-Erling Smørgrav 	rs->rs_count = 1600000;
135ff825849SDag-Erling Smørgrav }
136ff825849SDag-Erling Smørgrav 
137ff825849SDag-Erling Smørgrav static inline void
138ff825849SDag-Erling Smørgrav _rs_stir_if_needed(size_t len)
139ff825849SDag-Erling Smørgrav {
140ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifndef MAP_INHERIT_ZERO
141ff825849SDag-Erling Smørgrav 	static pid_t _rs_pid = 0;
142ff825849SDag-Erling Smørgrav 	pid_t pid = getpid();
143ff825849SDag-Erling Smørgrav 
144ff825849SDag-Erling Smørgrav 	/* If a system lacks MAP_INHERIT_ZERO, resort to getpid() */
145ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (_rs_pid == 0 || _rs_pid != pid) {
146ff825849SDag-Erling Smørgrav 		_rs_pid = pid;
147ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if (rs)
148ff825849SDag-Erling Smørgrav 			rs->rs_count = 0;
149ff825849SDag-Erling Smørgrav 	}
150ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif
151ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (!rs || rs->rs_count <= len)
152ff825849SDag-Erling Smørgrav 		_rs_stir();
153ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (rs->rs_count <= len)
154ff825849SDag-Erling Smørgrav 		rs->rs_count = 0;
155ff825849SDag-Erling Smørgrav 	else
156ff825849SDag-Erling Smørgrav 		rs->rs_count -= len;
157ff825849SDag-Erling Smørgrav }
158ff825849SDag-Erling Smørgrav 
159ff825849SDag-Erling Smørgrav static inline void
160ff825849SDag-Erling Smørgrav _rs_rekey(u_char *dat, size_t datlen)
161ff825849SDag-Erling Smørgrav {
162ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifndef KEYSTREAM_ONLY
163ff825849SDag-Erling Smørgrav 	memset(rsx->rs_buf, 0, sizeof(rsx->rs_buf));
164ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif
165ff825849SDag-Erling Smørgrav 	/* fill rs_buf with the keystream */
166ff825849SDag-Erling Smørgrav 	chacha_encrypt_bytes(&rsx->rs_chacha, rsx->rs_buf,
167ff825849SDag-Erling Smørgrav 	    rsx->rs_buf, sizeof(rsx->rs_buf));
168ff825849SDag-Erling Smørgrav 	/* mix in optional user provided data */
169ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (dat) {
170ff825849SDag-Erling Smørgrav 		size_t i, m;
171ff825849SDag-Erling Smørgrav 
172ff825849SDag-Erling Smørgrav 		m = arc4_min(datlen, KEYSZ + IVSZ);
173ff825849SDag-Erling Smørgrav 		for (i = 0; i < m; i++)
174ff825849SDag-Erling Smørgrav 			rsx->rs_buf[i] ^= dat[i];
175ff825849SDag-Erling Smørgrav 	}
176ff825849SDag-Erling Smørgrav 	/* immediately reinit for backtracking resistance */
177ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_rs_init(rsx->rs_buf, KEYSZ + IVSZ);
178ff825849SDag-Erling Smørgrav 	memset(rsx->rs_buf, 0, KEYSZ + IVSZ);
179ff825849SDag-Erling Smørgrav 	rs->rs_have = sizeof(rsx->rs_buf) - KEYSZ - IVSZ;
180ff825849SDag-Erling Smørgrav }
181ff825849SDag-Erling Smørgrav 
182ff825849SDag-Erling Smørgrav static inline void
183ff825849SDag-Erling Smørgrav _rs_random_buf(void *_buf, size_t n)
184ff825849SDag-Erling Smørgrav {
185ff825849SDag-Erling Smørgrav 	u_char *buf = (u_char *)_buf;
186ff825849SDag-Erling Smørgrav 	u_char *keystream;
187ff825849SDag-Erling Smørgrav 	size_t m;
188ff825849SDag-Erling Smørgrav 
189ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_rs_stir_if_needed(n);
190ff825849SDag-Erling Smørgrav 	while (n > 0) {
191ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if (rs->rs_have > 0) {
192ff825849SDag-Erling Smørgrav 			m = arc4_min(n, rs->rs_have);
193ff825849SDag-Erling Smørgrav 			keystream = rsx->rs_buf + sizeof(rsx->rs_buf)
194ff825849SDag-Erling Smørgrav 			    - rs->rs_have;
195ff825849SDag-Erling Smørgrav 			memcpy(buf, keystream, m);
196ff825849SDag-Erling Smørgrav 			memset(keystream, 0, m);
197ff825849SDag-Erling Smørgrav 			buf += m;
198ff825849SDag-Erling Smørgrav 			n -= m;
199ff825849SDag-Erling Smørgrav 			rs->rs_have -= m;
200ff825849SDag-Erling Smørgrav 		}
201ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if (rs->rs_have == 0)
202ff825849SDag-Erling Smørgrav 			_rs_rekey(NULL, 0);
203ff825849SDag-Erling Smørgrav 	}
204ff825849SDag-Erling Smørgrav }
205ff825849SDag-Erling Smørgrav 
206ff825849SDag-Erling Smørgrav static inline void
207ff825849SDag-Erling Smørgrav _rs_random_u32(uint32_t *val)
208ff825849SDag-Erling Smørgrav {
209ff825849SDag-Erling Smørgrav 	u_char *keystream;
210ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_rs_stir_if_needed(sizeof(*val));
211ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (rs->rs_have < sizeof(*val))
212ff825849SDag-Erling Smørgrav 		_rs_rekey(NULL, 0);
213ff825849SDag-Erling Smørgrav 	keystream = rsx->rs_buf + sizeof(rsx->rs_buf) - rs->rs_have;
214ff825849SDag-Erling Smørgrav 	memcpy(val, keystream, sizeof(*val));
215ff825849SDag-Erling Smørgrav 	memset(keystream, 0, sizeof(*val));
216ff825849SDag-Erling Smørgrav 	rs->rs_have -= sizeof(*val);
217ff825849SDag-Erling Smørgrav }
218ff825849SDag-Erling Smørgrav 
219ff825849SDag-Erling Smørgrav uint32_t
220ff825849SDag-Erling Smørgrav arc4random(void)
221ff825849SDag-Erling Smørgrav {
222ff825849SDag-Erling Smørgrav 	uint32_t val;
223ff825849SDag-Erling Smørgrav 
224ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_ARC4_LOCK();
225ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_rs_random_u32(&val);
226ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_ARC4_UNLOCK();
227ff825849SDag-Erling Smørgrav 	return val;
228ff825849SDag-Erling Smørgrav }
229ff825849SDag-Erling Smørgrav 
230ff825849SDag-Erling Smørgrav void
231ff825849SDag-Erling Smørgrav arc4random_buf(void *buf, size_t n)
232ff825849SDag-Erling Smørgrav {
233ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_ARC4_LOCK();
234ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_rs_random_buf(buf, n);
235ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_ARC4_UNLOCK();
236ff825849SDag-Erling Smørgrav }
237