xref: /freebsd/contrib/unbound/compat/arc4random.c (revision e86b9096262054dbb4228fb94def3728edcc8a37)
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__ */
51b5663de9SDag-Erling Smørgrav #ifndef MAP_ANON
52b5663de9SDag-Erling Smørgrav #define MAP_ANON MAP_ANONYMOUS
53b5663de9SDag-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 
743bd4df0aSDag-Erling Smørgrav /*
753bd4df0aSDag-Erling Smørgrav  * Basic sanity checking; wish we could do better.
763bd4df0aSDag-Erling Smørgrav  */
773bd4df0aSDag-Erling Smørgrav static int
783bd4df0aSDag-Erling Smørgrav fallback_gotdata(char *buf, size_t len)
793bd4df0aSDag-Erling Smørgrav {
803bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	char	any_set = 0;
813bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	size_t	i;
823bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 
833bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	for (i = 0; i < len; ++i)
843bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 		any_set |= buf[i];
853bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	if (any_set == 0)
863bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 		return -1;
873bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	return 0;
883bd4df0aSDag-Erling Smørgrav }
893bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 
903bd4df0aSDag-Erling Smørgrav /* fallback for getentropy in case libc returns failure */
913bd4df0aSDag-Erling Smørgrav static int
923bd4df0aSDag-Erling Smørgrav fallback_getentropy_urandom(void *buf, size_t len)
933bd4df0aSDag-Erling Smørgrav {
943bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	size_t i;
953bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	int fd, flags;
963bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	int save_errno = errno;
973bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 
983bd4df0aSDag-Erling Smørgrav start:
993bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 
1003bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	flags = O_RDONLY;
1013bd4df0aSDag-Erling Smørgrav #ifdef O_NOFOLLOW
1023bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	flags |= O_NOFOLLOW;
1033bd4df0aSDag-Erling Smørgrav #endif
1043bd4df0aSDag-Erling Smørgrav #ifdef O_CLOEXEC
1053bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	flags |= O_CLOEXEC;
1063bd4df0aSDag-Erling Smørgrav #endif
1073bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	fd = open("/dev/urandom", flags, 0);
1083bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	if (fd == -1) {
1093bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 		if (errno == EINTR)
1103bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 			goto start;
1113bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 		goto nodevrandom;
1123bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	}
1133bd4df0aSDag-Erling Smørgrav #ifndef O_CLOEXEC
1143bd4df0aSDag-Erling Smørgrav #  ifdef HAVE_FCNTL
1153bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	fcntl(fd, F_SETFD, fcntl(fd, F_GETFD) | FD_CLOEXEC);
1163bd4df0aSDag-Erling Smørgrav #  endif
1173bd4df0aSDag-Erling Smørgrav #endif
1183bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	for (i = 0; i < len; ) {
1193bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 		size_t wanted = len - i;
1203bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 		ssize_t ret = read(fd, (char*)buf + i, wanted);
1213bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 
1223bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 		if (ret == -1) {
1233bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 			if (errno == EAGAIN || errno == EINTR)
1243bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 				continue;
1253bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 			close(fd);
1263bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 			goto nodevrandom;
1273bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 		}
1283bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 		i += ret;
1293bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	}
1303bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	close(fd);
1313bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	if (fallback_gotdata(buf, len) == 0) {
1323bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 		errno = save_errno;
1333bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 		return 0;		/* satisfied */
1343bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	}
1353bd4df0aSDag-Erling Smørgrav nodevrandom:
1363bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	errno = EIO;
1373bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	return -1;
1383bd4df0aSDag-Erling Smørgrav }
1393bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 
140ff825849SDag-Erling Smørgrav static inline void
141ff825849SDag-Erling Smørgrav _rs_init(u_char *buf, size_t n)
142ff825849SDag-Erling Smørgrav {
143*e86b9096SDag-Erling Smørgrav 	assert(buf);
144ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (n < KEYSZ + IVSZ)
145ff825849SDag-Erling Smørgrav 		return;
146ff825849SDag-Erling Smørgrav 
147ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (rs == NULL) {
148ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifndef UB_ON_WINDOWS
149ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if ((rs = mmap(NULL, sizeof(*rs), PROT_READ|PROT_WRITE,
150ff825849SDag-Erling Smørgrav 		    MAP_ANON|MAP_PRIVATE, -1, 0)) == MAP_FAILED)
151ff825849SDag-Erling Smørgrav 			abort();
152ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifdef MAP_INHERIT_ZERO
153ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if (minherit(rs, sizeof(*rs), MAP_INHERIT_ZERO) == -1)
154ff825849SDag-Erling Smørgrav 			abort();
155ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif
156ff825849SDag-Erling Smørgrav #else /* WINDOWS */
157ff825849SDag-Erling Smørgrav 		rs = malloc(sizeof(*rs));
158ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if(!rs)
159ff825849SDag-Erling Smørgrav 			abort();
160ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif
161ff825849SDag-Erling Smørgrav 	}
162ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (rsx == NULL) {
163ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifndef UB_ON_WINDOWS
164ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if ((rsx = mmap(NULL, sizeof(*rsx), PROT_READ|PROT_WRITE,
165ff825849SDag-Erling Smørgrav 		    MAP_ANON|MAP_PRIVATE, -1, 0)) == MAP_FAILED)
166ff825849SDag-Erling Smørgrav 			abort();
167ff825849SDag-Erling Smørgrav #else /* WINDOWS */
168ff825849SDag-Erling Smørgrav 		rsx = malloc(sizeof(*rsx));
169ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if(!rsx)
170ff825849SDag-Erling Smørgrav 			abort();
171ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif
172ff825849SDag-Erling Smørgrav 	}
173ff825849SDag-Erling Smørgrav 
174ff825849SDag-Erling Smørgrav 	chacha_keysetup(&rsx->rs_chacha, buf, KEYSZ * 8, 0);
175ff825849SDag-Erling Smørgrav 	chacha_ivsetup(&rsx->rs_chacha, buf + KEYSZ);
176ff825849SDag-Erling Smørgrav }
177ff825849SDag-Erling Smørgrav 
178ff825849SDag-Erling Smørgrav static void
179ff825849SDag-Erling Smørgrav _rs_stir(void)
180ff825849SDag-Erling Smørgrav {
181ff825849SDag-Erling Smørgrav 	u_char rnd[KEYSZ + IVSZ];
182ff825849SDag-Erling Smørgrav 
183ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (getentropy(rnd, sizeof rnd) == -1) {
1843bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 		if(errno != ENOSYS ||
1853bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 			fallback_getentropy_urandom(rnd, sizeof rnd) == -1) {
186ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifdef SIGKILL
187ff825849SDag-Erling Smørgrav 			raise(SIGKILL);
188ff825849SDag-Erling Smørgrav #else
189ff825849SDag-Erling Smørgrav 			exit(9); /* windows */
190ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif
191ff825849SDag-Erling Smørgrav 		}
1923bd4df0aSDag-Erling Smørgrav 	}
193ff825849SDag-Erling Smørgrav 
194ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (!rs)
195ff825849SDag-Erling Smørgrav 		_rs_init(rnd, sizeof(rnd));
196ff825849SDag-Erling Smørgrav 	else
197ff825849SDag-Erling Smørgrav 		_rs_rekey(rnd, sizeof(rnd));
198ff825849SDag-Erling Smørgrav 	explicit_bzero(rnd, sizeof(rnd));	/* discard source seed */
199ff825849SDag-Erling Smørgrav 
200ff825849SDag-Erling Smørgrav 	/* invalidate rs_buf */
201ff825849SDag-Erling Smørgrav 	rs->rs_have = 0;
202ff825849SDag-Erling Smørgrav 	memset(rsx->rs_buf, 0, sizeof(rsx->rs_buf));
203ff825849SDag-Erling Smørgrav 
204ff825849SDag-Erling Smørgrav 	rs->rs_count = 1600000;
205ff825849SDag-Erling Smørgrav }
206ff825849SDag-Erling Smørgrav 
207ff825849SDag-Erling Smørgrav static inline void
208ff825849SDag-Erling Smørgrav _rs_stir_if_needed(size_t len)
209ff825849SDag-Erling Smørgrav {
210ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifndef MAP_INHERIT_ZERO
211ff825849SDag-Erling Smørgrav 	static pid_t _rs_pid = 0;
212ff825849SDag-Erling Smørgrav 	pid_t pid = getpid();
213ff825849SDag-Erling Smørgrav 
214ff825849SDag-Erling Smørgrav 	/* If a system lacks MAP_INHERIT_ZERO, resort to getpid() */
215ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (_rs_pid == 0 || _rs_pid != pid) {
216ff825849SDag-Erling Smørgrav 		_rs_pid = pid;
217ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if (rs)
218ff825849SDag-Erling Smørgrav 			rs->rs_count = 0;
219ff825849SDag-Erling Smørgrav 	}
220ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif
221ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (!rs || rs->rs_count <= len)
222ff825849SDag-Erling Smørgrav 		_rs_stir();
223ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (rs->rs_count <= len)
224ff825849SDag-Erling Smørgrav 		rs->rs_count = 0;
225ff825849SDag-Erling Smørgrav 	else
226ff825849SDag-Erling Smørgrav 		rs->rs_count -= len;
227ff825849SDag-Erling Smørgrav }
228ff825849SDag-Erling Smørgrav 
229ff825849SDag-Erling Smørgrav static inline void
230ff825849SDag-Erling Smørgrav _rs_rekey(u_char *dat, size_t datlen)
231ff825849SDag-Erling Smørgrav {
232ff825849SDag-Erling Smørgrav #ifndef KEYSTREAM_ONLY
233ff825849SDag-Erling Smørgrav 	memset(rsx->rs_buf, 0, sizeof(rsx->rs_buf));
234ff825849SDag-Erling Smørgrav #endif
235ff825849SDag-Erling Smørgrav 	/* fill rs_buf with the keystream */
236ff825849SDag-Erling Smørgrav 	chacha_encrypt_bytes(&rsx->rs_chacha, rsx->rs_buf,
237ff825849SDag-Erling Smørgrav 	    rsx->rs_buf, sizeof(rsx->rs_buf));
238ff825849SDag-Erling Smørgrav 	/* mix in optional user provided data */
239ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (dat) {
240ff825849SDag-Erling Smørgrav 		size_t i, m;
241ff825849SDag-Erling Smørgrav 
242ff825849SDag-Erling Smørgrav 		m = arc4_min(datlen, KEYSZ + IVSZ);
243ff825849SDag-Erling Smørgrav 		for (i = 0; i < m; i++)
244ff825849SDag-Erling Smørgrav 			rsx->rs_buf[i] ^= dat[i];
245ff825849SDag-Erling Smørgrav 	}
246ff825849SDag-Erling Smørgrav 	/* immediately reinit for backtracking resistance */
247ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_rs_init(rsx->rs_buf, KEYSZ + IVSZ);
248ff825849SDag-Erling Smørgrav 	memset(rsx->rs_buf, 0, KEYSZ + IVSZ);
249ff825849SDag-Erling Smørgrav 	rs->rs_have = sizeof(rsx->rs_buf) - KEYSZ - IVSZ;
250ff825849SDag-Erling Smørgrav }
251ff825849SDag-Erling Smørgrav 
252ff825849SDag-Erling Smørgrav static inline void
253ff825849SDag-Erling Smørgrav _rs_random_buf(void *_buf, size_t n)
254ff825849SDag-Erling Smørgrav {
255ff825849SDag-Erling Smørgrav 	u_char *buf = (u_char *)_buf;
256ff825849SDag-Erling Smørgrav 	u_char *keystream;
257ff825849SDag-Erling Smørgrav 	size_t m;
258ff825849SDag-Erling Smørgrav 
259ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_rs_stir_if_needed(n);
260ff825849SDag-Erling Smørgrav 	while (n > 0) {
261ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if (rs->rs_have > 0) {
262ff825849SDag-Erling Smørgrav 			m = arc4_min(n, rs->rs_have);
263ff825849SDag-Erling Smørgrav 			keystream = rsx->rs_buf + sizeof(rsx->rs_buf)
264ff825849SDag-Erling Smørgrav 			    - rs->rs_have;
265ff825849SDag-Erling Smørgrav 			memcpy(buf, keystream, m);
266ff825849SDag-Erling Smørgrav 			memset(keystream, 0, m);
267ff825849SDag-Erling Smørgrav 			buf += m;
268ff825849SDag-Erling Smørgrav 			n -= m;
269ff825849SDag-Erling Smørgrav 			rs->rs_have -= m;
270ff825849SDag-Erling Smørgrav 		}
271ff825849SDag-Erling Smørgrav 		if (rs->rs_have == 0)
272ff825849SDag-Erling Smørgrav 			_rs_rekey(NULL, 0);
273ff825849SDag-Erling Smørgrav 	}
274ff825849SDag-Erling Smørgrav }
275ff825849SDag-Erling Smørgrav 
276ff825849SDag-Erling Smørgrav static inline void
277ff825849SDag-Erling Smørgrav _rs_random_u32(uint32_t *val)
278ff825849SDag-Erling Smørgrav {
279ff825849SDag-Erling Smørgrav 	u_char *keystream;
280ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_rs_stir_if_needed(sizeof(*val));
281ff825849SDag-Erling Smørgrav 	if (rs->rs_have < sizeof(*val))
282ff825849SDag-Erling Smørgrav 		_rs_rekey(NULL, 0);
283ff825849SDag-Erling Smørgrav 	keystream = rsx->rs_buf + sizeof(rsx->rs_buf) - rs->rs_have;
284ff825849SDag-Erling Smørgrav 	memcpy(val, keystream, sizeof(*val));
285ff825849SDag-Erling Smørgrav 	memset(keystream, 0, sizeof(*val));
286ff825849SDag-Erling Smørgrav 	rs->rs_have -= sizeof(*val);
287ff825849SDag-Erling Smørgrav }
288ff825849SDag-Erling Smørgrav 
289ff825849SDag-Erling Smørgrav uint32_t
290ff825849SDag-Erling Smørgrav arc4random(void)
291ff825849SDag-Erling Smørgrav {
292ff825849SDag-Erling Smørgrav 	uint32_t val;
293ff825849SDag-Erling Smørgrav 
294ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_ARC4_LOCK();
295ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_rs_random_u32(&val);
296ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_ARC4_UNLOCK();
297ff825849SDag-Erling Smørgrav 	return val;
298ff825849SDag-Erling Smørgrav }
299ff825849SDag-Erling Smørgrav 
300ff825849SDag-Erling Smørgrav void
301ff825849SDag-Erling Smørgrav arc4random_buf(void *buf, size_t n)
302ff825849SDag-Erling Smørgrav {
303ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_ARC4_LOCK();
304ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_rs_random_buf(buf, n);
305ff825849SDag-Erling Smørgrav 	_ARC4_UNLOCK();
306ff825849SDag-Erling Smørgrav }
307