RANDOM(4)

BEZEICHNUNG
random, urandom - Kernel-Geräte zur Erzeugung von Zufallszahlen

ÜBERSICHT
#include <linux/random.h>

int ioctl(fd, RNDrequest, param);

BESCHREIBUNG
Die zeichenorientierten Gerätedateien /dev/random und /dev/urandom (seit Linux 1.3.30 vorhanden) sind eine Schnittstelle zum kernelinternen Zufallszahlengenerator. Die Datei /dev/random hat die Major-Gerätenummer 1 und die Minor-Gerätenummer 8. Die Datei /dev/urandom hat die Major-Gerätenummer 1 und die Minor-Gerätenummer 9.

Der Zufallszahlengenerator sammelt das Umgebungs-»Rauschen« von Gerätetreibern und anderen Quellen in einem Entropie-Pool. Der Generator merkt sich seine Schätzung der Anzahl der Rausch-Bits im Entropie-Pool. Aus diesem Entropie-Pool von Zufallszahlen werden erzeugt.

Beim Lesen wird das Gerät /dev/random nur zufällige Bytes innerhalb der geschätzten Zahl der Rausch-Bits im Entropie-Pool zurückgeben. /dev/random sollte für Anwendungen geeignet sein, die einen hohen Grad von Zufälligkeit erfordern. Das sind beispielsweise die einmalige Erzeugung von Schlüsseln oder »Pads«. Wenn der Entropie-Pool leer ist, werden Lesezugriffe auf /dev/random blockiert, bis weiteres Umgebungsrauschen gesammelt wurde.

Ein Lesevorgang vom Gerät /dev/urandom blockiert das Warten auf weitere Entropie nicht. Als Ergebnis sind bei unzureichender Entropie im Entropie-Pool die zurückgegebenen Werte theoretisch anfällig für einen Angriff auf die kryptographischen Algorithmen, die der Treiber anwendet. In der verfügbaren (nicht geheimen) Literatur findet sich kein Wissen über solche Angriffe, aber deren Existenz ist theoretisch möglich. Wenn das für Ihre Anwendung problematisch ist, verwenden Sie stattdessen /dev/random.

Writing to /dev/random or /dev/urandom will update the entropy pool with the data written, but this will not result in a higher entropy count. This means that it will impact the contents read from both files, but it will not make reads from /dev/random faster.

  Verwendung
Wenn Sie unsicher sind, ob Sie /dev/random oder /dev/urandom verwenden sollten, dann ist wahrscheinlich letzteres das Richtige für Sie. Als allgemeine Regel sollte /dev/urandom für alles außer langlebige GPG/SSL/SSH-Schlüssel verwendet werden.

Es wird empfohlen, eine Seed-Datei über Neustarts des Systems hinweg zu speichern. (Alle gängigen Linux-Distributionen tun das seit spätestens dem Jahr 2000). Dann ist die Ausgabe des Zufallszahlengenerators kryptografisch sicher gegen Angreifer ohne lokalen Root-Zugriff, sobald die Seed-Datei während der Boot-Sequenz neu geladen wird, und völlig ausreichend für Sitzungs-Schlüssel bei Netzwerk-Verschlüsselung. Da Lesezugriffe auf /dev/random blockieren können, werden die Nutzer in der Regel sie im nicht blockierenden Modus öffnen (oder für den Lesezugriff eine Zeitschranke setzen) und eine Art von Benachrichtigung des Benutzers realisieren wollen, wenn die gewünschte Entropie nicht sofort verfügbar ist.

Der Kernel-Zufallszahlen-Generator wurde entwickelt, um eine kleine Menge von qualitativ hochwertigem Seed (»Saatgut«) für die Initialisierung eines kryptographischen Pseudo-Zufallszahlengenerators (CPRNG) zu erzeugen. Er ist auf Sicherheit und nicht auf Geschwindigkeit ausgelegt. Für die Erzeugung großer Mengen von Zufallsdaten ist er nicht geeignet. Anwender sollten sehr sparsam bei der Entnahme von Seed aus /dev/urandom (und /dev/random) sein; der Verbrauch unnötig großer Datenmengen von diesem Gerät wird eine negative Auswirkung auf die Mitbenutzer des Geräts haben.

Die erforderliche Menge an Seed für die Erstellung eines kryptografischen Schlüssels entspricht der effektiven Größe des Schlüssels. Zum Beispiel hat eine 3072-Bit-RSA oder ein privater Diffie-Hellman-Schlüssel eine effektive Schlüssellänge von 128 Bit (es werden etwa 2^128 Operationen benötigt, um den Schlüssel zu knacken brechen). Somit muss ein Schlüsselgenerator nur 128 Bit (16 Byte) von Seed aus /dev/random entnehmen.

Während ein Sicherheitszuschlag über dieses Minimum heraus sinnvoll ist, um sich gegen Mängel im CPRNG-Algorithmus abzusichern, kann keine heute verfügbare kryptographische Primitive mehr als 256 Bit an Sicherheit. Wenn also ein Programm mehr als 256 Bit (32 Byte) pro Aufruf oder angemessenem Regenerierungsintervall (mindestens eine Minute) aus dem Entropiepool liest, sollte das als Zeichen genommen werden, dass seine Kryptographie ungeschickt implementiert ist.

  Konfiguration
Wenn auf Ihrem System /dev/random und /dev/urandom nicht schon vorhanden sind, können sie mit den folgenden Befehlen erzeugt werden:

    mknod -m 644 /dev/random c 1 8
    mknod -m 644 /dev/urandom c 1 9
    chown root:root /dev/random /dev/urandom

Wenn ein Linux-System wenig Benutzerinteraktion während des Systemstarts hat, kann der Entropie-Pool in einem ziemlich vorhersehbaren Zustand sein. Dadurch verringert sich die tatsächliche Höhe des Rauschens im Entropie-Pool unter die Schätzung. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, kann man Informationen über den Entropie-Pool über Stillstandszeiten und Systemstarts hinweg zu übernehmen. Dazu fügen Sie folgende Zeilen in ein geeignetes Skript ein, das während das des Hochfahrens des Linux-Systems ausgeführt wird:

    echo "Initialisierung des Zufallszahlengenerators ..."
    random_seed=/var/run/random-seed
    # Seed über einen Neustart hinweg sichern
    # den gesamten Entropie-Pool laden und dann sichern
    if [ -f $random_seed ]; then
        cat $random_seed >/dev/urandom
    else
        touch $random_seed
    fi
    chmod 600 $random_seed
    poolfile=/proc/sys/kernel/random/poolsize
    [ -r $poolfile ] && bytes=`cat $poolfile` || bytes=512
    dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=$bytes

Fügen Sie ebenfalls in einem passenden Skript, das beim Herunterfahren des Linux-Systems ausgeführt wird, die folgenden Zeilen ein:

    # Seed über einen Neustart hinweg sichern
    # den gesamten Entropie-Pool sichern
    echo "Seed wird gesichert ..."
    random_seed=/var/run/random-seed
    touch $random_seed
    chmod 600 $random_seed
    poolfile=/proc/sys/kernel/random/poolsize
    [ -r $poolfile ] && bytes=`cat $poolfile` || bytes=512
    dd if=/dev/urandom of=$random_seed count=1 bs=$bytes

  /proc-Schnittstelle
Die Dateien im Verzeichnis /proc/sys/kernel/random (verfügbar seit 2.3.16) stellen eine zusätzliche Schnittstelle zu /dev/random zur Verfügung.

Die nur lesbare Datei entropy_avail gibt die verfügbare Entropie an. Normalerweise ist das 4096 (Bits), ein voller Entropie-Pool.

Die Datei poolsize gibt die Größe des Entropiepools an. Die Semantik dieser Datei variiert mit den Kernel-Versionen:

    Linux 2.4:
        Diese Datei gibt die Größe des Entropie-Pools in Bytes an. Normalerweise wird diese Datei den Wert 512 haben. In sie kann aber geschrieben werden und auf jeden Wert geändert werden, für den ein Algorithmus verfügbar ist. Als möglichkeite Werte stehen 32, 64, 128, 256, 512, 1024 oder 2048 zur Verfügung.

    Linux 2.6:
        Diese Datei ist nur lesbar und enthält die Größe des Entropie-Pools in Bits. Sie enthält den Wert 4096.

Die Datei read_wakeup_threshold gibt die erforderliche Entropie (in Bits) an, um »schlafend« auf Entropie aus /dev/random wartende Prozesse zu »wecken«. Der Standardwert ist 64. Die Datei write_wakeup_threshold gibt die Entropie-Schwelle in Bits an, unterhalb derer Prozesse aufgeweckt werden, die ein select(2) oder ein poll(2) für den schreibenden Zugriff auf /dev/random ausführen. Diese Werte können geändert werden, indem in die Dateien geschrieben wird.

Die nur lesbaren Dateien, die uuid und boot_id enthalten zufällige Zeichenketten wie 6fd5a44b-35f4-4ad4-a9b9-6b9be13e1fe9. Die erstere wird bei jedem Lesezugriff neu erzeugt, die letztere nur einmal.

  ioctl(2)-Schnittstelle
The following ioctl(2) requests are defined on file descriptors connected to either /dev/random or /dev/urandom. All requests performed will interact with the input entropy pool impacting both /dev/random and /dev/urandom. The CAP_SYS_ADMIN capability is required for all requests except RNDGETENTCNT.

RNDGETENTCNT
    Retrieve the entropy count of the input pool, the contents will be the same as the entropy_avail file under proc. The result will be stored in the int pointed to by the argument.

RNDADDTOENTCNT
    Increment or decrement the entropy count of the input pool by the value pointed to by the argument.

RNDGETPOOL
    Entfernt in Linux 2.6.9

RNDADDENTROPY
    Add some additional entropy to the input pool, incrementing the entropy count. This differs from writing to /dev/random or /dev/urandom, which only adds some data but does not increment the entropy count. The following structure is used:

        struct rand_pool_info {
            int    entropy_count;
            int    buf_size;
            __u32  buf[0];
        };

    Here entropy_count is the value added to (or subtracted from) the entropy count, and buf is the buffer of size buf_size which gets added to the entropy pool.

RNDZAPENTCNT, RNDCLEARPOOL
    Zero the entropy count of all pools and add some system data (such as wall clock) to the pools.

DATEIEN
/dev/random
/dev/urandom

SIEHE AUCH
mknod(1)
RFC 1750, »Randomness Recommendations for Security«

KOLOPHON
This page is part of release 3.54 of the Linux man-pages project. A description of the project, and information about reporting bugs, can be found at http://www.kernel.org/doc/man-pages/.

ÜBERSETZUNG
Die deutsche Übersetzung dieser Handbuchseite wurde von Martin Eberhard Schauer <Martin.E.Schauer@gmx.de> erstellt.

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